蒸汽动力装置中大量采用汽轮辅机，如汽轮循环泵，汽轮给水泵，汽轮鼓风机等，这些汽轮辅机的共同特点就是采用背压式汽轮机，功率小，蒸气耗量少，蒸汽调节阀的流量特性是影响汽轮辅机工作特性的重要参数。原汽轮辅机进口的蒸汽压力为2。0MPa，是恒定值，因此对汽轮机调节系统的设计要求不太高。但现在的进气压力在2.023.5MPa之间变动，为滑变参数，若还要保证满足机组主凝水系统的工作要求，则必须对调节阀作出相应的改变，以提高其适应性。

    1 调节阀改进设计

    1.1 原调节阀简介

    原调节阀窗口型线如图1所示。原调节阀在蒸汽压力恒定的情况下，能较好地满足控制要求，但是蒸汽压力在2.023.5MPa的滑变情况下，调节阀在低参数工况时可能出力不够，不能满足汽轮机的调节特性，此必须对调节阀的型线进行重新设计。

    1.2 调节阀改进思路及技术途径

    1）调节阀的改进设计原则

    由于套筒调节阀具有轴向不平衡力小，稳定性好，阀杆不易产生振动，允许压差大，噪声低等特点，因此调节阀改型仍采用套筒阀。但由于现汽轮循环水泵在滑参数状态运行，所以在低参数工况必须对此调节阀通流能力进行核算，保证其一定出力。同时考虑套筒阀窗口型线加工工艺，初步将其确定为梯形和矩形相结合的组合窗口，其窗口面积大小和形状取决于下面三个因素：

    （1）保证在低参数条件下机组能发出一定的功率；

    （2）在正常参数下运行时，在额定工况下，调节阀压差（包括速关阀）不大于0.12MPa；

    （3）在低负荷工况时调节阀的可调节性。

    2）调节阀窗口型线改进设计

    改进后的套筒阀如图2所示，有四个型线窗口。每个型线窗口面积为402mm2，总窗口面积为1608mm2，原窗口型线面积为1300mm2，增加了23.7%，主要是考虑到在低参数工况下能保证一定出力。新设计的节流套筒阀衬套结构见图3所示，升程与开度面积的关系曲线见图4所示。

    3）调节阀通流能力计算

    给定参数：蒸汽压力：P0=2.0MPa；蒸汽温度：t0=211.38℃；蒸汽流量：G=3700kg/h；排汽压力：P2=0.21MPa

    喷嘴数据：喷嘴形式：带扩散形钻孔园喷嘴；喷嘴喉部总面积：F_min=389mm²；喷嘴出口总面积：F=879mm²；面积比：f=F/Fmin=2.26mm²；喷嘴流量系数：M=0.97。

    调节阀前参数确定：

    由于调节阀前尚有速关阀和管路等，它具有一定压损耗。目前取调节阀前的蒸汽压力为P0’=1.9MPa，比容V0’=0.105m³/kg，温度t0’=209℃。

    计算：

    绝热指数：K=1.135；

    临界压力比：

    调节阀临界压力：P0′×ε³= 1.0963MPa

    钻孔喷嘴临界压力比：

    在P2不变时，P1的最小临界值：P1=P2/ε³₁=0.2195MPa

    流量计算

    根据连续方程，流过调节阀的流量等于流过喷嘴的流量，可推得：流量

    式中，α为单位面积临界流量系数：α=0.716（饱和蒸汽）；P0′、V0′为调节阀前压力比和比容；F_min为喷嘴喉部面积；μ为喷嘴流量系数；P1为调节阀后压力即喷嘴前压力；β_c为彭台曼系数。

    代入有关数据得：

    G=381.60P1β_c

    P1和βc对于不同工况，其数值不同，需要考虑如下三种工况：

    （1）调节阀为临界工况，而喷嘴为亚临界工况（P1<0.2195MPa）；

    （2）调节阀为临界工况，而喷嘴为临界工况（1.096MPa>P1>0.2195MPa）；

    （3）调节阀为亚临界工况，而喷嘴为临界工况（P1>1.096MPa）。

    2 调节阀对比试验研究

    2.1 试验方法及目的

    两种不同的节流套筒阀作对比试验。在不同的背压下，分别试验阀门升程与蒸汽流量之间的特性曲线。保持阀前进口压力为2.0MPa，将阀门升程调至2mm，阀后压力依次为1.9、1.7、1.5、1.3、1.1、0.9MPa，分别测出各压力下蒸汽流量。将阀门升程依次开启至4、6、8、10、12、14、16、18、20mm，同理在不同背压下测各点的蒸汽流量。试验框图见图5所示。

    2.2 试验结果分析

    从图6到图9的关系曲线可以发现，原节流阀套筒在阀杆升程8mm-10mm之间其蒸汽流量是不变的（见图6和图8），这说明，在这2mm升程中节流阀套筒的窗口面积不发生变化，也就是说在2mm升程中，机组流量不变，功率不变，从机组的调节性能来说，这是不允许的，这是这次试验的重大收获，终于搞清楚了原有节流阀套筒的窗口型线存在的不足之处。而改进后流量与升程之间基本上呈线性关系（见图7和图9），因此，从调节性能上看比原节流阀套筒窗口型线的要好。

    3 结论

    艇用汽轮循环水泵机组汽轮机调节阀中两种不同的节流阀套筒窗口型线的对比试验结果表明，改进后的调节阀在调节性能上优于原调节阀的，能够满足调节系统的控制要求，因此改型是成功的。