超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)旁路閥結(jié)構(gòu)淺析

謝斌

摘要：目前我國(guó)超超臨界機(jī)組使用汽輪機(jī)旁路主要有兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流派，分別是以SIEMENS和CCI為代表?，F(xiàn)就660MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)旁路閥分析這兩種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)劣利弊。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)旁路；閥門結(jié)構(gòu)；嵌入式

一、旁路系統(tǒng)概述

汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的功能主要是協(xié)調(diào)鍋爐和汽機(jī)用汽量之間的不平衡。在機(jī)組啟動(dòng)期間，對(duì)過熱器和再熱器系統(tǒng)預(yù)熱、加快啟動(dòng)速度。在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，將剩余蒸汽通過旁路系統(tǒng)，使鍋爐瞬變過渡工況運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到改善啟動(dòng)和帶負(fù)荷特性，減少機(jī)組的壽命消耗，提高運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。目前旁路系統(tǒng)型式主要有高、低壓二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，一級(jí)大旁路系統(tǒng)，三級(jí)大旁路系統(tǒng)，三用閥旁路系統(tǒng)等四種設(shè)計(jì)型式。對(duì)旁路閥本身來說，因驅(qū)動(dòng)方式不同可以分為電動(dòng)、液動(dòng)及氣動(dòng)[1]。

國(guó)內(nèi)目前電廠使用的旁路閥多為進(jìn)口的，尤其是在超臨界和超超臨界大機(jī)組使用方面來說，現(xiàn)在主要生產(chǎn)商有CCI、SIEMENS、BOMAFA、GSVALVE、SEMPELL、HORA。其中，國(guó)內(nèi)電廠使用較多的是CCI和SIEMENS，而這兩家提供的旁路閥結(jié)構(gòu)上有明顯的特點(diǎn)。以下均以660MW超超機(jī)組使用的高壓旁路閥結(jié)構(gòu)作為分析材料，其中容量為40%BMCR。

二、SIEMENS旁路閥結(jié)構(gòu)（圖1）

SIEMENS高壓旁路蒸汽變換閥主要包括：閥體、閥桿、籠式閥芯、閥座、錐形節(jié)流孔板和減溫水噴頭。蒸汽經(jīng)過第一級(jí)（籠式閥芯）減壓后部分蒸汽直接通過減溫水噴頭并霧化減溫水，其它蒸汽經(jīng)過多級(jí)減壓后和經(jīng)過霧化的蒸汽混合，再與后面的減溫水混合并減溫。這種減溫方式的特點(diǎn)是汽水混合效果好，無熱應(yīng)力沖擊。SIEMENS高壓旁路閥閥芯采用的是嵌入式，也就是說閥芯要完全嵌入閥座內(nèi)才能關(guān)閉閥門。這也就意味著閥座要設(shè)計(jì)得更大一些，該容量機(jī)組的旁路閥通流直徑為160mm（閥座直徑）。較大的通流直徑，可以降低蒸汽流速，可以減少蒸汽對(duì)設(shè)備的沖刷和侵蝕，但是同樣加大了整個(gè)閥門的尺寸，增加了造價(jià)。另外該閥門設(shè)計(jì)的是三級(jí)減壓，這主要根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定的，這樣的設(shè)計(jì)確保每一級(jí)的壓降不會(huì)很大，有理控制噪音。SIEMENS旁路閥采用自密封形式。

三、CCI旁路閥結(jié)構(gòu)（圖2）

CCI高壓旁路閥主要包括：閥體、閥桿、閥芯、閥座、閥籠和環(huán)形減溫水噴頭。閥籠也是三級(jí)減壓設(shè)計(jì)，其中第一級(jí)減壓閥籠設(shè)置在腔室內(nèi)，固定式的。CCI高旁閥是先三級(jí)減壓再減溫，因此閥門會(huì)受到蒸汽較強(qiáng)的沖擊，因此對(duì)材料強(qiáng)度和焊接強(qiáng)度要求較高。CCI閥芯設(shè)計(jì)為非嵌入式的，即是閥門在關(guān)閉的時(shí)候是閥芯落在閥座上，閥芯和閥座是硬密封接觸，防止漏氣。這樣不宜造成卡澀損壞，且閥座處無遮擋。這樣，同樣的通流能力（CV值）要求閥座尺寸較小，閥座直徑為125mm，繼而整個(gè)閥體尺寸可以減小，整體質(zhì)量較輕，可以節(jié)省制造成本。CCI高旁閥設(shè)計(jì)閥座和閥籠是可拆卸，如此可以方便拆卸維修。CCI旁路閥采用自密封形式。

四、對(duì)比

SIEMENS和CCI高旁閥結(jié)構(gòu)總體上大同小異，均是三級(jí)減壓，只不過第一級(jí)減壓SIEMENS是移動(dòng)式的（隨閥芯動(dòng)作），CCI是固定式的。對(duì)于減溫，SIEMENS受熱應(yīng)力沖擊小，但是對(duì)噴嘴要求很高，實(shí)際運(yùn)用下來，噴嘴亦卡澀且難維修；而CCI沒有上述問題，但是減溫效果稍差。SIEMENS嵌入式設(shè)計(jì)加大了閥芯卡澀和閥門內(nèi)漏的可能性；CCI非嵌入式設(shè)計(jì)，若閥座直徑設(shè)計(jì)過小，蒸汽流速急劇增加，高旁閥前后壓差急劇變化，閥門受到?jīng)_擊，穩(wěn)定性較差，甚至造成振動(dòng)并伴有噪聲[2]。對(duì)于高溫高壓蒸汽用閥門，兩種閥門均設(shè)置自密封形式，通過楔形密封墊達(dá)到自密封的效果。

五、總結(jié)

兩種結(jié)構(gòu)各有利弊，國(guó)內(nèi)超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)旁路使用的SIEMENS和CCI較多，可見這兩個(gè)廠家設(shè)備比較穩(wěn)定可靠，受到市場(chǎng)認(rèn)可。汽輪機(jī)旁路閥作為電廠最為重要的調(diào)節(jié)閥門，旁路閥的選擇，至關(guān)重要，需綜合考慮。

參考文獻(xiàn)

[1] 萬勝軍，超超臨界高低壓旁路系統(tǒng)閥門. 電力通用機(jī)械，2017年

[2] 吳蔚宇，王小艷等，電廠高旁閥振動(dòng)原因分析及處理. 湖南電力，2017年

[3] 康松，楊建明，胥建群編著，汽輪機(jī)原理 -北京：中國(guó)電力出版社，2000高等學(xué)校教材

（作者單位：浙江省電力建設(shè)有限公司）