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應(yīng)急給水泵試驗(yàn)臺用高壓調(diào)節(jié)閥如何設(shè)計(jì)，要注意哪些？
發(fā)布于：2019/7/25 10:31:39 點(diǎn)擊量：232
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(jī)械等多種行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，但是國內(nèi)用于水泵試驗(yàn)的高壓調(diào)節(jié)閥較少。目前，高揚(yáng)程及大流量水泵性能試驗(yàn)中一般都是采用直行程套筒閥或節(jié)流閥（包括多個(gè)閥門的組合形式）等。直行程套筒閥流量調(diào)節(jié)范圍較小（一般為20%～80%額定流量），節(jié)流閥在小流量時(shí)振動噪聲大及流量穩(wěn)定性差。若采用多個(gè)閥門組合形式調(diào)節(jié)流量，可能導(dǎo)致成本增加及實(shí)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(yīng)急給水泵試驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)了用于高壓調(diào)節(jié)的新型調(diào)節(jié)閥。經(jīng)試驗(yàn)臺測試回路進(jìn)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(shí)穩(wěn)定性好及噪聲振動小等特點(diǎn)。
2 設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）參數(shù)
依據(jù)某大型核電應(yīng)急給水泵試驗(yàn)臺對測試回路要求，需實(shí)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(jìn)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(yàn)過程中試驗(yàn)臺產(chǎn)生的噪聲，閥門振動值不高于試驗(yàn)許用值。
（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jìn)口導(dǎo)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(shí)現(xiàn)對其流量的調(diào)節(jié)。高壓測試水流經(jīng)過進(jìn)口導(dǎo)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(jìn)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(dá)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(xì)牙螺紋，這樣在旋轉(zhuǎn)手輪進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)精確控制。
閥桿與閥瓣為相互獨(dú)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(jìn)口端增加一段直導(dǎo)流管，可以盡量保證測試水進(jìn)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(jìn)口導(dǎo)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(dǎo)致閥門汽蝕。閥門內(nèi)腔分為2個(gè)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(jìn)行混合后由閥門出口導(dǎo)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(yàn)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(jìn)出口壓差，MPa
ΔP=Pj－Pc=10.5MPa
Pj———閥門進(jìn)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(shí)，ρ=985），kg/m3
Dt———閥座通道直徑（Dt=44），mm
取閥瓣最大設(shè)計(jì)開啟高度H=27mm。
3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
調(diào)節(jié)閥安裝在某大型核電應(yīng)急汽輪機(jī)給水泵試驗(yàn)臺閉式測試回路上（圖3），試驗(yàn)臺所有測量數(shù)據(jù)為計(jì)算機(jī)數(shù)采系統(tǒng)采集。試驗(yàn)臺主要功能是測試核電應(yīng)急給水泵性能參數(shù)，也可同時(shí)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(diǎn)均按照水泵性能測試所規(guī)定的流量點(diǎn)進(jìn)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(diǎn)的波動情況，檢驗(yàn)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(jì)算對比，設(shè)定調(diào)節(jié)閥關(guān)閉點(diǎn)的開度為0，水泵性能測試最大流量點(diǎn)所對應(yīng)的調(diào)節(jié)閥開度值為100%。水泵由汽輪機(jī)驅(qū)動，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速采用氣動調(diào)節(jié)，水泵在整個(gè)試驗(yàn)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(jì)3.換熱器
4.補(bǔ)水閥5.閘閥6.核電應(yīng)急泵
圖3 試驗(yàn)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(yàn)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(shí)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(shè)備的安全壓力，保證了閥后設(shè)備的正常運(yùn)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(shí)，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(shè)計(jì)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(yáng)程水泵試驗(yàn)臺的流量調(diào)節(jié)，節(jié)約成本，減少了操作人員。
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