汽輪機(jī)主蒸汽流量的計(jì)算是汽輪機(jī)變工分析的重要環(huán)節(jié)，計(jì)算方法多種多樣，典型的使用汽輪機(jī)調(diào)節(jié)參數(shù)、主冷凝水流量、汽輪機(jī)水平參數(shù)等，在此基礎(chǔ)上，輔以必要的修正或現(xiàn)代數(shù)學(xué)處理，可獲得更準(zhǔn)確的主蒸汽流量。該流量是通過(guò)汽輪機(jī)的總主蒸汽流量。在某些情況下，如分析每個(gè)調(diào)節(jié)閥的特性，僅確定總蒸汽流量是不夠的，還需要通過(guò)汽輪機(jī)的每個(gè)調(diào)節(jié)閥獲得蒸汽流量。

大型汽輪機(jī)一般有兩種蒸汽分配方式：?jiǎn)伍y和順序閥。如果每個(gè)調(diào)節(jié)閥及其相應(yīng)的噴嘴組完全相同，在不考慮閥門(mén)布置和閥門(mén)流場(chǎng)不均勻等因素的影響下，每個(gè)調(diào)節(jié)閥的流量相同，總蒸汽流量平均分配到每個(gè)調(diào)節(jié)閥。

當(dāng)順序閥分配蒸汽時(shí)，由于每個(gè)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度不同，每個(gè)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量不完全相同，每個(gè)調(diào)節(jié)閥中總蒸汽流量的分布比單個(gè)閥的分布要復(fù)雜得多。在大多數(shù)情況下，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，只有一個(gè)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度處于不斷變化的狀態(tài)，其他調(diào)節(jié)閥基本完全打開(kāi)。當(dāng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度發(fā)生變化時(shí)，其蒸汽流量必然會(huì)發(fā)生變化，總蒸汽流量會(huì)發(fā)生變化，影響汽輪機(jī)調(diào)節(jié)水平后的蒸汽壓力，使全開(kāi)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量發(fā)生變化，通過(guò)各調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量難以確定。有必要找到一種簡(jiǎn)單、實(shí)用、準(zhǔn)確的計(jì)算方法。

1 汽輪機(jī)主蒸汽流量的計(jì)算方法

使用主蒸汽流量G調(diào)整級(jí)壓力p_e如果主蒸汽壓力保持不變，上述方法可以表示為：

   （1）

汽輪機(jī)主蒸汽流量可以用相對(duì)值表示。比較標(biāo)準(zhǔn)要求的機(jī)組狀態(tài)為額定負(fù)荷，所有調(diào)節(jié)閥全開(kāi)。因此，中下角標(biāo)記0用于表示上述狀態(tài)下的參數(shù)值，下角標(biāo)記e表示該參數(shù)為調(diào)整級(jí)后參數(shù)，下同。

顯然，公式(1)忽略了調(diào)節(jié)溫度Te在實(shí)際應(yīng)用中，變化對(duì)主蒸汽流量的影響會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，一般采用以下方式：

   （2）

式（2）考慮到了調(diào)節(jié)級(jí)溫度變化對(duì)流量的影響，對(duì)式（1）作了一定程度的改進(jìn)。

   經(jīng)比較計(jì)算指出，由于弗留格爾公式在推導(dǎo)過(guò)程中使用了理想的氣體假設(shè)，當(dāng)該公式應(yīng)用于汽輪機(jī)的高壓段和低壓段時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的偏差近5%，使用壓力p與質(zhì)量體積v來(lái)代替溫度T偏差可以大大降低。

調(diào)節(jié)級(jí)無(wú)疑屬于汽輪機(jī)的高壓級(jí)段，在計(jì)算分配函數(shù)中的主蒸汽流量時(shí)也會(huì)產(chǎn)生上述偏差。為了提高計(jì)算精度，使用p與υ代替T，進(jìn)一步改進(jìn)式(2)得到：

   （3）

所有參數(shù)都很容易獲得，所以更方便。

使用型(3)對(duì)汽輪機(jī)實(shí)際主蒸汽流量進(jìn)行比較計(jì)算，結(jié)論為:滑壓條件下，型(3)計(jì)算誤差小于0.5%，在定壓工況下，由于噴嘴配汽時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)存在部分進(jìn)汽度，計(jì)算結(jié)果誤差可超過(guò)1%，但精度比式（2）有較大幅度提高。

2 級(jí)變工條件計(jì)算方法

忽略蒸汽質(zhì)量體積和反動(dòng)度變化的影響，在認(rèn)可漸縮噴嘴出口壓力與流量呈橢圓關(guān)系的基礎(chǔ)上，得到：

   （4）

式（4）中：p₀表示級(jí)前壓力；p₂表示級(jí)后壓力；T₀表示級(jí)前溫度；ε_nc表示級(jí)臨界壓比；右下角多加一角標(biāo)1均表示變工條件參數(shù)，下同。

♂

公式(4)用于計(jì)算只有一級(jí)組成的變工條件時(shí)，誤差僅為0.7%，精度高。等級(jí)壓比ε_n=p₂/p₁，可以得到對(duì)式(4)輕微變形:

   （5）

顯然，如果您知道級(jí)別的臨界壓比，您可以通過(guò)級(jí)別的蒸汽流量來(lái)確定已確定的標(biāo)準(zhǔn)工況。級(jí)別的臨界壓比可以通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或測(cè)試獲得。

計(jì)算各調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量

大多數(shù)大型汽輪機(jī)使用噴嘴，每個(gè)調(diào)節(jié)閥對(duì)應(yīng)一個(gè)調(diào)節(jié)噴嘴組。調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量與相應(yīng)的調(diào)節(jié)噴嘴組相同，因此調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量可以通過(guò)計(jì)算調(diào)節(jié)噴嘴組的蒸汽流量來(lái)獲得。

總蒸汽流量通過(guò)調(diào)整級(jí)進(jìn)行調(diào)整G_a它由兩部分組成：一是全開(kāi)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量G_b，二是通過(guò)半開(kāi)狀態(tài)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量G_c，有：

   （6）

如前所述，G_c的變化會(huì)對(duì)G_b影響。研究對(duì)象是全開(kāi)調(diào)節(jié)閥后的調(diào)節(jié)級(jí)。當(dāng)半開(kāi)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度發(fā)生變化時(shí)，可用于計(jì)算全開(kāi)調(diào)節(jié)閥后調(diào)節(jié)級(jí)的蒸汽流量變化。

因此，通過(guò)調(diào)節(jié)噴嘴組的蒸汽流量可以通過(guò)以下步驟計(jì)算：（1）通過(guò)公式（2）或公式（3）計(jì)算G_a；(2)由式(5)計(jì)算Gb；(3)由式(6)計(jì)算G_c；(4)與噴嘴組的通流面積成正比G_b分配到全開(kāi)調(diào)節(jié)閥。

4 應(yīng)用實(shí)例

某汽輪機(jī)為300MW、亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排氣、單軸、冷凝汽輪機(jī)N300-17/537/537.512.順序閥運(yùn)行時(shí)，各調(diào)節(jié)閥(圖1中簡(jiǎn)稱(chēng)GV下同)開(kāi)度與流量指令的關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1

當(dāng)汽輪機(jī)的額定負(fù)荷和調(diào)節(jié)閥完全打開(kāi)時(shí)，主蒸汽壓力為15.2MPa，主蒸汽溫度為536℃，調(diào)整級(jí)后壓力為12.2MPa，調(diào)節(jié)級(jí)后溫度為486℃。以上工況為標(biāo)準(zhǔn)工況，主蒸汽流量記錄為100%。當(dāng)順序閥通過(guò)上述方法計(jì)算運(yùn)行時(shí)，每個(gè)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量見(jiàn)圖2。

圖2

♂

在順序閥模式下，調(diào)節(jié)閥GV2首先從全開(kāi)狀態(tài)逐漸關(guān)閉，沿圖2中蒸汽流量GV2線變小，通過(guò)其他5只全開(kāi)狀態(tài)的調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量沿AB線逐漸增加，到B點(diǎn)時(shí)，GV2全關(guān)，GV1開(kāi)始關(guān)閉，沿圖2中的蒸汽流量GV1線變小，其他4個(gè)全開(kāi)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量沿BC線逐漸增加，到C點(diǎn)時(shí)GV1全關(guān)，GV以下過(guò)程與上述過(guò)程相似。GV5關(guān)小過(guò)程中，GV3、GV當(dāng)主蒸汽壓力保持不變時(shí)，6已達(dá)到臨界狀態(tài)，其蒸汽流量不再發(fā)生變化，表現(xiàn)為圖2中的直線。

在每個(gè)工作條件下，如果以當(dāng)時(shí)汽輪機(jī)總蒸汽流量為基準(zhǔn)，記錄為100%，則每個(gè)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量相對(duì)值見(jiàn)圖3。調(diào)節(jié)級(jí)后蒸汽混合焓計(jì)算可輕松應(yīng)用于相對(duì)值表示的調(diào)節(jié)級(jí)流量。

圖3 順序閥調(diào)節(jié)閥蒸汽流量相對(duì)值

5 結(jié)語(yǔ)

使用調(diào)節(jié)級(jí)后壓力計(jì)算汽輪機(jī)主蒸汽流量時(shí)，要同時(shí)考慮調(diào)節(jié)級(jí)后溫度的變化，如果使用汽輪機(jī)排汽壓力與質(zhì)量體積替代溫度，則可以提高計(jì)算的精度。以全開(kāi)調(diào)節(jié)閥后和各噴嘴組為研究對(duì)象，級(jí)的變工況計(jì)算公式可以應(yīng)用于調(diào)節(jié)級(jí)的變工況計(jì)算，通過(guò)半開(kāi)狀態(tài)調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量也可以隨之確定。實(shí)例計(jì)算結(jié)果表明：順序閥方式下，當(dāng)汽輪機(jī)一只調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小時(shí)，通過(guò)其他全開(kāi)調(diào)節(jié)閥的絕對(duì)蒸汽流量逐漸增加，達(dá)到臨界狀態(tài)后，通過(guò)的絕對(duì)蒸汽流量不再變化。從圖3看，上述過(guò)程中，通過(guò)全開(kāi)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)蒸汽流量基本呈線性增加的。

需要指出的是，本文提供的汽輪機(jī)主蒸汽流量在各調(diào)節(jié)閥中的分配計(jì)算方法是基于主蒸汽流量等于通過(guò)調(diào)節(jié)級(jí)蒸汽流量的前提，這將增加計(jì)算誤差，在計(jì)算過(guò)程中不考慮各調(diào)節(jié)閥之間的重疊。因此，該計(jì)算方法適用于對(duì)計(jì)算精度要求不太嚴(yán)格的情況，特別適用于按相對(duì)值計(jì)算的情況。