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應急給水泵試驗臺用高壓調(diào)節(jié)閥如何設計,要注意哪些?

發(fā)布于:2019/7/25 10:31:39 點擊量:202

    1 概述

    給水調(diào)節(jié)閥作為流量調(diào)節(jié)與控制,在電力、石化、機械等多種行業(yè)中應用十分廣泛,但是國內(nèi)用于水泵試驗的高壓調(diào)節(jié)閥較少。目前,高揚程及大流量水泵性能試驗中一般都是采用直行程套筒閥或節(jié)流閥(包括多個閥門的組合形式)等。直行程套筒閥流量調(diào)節(jié)范圍較?。ㄒ话銥?0%~80%額定流量),節(jié)流閥在小流量時振動噪聲大及流量穩(wěn)定性差。若采用多個閥門組合形式調(diào)節(jié)流量,可能導致成本增加及實際操作難度加大。參考國內(nèi)外相關(guān)資料,結(jié)合某大型核電應急給水泵試驗要求,設計了用于高壓調(diào)節(jié)的新型調(diào)節(jié)閥。經(jīng)試驗臺測試回路進行水泵流量調(diào)節(jié)測試,新型調(diào)節(jié)閥具有流量調(diào)節(jié)范圍廣,調(diào)節(jié)精度高,大壓差小流量時穩(wěn)定性好及噪聲振動小等特點。

    2 設計計算

    (1)參數(shù)

    依據(jù)某大型核電應急給水泵試驗臺對測試回路要求,需實現(xiàn)5%~100%范圍額定流量的平穩(wěn)調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)閥進口壓力>10.0MPa且閥門任何開度情況下,調(diào)節(jié)閥出口壓力≤0.5MPa。閥門在調(diào)節(jié)行程范圍內(nèi),噪聲值需低于試驗過程中試驗臺產(chǎn)生的噪聲,閥門振動值不高于試驗許用值。

    (2)結(jié)構(gòu)特點及工作原理

    調(diào)節(jié)閥采用閥瓣沿手輪中心線直行程的角式通流結(jié)構(gòu)(圖1),其主要部件有手輪、閥桿、閥瓣、閥座、閥體及進口導流管等,通流介質(zhì)通過閥瓣與閥座之間的環(huán)形通流間隙實現(xiàn)對其流量的調(diào)節(jié)。高壓測試水流經(jīng)過進口導流直管沖擊閥瓣,由閥瓣改變流向后經(jīng)閥瓣與閥座之間的環(huán)狀間隙進入閥體腔室,在腔室內(nèi)混流后由閥門出口排出。旋轉(zhuǎn)手輪使閥瓣沿中心線移動,閥瓣與閥座之間的環(huán)狀間距發(fā)生改變,這樣對水產(chǎn)生不同程度的節(jié)流,從而達到對測試水流量的調(diào)節(jié)。由于閥瓣開啟高度小,閥桿螺紋采用精加工細牙螺紋,這樣在旋轉(zhuǎn)手輪進行流量調(diào)節(jié)時可以實現(xiàn)精確控制。

    閥桿與閥瓣為相互獨立的分體結(jié)構(gòu)。閥座經(jīng)過過盈配合鑲嵌在閥體基座上。閥座及閥瓣密封處為堆焊的硬質(zhì)合金,可以有效地抵制在調(diào)節(jié)閥高速水流沖刷過程中對節(jié)流密封面的沖刷。調(diào)節(jié)閥水流進口端增加一段直導流管,可以盡量保證測試水進入節(jié)流環(huán)狀間隙前為截面等速分布,這樣水流可以均勻的從圓形節(jié)流間隙通過,提高了節(jié)流后水流的穩(wěn)定性,也可以有效的減少介質(zhì)流不均勻?qū)A形節(jié)流面的局部沖刷,延長閥門的使用壽命。

1.手輪2.閥桿3.閥瓣4.閥體5.閥座6.進口導管

圖1 新型高壓調(diào)節(jié)閥

    閥門在高壓小流量情況下,閥瓣與閥座之間的環(huán)狀間隙比較小,經(jīng)過此間隙的水流速度較高,可能會出現(xiàn)液體壓力低于此刻的汽化壓力。流體急劇汽化形成微小氣泡,隨后流速變慢,液體壓力升高到大于汽化壓力,氣泡形成空虛,從而導致閥門汽蝕。閥門內(nèi)腔分為2個腔室(圖2)。腔室Ⅰ可以有效地避免閥門汽蝕對閥體的侵蝕,延長閥門的使用壽命。腔室Ⅱ流體混合區(qū),經(jīng)過節(jié)流間隙的流體在腔室Ⅱ進行混合后由閥門出口導出。

1.腔室Ⅰ 2.腔室Ⅱ

圖2 調(diào)節(jié)閥局部構(gòu)造及尺寸

    (3)閥瓣流通面積及開啟高度

    按照水泵試驗最大流量確定閥瓣通流面積F和開啟高度H。水泵最大流量Q=190m3/h。

        (1)

        (2)

    式中  F———閥瓣通流面積,m2

    Q———水泵最大流量,m3/h

    H———閥門開啟高度,mm

    μ———流量系數(shù)(μ=0.5)

    ΔP———閥門進出口壓差,MPa

    ΔP=Pj-Pc=10.5MPa

    Pj———閥門進口壓力(水最大流量下?lián)P程H=1100m,Pj=11.0),MPa

    Pc———閥門出口壓力(Pc=0.5),MPa

    ρ———閥出口水密度(常溫20℃時,ρ=985),kg/m3

    Dt———閥座通道直徑(Dt=44),mm

    取閥瓣最大設計開啟高度H=27mm。

    3 試驗數(shù)據(jù)分析

    調(diào)節(jié)閥安裝在某大型核電應急汽輪機給水泵試驗臺閉式測試回路上(圖3),試驗臺所有測量數(shù)據(jù)為計算機數(shù)采系統(tǒng)采集。試驗臺主要功能是測試核電應急給水泵性能參數(shù),也可同時測試新型調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)功能及流量特性。閥門需調(diào)節(jié)的流量點均按照水泵性能測試所規(guī)定的流量點進行調(diào)節(jié),并記錄閥門的開度值、閥門的前后壓力值及流量穩(wěn)定后流量波動的上下極值,以確定各流量點的波動情況,檢驗該調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。在測試過程中,為方便計算對比,設定調(diào)節(jié)閥關(guān)閉點的開度為0,水泵性能測試最大流量點所對應的調(diào)節(jié)閥開度值為100%。水泵由汽輪機驅(qū)動,汽輪機轉(zhuǎn)速采用氣動調(diào)節(jié),水泵在整個試驗過程中轉(zhuǎn)速為8000±5r/min,水泵轉(zhuǎn)速基本恒定,水泵轉(zhuǎn)速波動對閥門測試的影響可以忽略。

1.高壓調(diào)節(jié)閥2.流量計3.換熱器

4.補水閥5.閘閥6.核電應急泵

圖3 試驗臺測試回路

    從新型調(diào)節(jié)閥測試參數(shù)(表1)和流量特性曲線(圖4)可以看出,新型調(diào)節(jié)閥在水泵試驗過程中流量調(diào)節(jié)平緩,調(diào)節(jié)范圍比較大,基本可以實現(xiàn)5%~100%額定流量的大范圍穩(wěn)定調(diào)節(jié),閥門前后壓力較穩(wěn)定,閥后壓力最高小于0.5MPa,低于閥后其他承壓設備的安全壓力,保證了閥后設備的正常運行。與普通類型高壓節(jié)流閥相比,在小流量情況下,新型調(diào)節(jié)閥流量波動較低(圖5)。在大流量調(diào)節(jié)時,普通節(jié)流閥流量波動略高于新型調(diào)節(jié)閥。在安裝狀態(tài)基本相同的情況下,新型調(diào)節(jié)閥振動及噪聲值明顯低于普通節(jié)流閥。

圖4 調(diào)節(jié)閥流量特性曲線

表1 調(diào)節(jié)閥測試參數(shù)

1.普通調(diào)節(jié)閥 2.新設計調(diào)節(jié)閥

圖5 調(diào)節(jié)閥流量波動對比

    4 結(jié)語

    經(jīng)過檢測,新型高壓調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)穩(wěn)定,調(diào)節(jié)范圍大,振動噪聲小,操作簡單靈活,可以選用電動或手動兩種驅(qū)動方式,適用于各類高揚程水泵試驗臺的流量調(diào)節(jié),節(jié)約成本,減少了操作人員。


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