0 前言
为了保持与外部负荷的平衡，汽轮机通常需要调整其功率，决定汽轮机功率的最重要和最容易控制的因素是汽轮机的进气量。目前，常用的汽轮机蒸汽配置方法主要包括：喷嘴蒸汽配置、节流蒸汽配置、滑动蒸汽配置、全电动调节蒸汽配置、旁路蒸汽配置。喷嘴蒸汽配置作为最常见的蒸汽配置方式，主要由一些可变的蒸汽进的调节水平和采用多阀系统的调节阀组成。汽轮机的第一流量静态叶片分为几个喷嘴组，与相同数量的调节阀相连，阀后空间相互分离，允许每个喷嘴组前建立不同的压力，通过不同的流量参与流量调节。
通常，当喷嘴配汽调节级动叶承受最大强度时，通常不会发生在最大流量条件下，而是发生在第二组调节阀未打开时。为了扩大低负荷节流配汽的运行段，提高调节级动叶强度的设计条件和气动阶段进气加热的均匀性，设计师可以使用Ⅰ阀、Ⅱ阀门同步打开，或Ⅰ阀、Ⅱ阀后连接方式1
Ⅰ阀、Ⅱ阀后连接可有效降低叶片在低负荷运行和小流量调节过程中的蒸汽弯曲应力，提高机组运行的安全性和可靠性。通常，一个调节阀对应于一个喷嘴组，两个流道相互独立，即阀门Ⅰ对应喷嘴组Ⅰ，阀Ⅱ对应喷嘴组Ⅱ，以下简称原阀，如图1所示（a）；联通阀连接阀后流道，即阀Ⅰ对应喷嘴组Ⅰ、喷嘴组Ⅱ，阀Ⅱ也对应喷嘴组Ⅰ、喷嘴组Ⅱ，以下简称联通阀，如图1所示（b）。这不仅降低了叶片强度，提高了稳定性，而且与单个大阀门相比，两个阀门连接不会增加阀门面积的油动机负担。
图1 调节阀示意图
1 计算联通阀
通常，在第一个阀打开后，应选择适当的重叠程度，以线性化流量升程曲线，避免下一个阀打开初始流量增加和功率减少引起的负载摆动。对于本文中的阀门，重复量为8mm，原阀组流量升程曲线如图2所示，后续阀门开启时流量曲线变化率小，流量过渡平稳。
图2 阀组升程-流量曲线
当采用联通阀结构时，其流量计算与原阀不同。阀后喷嘴有流量公式
（1）
式中，p1、υ1.喷嘴前后的蒸汽压力和比容；Fc喷嘴喉部面积；μ喷嘴流量系数；βc为喷嘴彭台门系数。
由于阀门的节流，焓值不变，即p0v0=p1v1，公式变为
（2）
对于联通阀结构，当阀门Ⅰ与原阀相比，喷嘴面积扩大到原阀的两倍。当流量与原流量相同时，阀后压力p1.彭台门系数原阀的一半，调节阀βv函数也相应变化，因此函数也相应变化Qv=f（Qvcr，βv）变化如图3所示。
图3 实际流量-临界流量曲线
对于阀门Ⅰ、阀门Ⅱ：
（3）
式中，QⅠcr、QⅡcr为阀Ⅰ、阀Ⅱ临界流量；βⅠ、βⅡ为阀Ⅰ、阀Ⅱ彭台门系数；QZ为阀Ⅰ、阀Ⅱ总流量；Qc为阀后喷嘴流量。
而彭台门系数仅为阀后压力的函数，而阀Ⅰ与阀Ⅱ因此，阀后压力相同βⅠ=βⅡ=βv，则
图4 阀组升程-流量曲线对比
又有Qvcr=f（L），根据上述新函数关系Qv=f（Qvcr，βv），立即可以找到出阀Ⅰ、阀Ⅱ的总流量QZ，阀组的流量升程曲线如图4所示。
可以看通阀在阀内Ⅱ开启初期出现了流量的突然上升，这是由于阀Ⅰ相应的喷嘴面积增大，开启过程中压力随升程增大，比原阀慢。同升程时，彭台门系数大于原阀，流量相对增大。
2 阀门线设计
为了避免8的升程L当流量突然增加时，需要调整现有的阀线。可变型线包括：阀Ⅰ升程8＜L16型线，或阀门Ⅱ升程0＜L8型线。考虑到结构和工作量，决定对阀Ⅰ升程8＜L改进了16型线。
型线改进方法选择倒推法，即以给定的流量升程曲线为目标函数，找出几何约束，修正型线，然后检查修正后的阀门型线。本文采用原阀流量升程QY为目标曲线，图4中的原阀升级为8L16时有流量曲线
如果忽略了阀线修正的影响，则使用原阀线ΦⅠ值近似代替ΦA，βv值近似代替βAv，如图5所示，可以找出目标喉部面积-升程曲线。
图5
获得目标喉部面积后，可以确定阀门线。对于阀门Ⅰ新型线在L＜8mm保持不变，在L＞8mm根据几何计算公式：
（7）
式中，Y为喉部间隙距中心距离；Δ喉部间隙距离。
调整Y与Δ的值，使FAv'等于FAv，并在获得不同升程时保证型线光滑连续Y值后，阀门型线可以构造，如图6所示。
图6 新阀门型线
3 阀门线验算
获得新的阀线后，需要重新计算，以验证结果的准确性，并评估新线阀的流量特性。根据上述情况CFD计算方法，新型线阀Ⅰ与阀Ⅱ对临界流量、彭台门系数等值进行联算，如图7、图8所示。
可根据上述计算结果和上述公式获得以下关系：
（8）
图7 新线临界流量-升程曲线
图8 新线阀后压力-彭台门系数曲线
联合解决上述7个方程Qv=f（L），即新线联通阀的流量升程曲线，如图9所示。从图中可以看出，新联通阀的流量特性曲线原阀的升程L＜16mm基本相同，避免了原联通阀流量曲率不光滑的现象，使阀门流量Ⅱ平稳过渡开启后，满足设计要求。
图9
4 结论
为了扩大低负荷节流配汽的运行段，改善调节叶片强度的设计条件，本文采用了阀后连接的结构类型。根据理论公式，结合CFD数值模拟手段获得了阀门的流量特性。采用倒推法改进阀线，以给定流量升程曲线为目标函数，找出几何约束，修改型线，然后检查新阀线，取得满意的效果。
参考文献
中国动力工程学会M】。北京：2004年机械工业出版社
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