汽輪機調節(jié)閥長期處于高溫、高壓狀態(tài)，工作條件十分惡劣，特別在低負荷工況下調節(jié)閥承受的壓差巨大，極易造成閥門零部件的沖蝕。為改善調節(jié)閥工作狀態(tài)，減小汽流帶來的沖擊，通?？刹捎枚嗉壗祲菏降慕Y構，如多層套筒式、多級閥芯式等，以提高調節(jié)閥的抗沖蝕性能，延長設備的使用壽命。
1 耐腐蝕調節(jié)閥的結構和工作原理
汽輪機采用節(jié)流調節(jié)，蒸汽調節(jié)閥為套筒結構，由于長期低負荷運行，滑閥腐蝕現(xiàn)象較為嚴重。
蒸汽調節(jié)閥應根據(jù)汽輪機的使用要求實現(xiàn)：
(1)在高壓差和小流量工況下具有良好的耐腐蝕性。
(2)在大流量工況下壓降小，減少汽輪機進氣壓力損失。
(3)調節(jié)閥流量特性曲線光滑連續(xù)，滿足機組調節(jié)要求。
為使蒸汽調節(jié)閥滿足上述功能要求，采用分段設計，結構見圖1。
圖1 改進蒸汽調節(jié)閥結構示意圖
調節(jié)閥采用套筒結構，蒸汽從閥體底部進入，調節(jié)閥節(jié)流后從側面流出。調節(jié)機構由鼠籠和套筒組成:鼠籠結構用于調節(jié)閥門開度小(流量不足30%)時的高壓差工況；套筒采用一定型號線的窗口，用于調節(jié)大流量工況(流量超過30%)。
鼠籠結構采用小孔多級節(jié)流的形式，分為五級。各級小孔的直徑和數(shù)量不同，通流面積從一級逐漸增加到最后一級。高壓蒸汽從閥體進入鼠籠后，從內圈逐步膨脹到外圈，最后流出調節(jié)閥；第一級鼠籠孔布置在滑動閥底部。當調節(jié)閥打開時，第一級和第二級鼠籠的通流面積可以同時改變；為了滿足汽輪機調節(jié)的需要，第一級鼠籠孔由上到下逐漸增加，使調節(jié)閥的通流面積和開度等百分比。
計算2 調節(jié)閥流量特性
2.1 調節(jié)閥流量特性的計算
蒸汽調節(jié)閥流量特性計算參數(shù)主要包括：
(1)套筒和鼠籠結構在不同開度下的總通流面積:
（1）
(2)調節(jié)閥流量公式:
（2）
式中：p0調節(jié)閥門前壓力；υ0調節(jié)閥前蒸汽質量體積；Φ為閥門流量系數(shù)βυ彭臺門系數(shù)。
(3)彭臺門系數(shù)公式:
（3）
式中：ε調節(jié)閥前后蒸汽壓比；εc蒸汽的臨界壓比。
♂
(4)弗留格爾公式:
（4）
式中：Qc、Qcp額定工況下噴嘴變工和流量；p1、p1p額定工況下噴嘴前變工和壓力；p2、p2p分級后變工和額定工況時的壓力。
(5)流量守恒公式:
（5）
根據(jù)上述計算公式，可以找出調節(jié)閥的流量特性，即在不同開度下調節(jié)閥的流量
（6）
計算結果見圖2。由于采用分段設計，相對開度為0.33(即鼠籠結構)調整時斜率較小；相對開度=0.曲線斜率立即增加，當相對開度=1時，流量達到最大值。
圖2
2.2 間隙流對流量特性的影響
上述計算不考慮滑動閥與套筒之間間間隙對流量的影響。為了提高計算結果的準確性，進一步分析了調節(jié)閥的結構特性。圖3為間隙流動計算節(jié)點圖。
圖3
當調節(jié)閥處于小開度狀態(tài)時，蒸汽一方面通過一級鼠籠孔，另一方面通過滑閥與套筒之間的間隙。在間隙流計算節(jié)點圖中，F(xiàn)g1為滑閥下端與套筒之間的間隙，F(xiàn)g2為滑閥上端與套筒之間的間隙，F(xiàn)h1一級鼠籠級鼠籠小孔的通流面積，F(xiàn)h2已打開二級鼠籠小孔的通流面積，F(xiàn)h3為二級鼠籠小孔未開啟的通流面積，F(xiàn)s套筒的通流面積；p0為閥前壓力，pa一級鼠籠和滑閥下間隙后的壓力，pb二級鼠籠后的壓力，pc第一次流過滑閥上間隙后的壓力，pd第二次流過滑閥上間隙后的壓力，pe閥后壓力；Q1～Q七是蒸汽流經各處的流量。根據(jù)計算節(jié)點和流量守恒方程：
（7）
在不同的開度下，F(xiàn)h1、Fh2、Fh3.可根據(jù)前兩級鼠籠小孔的分布計算，F(xiàn)g1、Fg2可根據(jù)閥門結構尺寸和閥前壓力給出p0和閥后壓力pe(即噴嘴前的壓力)，間隙泄漏后的總流量可以考慮Q。
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考慮間隙泄漏后，修正的開度-流量特征曲線見圖4。與修正前的曲線相比，主要變化是開度小（x＜0.33)蒸汽流量增加；當開度較大時；（x＞0.33)由于壓差較小，間隙泄漏對整個流量的影響較小。
圖4 修正后的流量特征曲線
3 測試調節(jié)閥流量特性
調節(jié)閥試驗臺原理見圖5。參與設備主要包括調節(jié)閥、汽輪機、負載等。調節(jié)閥開度可以改變汽輪機的進氣量，負載的變化可以使汽輪機實現(xiàn)不同功率的輸出。流量計、壓力表分別用于測量蒸汽流量、壓力、調節(jié)閥前后壓力和汽輪機排氣壓力。
圖5 調節(jié)閥試驗臺
給定蒸汽參數(shù)和負載后，測量調節(jié)閥不同開度下的通流量。圖6顯示了根據(jù)計算值和兩次試驗結果獲得的開度流特性曲線。
從圖6可以看出，試驗值與計算值基本一致，但在小開度狀態(tài)下，試驗值略高于計算值，偏差的主要原因是：
圖6
（1）間隙的影響。在計算中，滑閥與套筒之間的間隙為給定值，與實際工作狀態(tài)有一定的偏差；此外，滑閥密封環(huán)也會產生一些泄漏，導致調節(jié)閥泄漏大于計算值。
（2）蒸汽參數(shù)和負載的影響。在試驗過程中，蒸汽參數(shù)和負載有一定的波動范圍，在小開度時，即使蒸汽參數(shù)或負載波動較小，也會對蒸汽消耗產生較大的影響。
(3)讀數(shù)誤差。開度-流量特性曲線是根據(jù)調節(jié)閥不同開度下蒸汽通流量的測量獲得的。由于開度值是人工讀取的，難免會有一定的誤差，尤其是開度小的時候，會影響流量特性曲線。
以上三個方面是小開度下試驗值與計算值偏差的主要原因。當調節(jié)閥開度增加，蒸汽流量大時，其影響降低。
4 結語
試驗結果表明：
（1）滑閥與套筒之間的間隙增加了小開度時調節(jié)閥的流量，當開度增加時，間隙影響逐漸減小。
(2)調節(jié)閥流量特性的計算值與試驗值一致，說明給出的計算方法合理，能滿足工程計算要求。
(3)滑閥間隙、蒸汽參數(shù)、負載波動、讀數(shù)誤差等因素是小開度時試驗值與計算值偏差的主要原因。
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