摘要：本文主要介绍了某型微型燃气轮机回热度调节机构的设计过程。回热度调节机构安装在涡轮与回热器之间，通过阀门对涡轮排出的燃气量进行二次分配：当需要得到电能时，关闭通往余热锅炉的管道；当需要热能时，关闭通往回热器的管道；需要同时供应两种形式的能量时，调节两个管道的阀门开度以实现其要求。

关键词：微型燃气轮机 调节 燃气分配

1、引言

某微型燃气轮机及其热电联供系统，在微型燃气轮机回热器排气的下游布置换热器（即余热锅炉），以进一步回收排气中的热量，并对外供热，把燃气轮机热力循环和余热锅炉供热过程有机结合，从而实现电能和热能的联产，以提高机组的综合利用效率。

回热度的调整可以通过在涡轮后设置回热度调节机构，即燃气旁通调节阀门，改变进入回热器的燃气流量比例的方法实现。

2、阀门的选型

某微型燃气轮机的回热度调节机构是与涡轮组件出口处相连，此处燃气温度为650℃左右，压力为105kP左右，流量在1.006kg/s左右，是一个高温、微正压的环境。微型燃气轮机的燃料为天然气（或轻柴油），它排放的燃气属于低腐蚀性气体。在进行回热度调节机构的设计时应着重考虑温度对阀体、阀盖和其它零件的影响。

根据回热度调节机构的工作环境特点，在阀门型式上选择了中心对称板式蝶阀。

蝶阀是用圆形蝶板作启动件并随阀杆转动以实现启闭动作的阀门。蝶阀的结构简单，流阻小，启动迅速，体积小，质量小。在低压条件下应用广泛，在调节方面明显优越于其它种类的阀门。

密封是阀门设计中关键的一环。蝶阀的密封材料通常为橡胶，但由于我们设计的蝶阀处于高温状态，密封就比较困难，通过对各种高温蝶阀密封形式的对比，选用了填料密封。填料密封被广泛应用在各种阀门阀杆的旋动密封。

驱动方式根据总体要求采用电动式。

3、填料腔的设计与密封填料的选择

填料腔的尺寸没有公式可以表达，主要靠长期使用经验来决定，宽度由轴径的大小来决定。填料的宽度选择根据与轴径的关系选取。考虑容易加工和本机构阀门转速不高的特点，在填料腔的设计时将其设计成简单的型式。参数如下：

轴径： d=14mm；

填料宽度： ω=5mm；

填料腔内径： D=d+2ω=14+2×5=24mm；

填料总宽度：L=nω=10×5=50mm（n为填料圈数）；

填料腔深度：L1= nω+(5～10)mm，取L1=60mm；

填料腔内壁的表面粗糙度：取；

填料腔内壁与压盖的配合：取H11/d11；

填料腔的内端面垂直于轴线的平面。

由于该机构工作环境温度为650℃左右，压力为105kPa左右，转速较低。所以在选择填料时主要是考虑填料在高温时候的性能。石墨盘根以其优良的耐高温、耐化学腐蚀和突出的密封性能而被选择。

4、阀门扭矩计算

本装置中选用中心对称板式蝶阀，其通道直径分别为φ210mm和φ180mm，蝶板中心厚度30mm，材料选耐热铸钢40Cr30Ni20。在计算过程中，因该装置的两处蝶阀的传动方式、阀杆径向尺寸和其它与其相关的条件相同，所不同的只有两蝶板的直径。故在进行阀门扭矩计算时选择蝶板直径D=φ210mm。计算中所用的公式如下：

(1)最大允许工作压力：P=φPN

式中：φ=0.58；PN=0.25；

(2)必须压比：

式中：m=1.4；a=3.5；c=1；p—介质压力；b=30mm；

(3)密封面摩擦力矩：Mm≈4qbbμmR2

式中：μm=0.25；R=1.5；

(4)阀杆与填料间的摩擦力和摩擦力矩：

1)摩擦力：ft=φdbtp

式中：φ=2.22；d—阀杆直径；bt—填料宽度（mm）；

2)摩擦力矩：mt=1/2ftd；

(5)阀的轴向压力：F=ρgV；

式中：ρ=7.85；V=1.4×10-4；

(6)轴承处的摩擦力矩：Mc=1/2Fμcd

式中：μc=0.25；

阀门总力矩的计算结果为：

M=1922N·mm

根据上述计算结果，在进行电机的选择时，再考虑在转动过程中一些不可预料因素的影响，故确定其扭矩为3N·m。

5、电机的选型

由于回热度调节机构的调节精度要求高，需要准确控制进入回热器的燃气量，从而达到调节回热度的目的。所以选用步进电机来驱动，步进电机可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，根据计算的扭矩选择U2M081型步进电机：步进角1.8°。

6、阀门结构设计

阀体的结构总体设计为三通形式。其左边法兰与涡轮组件相连，右下与回热器进口相连，右上与排气组件相连，是对整台机组起到至关重要作用的部件。该零件内部需要放置阀门，并通过阀门的开合程度来对燃气分别在回热器与余热锅炉之间的流量分配进行调节。涡轮出口燃气温度较高（约650℃）以及阀体结构复杂，在制作阀体时选择铸造的方法，材料上选择耐热铸铁RQTSi5，该铸铁有良好的高温性能，在非氧化环境下可耐温900℃以上。

蝶板是整个调节机构的工作核心。当阀门完全打开时，为了使通道内流阻最小，阀板的两个表面采用球面设计，中心部位也就是阀杆穿过的部分，采用圆柱形，这样可以更好的保证阀板的强度和寿命。在阀板的边缘铣一圆环状小平面，是与阀体内壁面的凸台配合，以求达到比靠单纯利用阀板边缘与阀体内壁面的简单密封更好的密封效果。在选材上，由于阀板的工作温度也较高（约660℃）。阀板的加工方式仍然采用铸造加工，结合环境因素，决定使用耐热铸钢40Cr30Ni20，它不但良好的高温性能，最高使用温度可达1150℃，而且对硫有良好的耐腐蚀性能。

7、结语

650℃高温下应用的蝶阀，国内也很少见，他不但会应用在我公司生产的系列燃气轮机上，而且在其他领域也会有用武之地。我对它的前景充满了信心。

参考文献

[1]《机械工程手册》.机械工业出版社.

[2]徐灏.《密封》.冶金工业出版社.