汽轮机阀门装置及控制方法、小汽轮机与流程

1.本技术涉及小汽轮机技术领域，尤其涉及一种小汽轮机阀门装置及控制方法、小汽轮机。


背景技术：

2.现有小汽轮机采用主汽阀和一个调节阀来调整输入到汽缸的蒸汽，主汽阀和调节阀独立设置，调节阀的开度调节精度有限，导致输出的蒸汽量对应控制的小汽轮机转速精度较低，且汽缸进汽不均匀，对运行叶片造成冲击损坏。
3.如何提高小汽轮机输出转速的精度，是目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的是提供一种小汽轮机阀门装置及控制方法、小汽轮机，用以解决小汽轮机输出转速精度低的问题。
5.为了解决上述技术问题，本说明书是这样实现的：其特征在于，设置在锅炉和汽缸之间，包括主汽阀、调节阀、阀体管道和进汽腔室，
6.所述主汽阀，与所述锅炉相连通；
7.所述调节阀，包括第一阀、第二阀、第三阀，所述主汽阀、第三阀、第二阀、第一阀依进汽方向顺序设置在所述阀体管道上；
8.所述进汽腔室，包括出汽口和位于所述进汽腔室的第一侧的第二进汽口、第三进汽口、位于所述进汽腔室的第二侧的第一进汽口，所述第一侧与所述第二侧相对，所述第一进汽口与所述第一阀相连通、所述第二进汽口与所述第二阀相连通，所述第三进汽口与所述第三阀相连通，所述出汽口与所述汽缸相连通；
9.其中，所述锅炉输出的蒸汽经所述主汽阀进入所述阀体管道，经所述第一阀、第二阀、第三阀进入所述进汽腔室，经所述进汽腔室的出汽口进入所述汽缸。
10.可选的，所述调节阀还包括第四阀，所述进汽腔室还包括位于所述第一侧的第四进汽口，所述第四进汽口设置在所述第三进汽口和所述第二进汽口之间，所述第四进汽口与所述第四阀相连通；
11.其中，蒸汽还经所述第四阀进入所述进汽腔室。
12.可选的，所述第四阀的阀门直径小于所述第一阀、第二阀或第三阀的阀门直径。
13.可选的，所述第四进汽口相对所述第三进汽口和所述第二进汽口对称设置。
14.可选的，所述第一阀、第二阀和第三阀的阀门直径相同。
15.可选的，所述第三进汽口和所述第二进汽口相对所述进汽腔室均匀布置。
16.第二方面，提供了一种小汽轮机阀门控制方法，应用于如第一方面所述的小汽轮机阀门装置，包括以下步骤：
17.确定所述调节阀包括的第一阀、第二阀、第三阀对应的多个开启顺序组合；
18.按照各开启顺序组合和预设开启条件，开启所述调节阀中的第一阀、第二阀、第三
阀；
19.在所述调节阀各阀门开启过程中实时监测所述小汽轮机的轴承振动和轴承温度中的至少一项；
20.根据各开启顺序组合对应监测的轴承振动和轴承温度中的至少一项，确定目标开启顺序组合；
21.在控制开启所述主汽阀之后，根据所述目标开启顺序组合对应的阀门开启顺序，控制所述第一阀、第二阀、第三阀开启。
22.可选的，所述目标开启顺序组合对应的阀门开启顺序为依次开启所述第一阀、所述第二阀、所述第三阀。
23.可选的，所述目标开启顺序组合对应的阀门开启顺序为先同时开启所述第二阀和所述第三阀，再开启所述第一阀。
24.第三方面，提供了一种小汽轮机，包括：
25.如第一方面的小汽轮机阀门装置；
26.汽缸，与所述小汽轮机阀门装置连通；
27.其中，所述小汽轮机阀门装置将锅炉输出的蒸汽输出到所述汽缸，以驱动所述汽缸的转子转动进而驱动给水泵。
28.在本技术实施例中，汽轮机阀门装置的调节阀包括第一阀、第二阀、第三阀，主汽阀、第三阀、第二阀、第一阀依进汽方向顺序设置在阀体管道上，进汽腔室包括出汽口和位于进汽腔室的第一侧的第二进汽口、第三进汽口、位于进汽腔室的第二侧的第一进汽口，第一侧与第二侧相对，第一进汽口与第一阀相连通、第二进汽口与第二阀相连通，第三进汽口与第三阀相连通，使得锅炉输出的蒸汽经主汽阀进入所述阀体管道，经第一阀、第二阀、第三阀进入进汽腔室，从而可以根据小汽轮机期望的转速精确调节开启不同的调节阀，更精确地提供所需蒸汽量，降低蒸汽消耗量，从而提高小汽轮机输出转速的精度。且汽缸进汽均匀，叶片在运行中不会受到不等冲击力，减少对设备的磨损。
附图说明
29.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
30.图1是本技术实施例的小汽轮机阀门装置的结构方框图。
31.图2是本技术实施例的小汽轮机阀门装置的阀门结构示意图。
32.图3是本技术实施例的小汽轮机阀门控制方法的流程示意图。
33.图4是本技术实施例的小汽轮机的结构方框图。
具体实施方式
34.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本技术中附图编号仅用于区分方案中的各个步骤，不用于限定各个步骤的执行顺序，具体执行顺序以说明书中描述为准。
35.为了解决现有技术中存在的问题，本技术实施例提供一种小汽轮机阀门装置，设置在锅炉和汽缸之间，包括主汽阀、调节阀、阀体管道和进汽腔室。所述主汽阀，与所述锅炉相连通；所述调节阀，包括第一阀、第二阀、第三阀，所述主汽阀、第三阀、第二阀、第一阀依进汽方向顺序设置在所述阀体管道上；所述进汽腔室，包括出汽口和位于所述进汽腔室的第一侧的第二进汽口、第三进汽口、位于所述进汽腔室的第二侧的第一进汽口，所述第一侧与所述第二侧相对，所述第一进汽口与所述第一阀相连通、所述第二进汽口与所述第二阀相连通，所述第三进汽口与所述第三阀相连通，所述出汽口与所述汽缸相连通；其中，所述锅炉输出的蒸汽经所述主汽阀进入所述阀体管道，经所述第一阀、第二阀、第三阀进入所述进汽腔室，经所述进汽腔室的出汽口进入所述汽缸。
36.图1是本技术实施例的小汽轮机阀门装置的结构方框图，如图1所示，小汽轮机阀门装置100包括主汽阀10、调节阀(第一阀21、第二阀22、第三阀23)、阀体管道40和进汽腔室30。
37.主汽阀10、第三阀23、第二阀22、第一阀21依进汽方向顺序设置在阀体管道40上，即，主汽阀10与调节阀一体设置在同一个阀体管道40上。
38.进汽腔室30包括第一进汽口31、第二进汽口32、第三进汽口33，其中第二进汽口32和第三进汽口33设置在进汽腔室30的一侧，第一进汽口31设置在进汽腔室30的另一侧。第二进汽口32、第三进汽口33与第一进汽口31相对设置，如图1所示，第二进汽口32、第三进汽口33位于进汽腔室30的上侧，第一进汽口31位于进汽腔室30的下侧。
39.第一进汽口31与第一阀21相连通、第二进汽口32与第二阀22相连通，第三进汽口33与第三阀23相连通。也即，进汽腔室30的第一进汽口31、第二进汽口32、第三进汽口33分别与第一阀21、第二阀22、第三阀23的位置一一对应，依进汽方向顺序设置在进汽腔室30上。且各调节阀与进汽口之间设置有汽体路，实现蒸汽从阀门经对应进汽口进入进汽腔室40。
40.小汽轮机阀门装置100的主汽阀和各调节阀的阀门结构可以参考图2，如图2所示，主汽阀10上端的进汽口12与锅炉的出汽口连接(图中未显示)，来自锅炉的蒸汽经进汽口12进入主汽阀10，在主汽阀10开启的状态下进入阀体管道40。阀体管道40上依进汽方向顺序设置主汽阀10、第三阀23、第二阀22和第一阀21，例如图2所示，沿从左到右的进汽方向，主汽阀10、第三阀23、第二阀22和第一阀21依次设置在阀体管道40上。
41.可选的，所述第一阀、第二阀和第三阀的阀门直径相同。
42.例如，第一阀21、第二阀22和第三阀23的阀门直径为200mm(毫米)的管道。
43.可选的，所述第三进汽口和所述第二进汽口相对所述进汽腔室均匀布置。
44.如图1所示，进汽腔室30内部设置有圆弧状的喷嘴部1、2、3，每个喷嘴部里面设置有3-5个喷嘴。喷嘴部1、2、3构成圆环状，其中喷嘴部1设置在进汽腔室下方靠近第一进汽口的位置，喷嘴部2设置在进汽腔室右侧靠近第二进汽口的位置，喷嘴部3设置在进汽腔室左侧靠近第三进汽口的位置。
45.第一进汽口进入的蒸汽通过喷嘴部1的喷嘴驱动对应的叶片做功，第二进汽口进入的蒸汽通过喷嘴部1的喷嘴驱动对应的叶片做功，第三进汽口进入的蒸汽通过喷嘴部3的喷嘴驱动对应叶片做功。
46.第三进汽口33和第二进汽口32分别对应喷嘴部3、2对称设置。
47.下面，结合图1对锅炉输出的蒸汽经上述实施例的小汽轮机阀门装置的工作流程进行描述，该实施例中，调节阀包括三个调节阀，即第一阀21、第二阀22、第三阀23。
48.锅炉出汽口输出的蒸汽进入主汽阀10的进汽口，主汽阀10开启状态下，蒸汽进入阀体管道40中。如果第一阀21、第二阀22、第三阀23处于关闭状态，则蒸汽在阀体管道里流动。如果第一阀21、第二阀22、第三阀23处于开启状态，则蒸汽经过各调节阀与进汽腔室30的各进汽口连通的各汽体通路，进入进汽腔室30内通过对应的喷嘴部驱动叶片做功。
49.具体地，第一阀21通过汽体通路将蒸汽经进汽腔室30的第一进汽口31输入进汽腔室30，对位于进汽腔室30下方的喷嘴部1的喷嘴驱动对应的叶片做功；第二阀22通过汽体通路将蒸汽经进汽腔室30的第二进汽口32输入进汽腔室30，对位于进汽腔室30右方的喷嘴部2的喷嘴驱动对应的叶片做功；第三阀23通过汽体通路将蒸汽经进汽腔室30的第三进汽口33输入进汽腔室30，对位于进汽腔室30左方的喷嘴部3的喷嘴驱动对应的叶片做功。
50.叶片做功剩余的蒸汽经进汽腔室30的出汽口进入汽缸，驱动汽缸的转子做功。
51.可选的，在一个实施例中，调节阀还包括第四阀，所述进汽腔室还包括位于所述第一侧的第四进汽口，所述第四进汽口设置在所述第三进汽口和所述第二进汽口之间，所述第四进汽口与所述第四阀相连通；其中，蒸汽还经所述第四阀进入所述进汽腔室。
52.如图1所示，调节阀还包括第四阀24，进汽腔室40还包括第四进汽口34，第四阀24与第四进汽口34位置对应连通。
53.可选的，所述第四阀的阀门直径小于所述第一阀、第二阀或第三阀的阀门直径。
54.例如，第四阀24的阀门直径为160mm(毫米)的管道。第四阀24可以是辅助进汽的阀门，如果第一阀至第三阀输出的蒸汽可以带动汽轮机的转速达到预期转速，则可以不增加第四阀24。
55.可选的，所述第四进汽口相对所述第三进汽口和所述第二进汽口对称设置。
56.也即，第四阀24相对第三阀23和第二阀22对称设置。
57.如图1所示，第四进汽口34设置在第三进汽口33和第二进汽口32中间，如图1、2所示，第四阀24设置在第三阀23和第二阀22中间。
58.如上文所述，第三进汽口33与第二进汽口32相对进汽腔室30均匀分布，可以使得经第三进汽口33与第二进汽口32进入的蒸汽均匀进入进汽腔室30，驱动叶片做功，进汽均匀，叶片在运行中不会受到不等冲击力。温升均匀，提高了进汽腔室内金属部件的使用寿命。
59.同样地，第四进汽口设在第三进汽口与第二进汽口中间，可以使得经第四进汽口进入进汽腔室30的蒸汽均匀，叶片在运行中不会受到不等冲击力。温升均匀，提高了进汽腔室内金属部件的使用寿命。
60.下面，结合图1对锅炉输出的蒸汽经上述实施例的小汽轮机阀门装置的工作流程进行描述，该实施例中，调节阀包括四个调节阀，即第一阀21、第二阀22、第三阀23、第四阀24。
61.锅炉出汽口输出的蒸汽进入主汽阀10的进汽口，主汽阀10开启状态下，蒸汽进入阀体管道40中。如果第一阀21、第二阀22、第三阀23、第四阀24处于关闭状态，则蒸汽在阀体管道里流动。如果第一阀21、第二阀22、第三阀23、第四阀24处于开启状态，则蒸汽经过各调节阀与进汽腔室30的各进汽口连通的各汽体通路，进入进汽腔室30内通过对应的喷嘴部驱
动叶片做功。
62.具体地，第一阀21通过汽体通路将蒸汽经进汽腔室30的第一进汽口31输入进汽腔室30，对位于进汽腔室30下方的喷嘴部1的喷嘴驱动对应的叶片做功；第二阀22通过汽体通路将蒸汽经进汽腔室30的第二进汽口32输入进汽腔室30，对位于进汽腔室30右方的喷嘴部2的喷嘴驱动对应的叶片做功；第三阀23通过汽体通路将蒸汽经进汽腔室30的第三进汽口33输入进汽腔室30，对位于进汽腔室30左方的喷嘴部3的喷嘴驱动对应的叶片做功；第四阀24通过汽体通路将蒸汽经进汽腔室30的第四进汽口34输入进汽腔室30，对位于进汽腔室30上方的喷嘴部4的喷嘴驱动对应的叶片做功。
63.在本技术实施例中，汽轮机阀门装置的调节阀包括第一阀、第二阀、第三阀，主汽阀、第三阀、第二阀、第一阀依进汽方向顺序设置在阀体管道上，进汽腔室包括出汽口和位于进汽腔室的第一侧的第二进汽口、第三进汽口、位于进汽腔室的第二侧的第一进汽口，第一侧与第二侧相对，第一进汽口与第一阀相连通、第二进汽口与第二阀相连通，第三进汽口与第三阀相连通，使得锅炉输出的蒸汽经主汽阀进入所述阀体管道，经第一阀、第二阀、第三阀进入进汽腔室，从而可以根据小汽轮机期望的转速精确调节开启不同的调节阀，更精确地提供所需蒸汽量，降低蒸汽消耗量，从而提高小汽轮机输出转速的精度。且汽缸进汽均匀，叶片在运行中不会受到不等冲击力，减少对设备的磨损。
64.此外，不同调节阀设置在同一个阀体管道上，占地空间小，节省造价成本。
65.可选的，本技术实施例还提供了一种小汽轮机阀门控制方法，应用于上述图1至图2的小汽轮机阀门装置。
66.如图3所示，包括以下步骤：
67.步骤102，确定所述调节阀包括的第一阀、第二阀、第三阀对应的多个开启顺序组合；
68.步骤104，按照各开启顺序组合和预设开启条件，开启所述调节阀中的第一阀、第二阀、第三阀；
69.步骤106，在所述调节阀各阀门开启过程中实时监测所述小汽轮机的轴承振动和轴承温度中的至少一项；
70.步骤108，根据各开启顺序组合对应监测的轴承振动和轴承温度中的至少一项，确定目标开启顺序组合；
71.步骤110，在控制开启所述主汽阀之后，根据所述目标开启顺序组合对应的阀门开启顺序，控制所述第一阀、第二阀、第三阀开启。
72.在步骤102中，在调节阀包括图1所示的第一阀21、第二阀22、第三阀23的情况下，对应的开启顺序组合至少可以包括以下几种：
73.1、第一阀21—》第二阀22—》第三阀23，即第一阀21、第二阀22、第三阀23依次顺序开启；
74.2、第二阀22—》第三阀23—》第一阀21，即第二阀22、第三阀23、第一阀21依次顺序开启；
75.3、(第二阀22；第三阀23)—》第一阀21，即第二阀22、和第三阀23同时开启，第一阀21后续开启。
76.在步骤104中，预设开启条件，是各个开启阀门开启的条件，比如第一阀开启后，进
汽腔室内温度达到200度，则开启第二阀，第二阀开启50％开度后，再打启第三阀，等等，具体可以根据经验确定目标开启条件。
77.通过相同的开启条件，分别对每组调节阀进行开启，进行开启顺序确定试验。
78.在步骤106中，根据调节阀的开启顺序及对应开度(百分比)，相应监测小汽轮机的轴承振动或轴承温度。
79.例如，预设开启条件如下表1所示，表1给出了(第一阀21—》第二阀22—》第三阀23)的开启顺序组合对应的轴承振动监测数据：
80.表1
[0081][0082][0083]
从上表可知，比例积分微分(pid)控制器输出pid控制指令，控制各阀门按照指令的开度调节，进而调节输出的蒸汽量。通过依次按照预设开度调节各调节阀，控制小汽轮的转子达到预期的速度值。
[0084]
至此，对该调节阀开启顺序组合的轴承振动和温度监测结束。可继续其他调节阀的开启顺序组合的试验，直至所有组合均试验完毕。
[0085]
依照同样的开启条件，可以分别得到各组开启顺序组合对应的轴承振动监测数据。
[0086]
在步骤108中，将步骤106监控得到的各开启顺序组合对应的轴承振动和轴承温度中的至少一项的数据进行比对，轴承振动越小，轴承温度越低，说明按照对应的调节阀开启
顺序开启阀门，对汽轮机造成的负面影响越小。因此，可以将轴承振动不超出预设安全轴承振动阈值，或者轴承温度不超出预设安全轴承温度阈值的开启顺序组合确定为多个调节阀的目标开启顺序组合。
[0087]
可选的，所述目标开启顺序组合对应的阀门开启顺序为依次开启所述第一阀、所述第二阀、所述第三阀。
[0088]
如图1所示，第一阀21输出的蒸汽从进汽腔室30下方的进汽口31进入，因此在开启调节阀时，先调节开启第一阀21，则可以对进汽腔室30和连通的汽缸进行低温提前暖机，由此可以加快小汽轮机的启动速度，降低蒸汽消耗量，避免对金属设备的损坏。再顺序开启第二阀22和第三阀23，第一阀21与第二阀22、第三阀23相对设置，可以使得进汽腔室内的蒸汽更加均匀，可以提高负荷响应速度，实现汽缸进汽均匀，避免叶片在运行中受到双倍频率的不等冲击力。
[0089]
整体而言，该实施例的开启顺序组合对小汽轮机的轴承产生的振动最小，轴承温度最低，显著减少了对设备的磨损。
[0090]
可选的，所述目标开启顺序组合对应的阀门开启顺序为先同时开启所述第二阀和所述第三阀，再开启所述第一阀。
[0091]
该实施例的开启顺序组合对小汽轮机的轴承产生的振动和轴承温度满足安全需要，也可以一定程度上加快小汽轮机的启动速度，降低蒸汽消耗量，并减少对设备的磨损。因此，可以作为上述实施例依次开启第一阀、第二阀、第三阀的替代方案。
[0092]
相应地，在调节阀包括第四阀的情况下，可以确定目标开启顺序组合对应的阀门开启顺序为依次开启第一阀、第二阀、第三阀、第四阀，即第一阀21—》第二阀22—》第三阀23—》第四阀24。
[0093]
或者，可以确定目标开启顺序组合对应的阀门开启顺序为先同时开启第二阀和第三阀，再依次开启第一阀、第四阀，即(第二阀22；第三阀23)—》第一阀21—》第四阀24。
[0094]
可选的，本技术实施例还提供一种小汽轮机，包括：上述任意一种小汽轮机阀门装置；汽缸，与所述小汽轮机阀门装置连通；其中，所述小汽轮机阀门装置将锅炉输出的蒸汽输出到所述汽缸，以驱动所述汽缸的转子转动进而驱动给水泵。
[0095]
如图4所示，小汽轮机1000包括小汽轮机阀门装置100和汽缸300。锅炉200与小汽轮机阀门装置100相连通，汽缸300与给水泵可通过轴联器连接。由此，锅炉生成的蒸汽经小汽轮机阀门装置100进入汽缸300，驱动汽缸300的转子转动进而驱动给水泵400。
[0096]
在本技术实施例中，通过分别对小汽轮机阀门的多调节阀的开启顺序组合进行轴承振动或轴承温度监测，可以确定出使用该结构的小汽轮机阀门调节蒸汽量的优选顺序组合，由此可以加快小汽轮机的启动时间，降低蒸汽消耗量，该顺序阀运行方式经济性高，调节级温度低，负荷响应速度快，汽缸进汽均匀，叶片在运行中不会受到不等冲击力。且轴承振动小、温度低，对设备产生的磨损少。
[0097]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
[0098]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述的方法。
[0099]
上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。