[发明专利]汽轮机联合阀门及其设计方法

说明书

本发明提供一种汽轮机联合阀门，包括主汽门和调节汽门，主汽门和调节汽门均与流量调整执行机构连接。主汽门包括具有主汽门进汽口和主汽门出汽口的第一阀壳、及设置在第一阀壳中的预启阀，预启阀包括安装在第一阀壳中的阀碟、及安装在阀碟中的第一阀杆，阀碟上设有阀碟进汽口和阀碟出汽口，调节汽门包括具有调节进汽口和调节出汽口的第二阀壳、及安装在第二阀壳中的第二阀杆，第二阀杆能沿靠近和远离调节出汽口方向移动，预启阀阀碟出汽口的喉部口径为φC，调节出汽口的喉部口径为φF，φC＜φF，且预启阀的最大蒸汽通流量Q2大于或等于调节汽门的死区通流量Q1。本汽轮机联合阀门能提高汽轮机小流量蒸汽启动阶段运行稳定性。

技术领域

本发明涉及汽轮机技术领域，特别是涉及一种汽轮机联合阀门及其设计方法。

背景技术

工业背压汽轮机广泛应用于石油、化工、造纸、钢铁等流程工业，可以充分利用系统内部蒸汽实现热电联供。该类汽轮发电机组功率小，一般工业厂房内需要建立多台机组。多台汽轮发电机组往往采用并联形式连接，如图1示，汽轮发电机组31进汽来自供汽母管32，汽轮发电机组31排汽至连供热联箱33。经锅炉34加热的蒸汽进入到供汽母管32，之后经供汽母管32进入到汽轮发电机组31中实现膨胀做功。排汽接入到热网35，实现供热需求。该类机组启动过程复杂，受制于前后蒸汽的状态。如果锅炉和汽轮机一起启动，则汽轮发电机组前端蒸汽参数随锅炉参数上升而上升，机组采用滑参数启动方式较宜。如果机组启动前，前端锅炉早已稳定运行，汽轮发电机组采用定参数启动方式较好。滑参数启动方法与常规电厂机组启动方式相同，调节汽门的控制是关键。在定参数启动过程中，供汽母管中的蒸汽参数和供热联箱中的蒸汽参数都是稳定的。为实现定参数启动，机组一般需要经过热网35背压倒灌至汽轮机31中进行预暖，之后主汽门、调节汽门逐步开启以实现冲转、带初负荷，热网背压切换及带额定负荷。通常汽轮机配置中，主汽门为全开型结构，调节汽门为调节控制型。然而，由于机组功率小、转子轻，用于控制蒸汽流量的主汽门及调节汽门的控制精度较低，定参数启动时主汽门前蒸汽参数高等原因，使得启动过程难以实现稳转速及稳负荷，这给背压机组的安全启动及并网带负荷安全运行带来较大隐患。

具体地，在传统定参数启动过程中，会采用主汽门全开，利用调节汽门控制蒸汽流量以实现汽轮机升转速及负荷。在定参数启动过程中，汽轮机门前蒸汽参数高，焓值容量高、能量大，调节汽门具有漏汽量大、且存在阀门初行程(0～4mm)控制不准的特性，如图4所示，(此过程为初始非线性过程，控制不准，需要快速跨过，号称阀门死区行程；在阀门流量-升程曲线的最初非线性区域)，且工业透平汽轮机转子重量轻，转动惯量小。基于上述特性，在定参数启动过程中，如果主汽门全开，采用调节汽门控制蒸汽流量，则会出现下述情况：1)漏汽使得转子转速迅速上升；2)调节汽门阀位初行程过程中，其控制精度低，控制不住。基于PID反馈，调节阀门的阀杆会来来回回摆动，无法稳定在一个位置。如果此时迅速拉升调节汽门的阀杆到调节汽门死区位置之外，则调节汽门进汽量短时间内过大，使得转子转速及负荷飞升。综上，导致汽轮机在定参数启动过程中，无法实现稳转速及稳负荷，使得汽轮机在定参数启动过程中运行稳定性较差，且容易带来安全隐患。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种有效提高汽轮机运行稳定性的汽轮机联合阀门。

为实现上述目的，本发明提供一种汽轮机联合阀门，包括主汽门和调节汽门，所述主汽门包括具有主汽门进汽口和主汽门出汽口的第一阀壳、及设置在第一阀壳中的预启阀，所述预启阀包括安装在第一阀壳中的阀碟、及安装在阀碟中的第一阀杆，所述阀碟上设有与主汽门进汽口相通的阀碟进汽口和与主汽门出汽口相通的阀碟出汽口，所述第一阀杆能沿靠近和远离阀碟出汽口方向移动，所述阀碟能沿靠近和远离主汽门出汽口方向移动，所述调节汽门包括具有调节进汽口和调节出汽口的第二阀壳、及安装在第二阀壳中的第二阀杆，所述第二阀杆能沿靠近和远离调节出汽口方向移动，所述调节进汽口与主汽门出汽口相连通，所述阀碟出汽口的喉部口径为φC，所述调节出汽口的喉部口径为φF，φC＜φF，且所述预启阀的最大蒸汽通流量Q2大于或等于调节汽门的死区通流量Q1。