DEH阀门流量修正曲线试验与计算

 

 

在顺序阀方式下通常采用对称分布的两个同时开启,再依次开启其余阀门,以降低对进汽部分的冲击。
如果原始数据与机组实际曲线不一致,修正曲线设置不当,会造成总流量曲线出现一定的非线性。从而影响功率反馈、一次调频的调节品质。严重时在曲线拐点处可能引起系统震荡。
我们可以通过对问题机组进行流量特性试验,得到实际的阀门行程-流量曲线及流量系数曲线,计算出单顺阀修正曲线,最终改善机组的调节性能。

2  蒸汽流量试验原理
可将蒸汽通路简化为如图4所示。
 

在一定的蒸汽参数下,蒸汽膨胀产生的机械功率与蒸汽的质量流量近似成正比关系。流过第i个调节阀的蒸汽流量Di与第i个调节阀等效节流面积Ai、主汽压力P0、调节级压力P1有关。总的蒸汽流量D等于各调节阀流量之和, 用式(1)表示。总蒸汽质量流量D与调节级后压力P1近似成比例关系, 用式(2)表示。

各调节阀喷嘴组的质量流量Di与该调节阀等效面积Ai、主汽压力P0及流量函数φ成比例关系,用式(3)表示。

由式(1)～(3)知,各调节阀等效面积Ai之和的总有效面积A满足式(4)

蒸汽在喷嘴中膨胀加速,在调节级压力很小时,流速达音速,此时流量与阀后压力无关。随着流量增加,阀后压力增大,流速小于音速时,流量会随阀后压力增大而降低。这种效应可用流量函数φ式(5)表示[1]。

其中:蒸汽绝热指数γ等于1.23,在临界压比0.5587以下,
由式(1)～(4)可知,试验时分别使单个调节阀全开全关一次,试验过程中保持其余调节阀开度不变,即可通过P1、P0的值计算出此阀门的有效面积Ai的百分比,即得到单个阀门的行程-流量函数fi,如式(7)。

其中:P0e为额定主汽压力、P1v为额定VWO工况下调节级压力。
阀门修正原理如图5所示。
 

3  数据收集计算
通过查阅汽轮机热力系统计算书,即可得到额定主汽压力P0e、额定VWO工况下调节级压力P1v。
按照上述要求分别对每个调节阀进行阀门流量特性试验。试验过程中必须保持其余调节阀开度不变,机组功率、压力缓慢平稳变化。每个调节阀全行程时间设置为10分钟。从DCS中导出各调节阀全行程变化时间段自动记录的数据:主汽压力P0、调节级压力P1、油动机行程行程。
用EXCEL表中对各调节阀分别计算各点压比P1/P0、φ及g。用油动机全开、全关段g的平均值计算gmax、gmin。对g值归一化,计算式(7)(g-gmin)/(gmax-gmin)*100。用归一化CV行程、g作曲线,根据曲线适当选择11个点拟合得单个阀门的流量特性曲线f1。同样计算得f3～f4。
分别计算各阀门流量比例系数,并将计算结果归一化,使Σαi=1。
令P1从0到P1v变化,按式(9)计算f-1φ函数。用P1/P1v*100、f-1φ作曲线。根据曲线适当选择11个点拟合总流量修正曲线f-1φ。
4  单顺阀分配
在单阀方式下,各调节阀开度相同。各油动机阀位给定一致,输出等于输入。即y1=y2=y3=y4=x。
在顺序阀方式下,CV1、CV2给定一致全开后再开CV3,CV3全开后再开CV4。开启的斜率与各调节阀流量百分比αi有关。为了避免阀门结合部流量失控,需设置重叠区。设流量重叠量为b。在重叠区内流量曲线斜率应保持不变。因此重叠区内各阀门的开启斜率需适当降低。
 

对应各调节阀的形状大小、行程及喷嘴数一致的机组,由于单个阀门的流量特性曲线及流量百分比相同,可简化单顺阀分配算法,如图6所示。
根据单顺阀分配分别计算出CV1~4顺序阀方式下的阀位给定fs。计算单顺阀转换系数d、s,令s=1-d。d=1时为单阀。d=0时为顺序阀。单顺阀转换过程中,d由0到1或由1到0缓慢变化。转换过程通常设置为10分钟,以降低调节级蒸汽温度变化的影响。单阀分配曲线输出乘以d加上顺序阀分配曲线输出乘以s。如图7所示。
 

5  结束语
按照上述原理在某电厂进行了阀门流量特性试验,将试验数据计算整理得到单个阀门的曲线f1～f4,如图8所示;总流量修正曲线f-1φ,如图9所示。
 

 

按照图5、图7设计DEH阀门修正逻辑,按图6、图8、图9所示曲线修改阀门修正逻辑中的相应函数。
修改后机组启动、带负荷明显改善,彻底解决了该机组的负荷波动问题。
 

 

对于因阀门流量特性曲线修正不当,引起在某些点附近易出现负荷波动,甚至发生系统振荡的问题。采用本文介绍的阀门流量特性试验及计算方法,此问题可得到彻底解决。

参考文献:
[1] 机械设计手册,第4卷,ISBN 978-7-111-14736-7,2007.9.                       

作者简介:刘康宁(1963—),男,高级工程师,硕士,研究方向:主要从事汽轮机DEH控制系统的研究设计工作。