給水泵試驗臺用高壓調節閥設計

　　論述了高壓類(lèi)調節閥的使用現狀，介紹了新型高壓調節閥的結構特點(diǎn)、測試性能和應用結果。

1、概述

　　給水調節閥作為流量調節與控制，在電力、石化、機械等多種行業(yè)中應用十分廣泛，但是國內用于水泵試驗的高壓調節閥較少。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流閥( 包括多個(gè)閥門(mén)的組合形式) 等。直行程套筒閥流量調節范圍較小( 一般為20% ～ 80% 額定流量) ，節流閥在小流量時(shí)振動(dòng)噪聲大及流量穩定性差。若采用多個(gè)閥門(mén)組合形式調節流量，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為可能導致成本增加及實(shí)際操作難度加大。參考國內外相關(guān)資料，結合某大型核電應急給水泵試驗要求，設計了用于高壓調節的新型調節閥。經(jīng)試驗臺測試回路進(jìn)行水泵流量調節測試，新型調節閥具有流量調節范圍廣，調節精度高，大壓差小流量時(shí)穩定性好及噪聲振動(dòng)小等特點(diǎn)。

2、高壓類(lèi)調節閥的設計計算

　　(1) 高壓類(lèi)調節閥的參數

　　依據某大型核電應急給水泵試驗臺對測試回路要求，需實(shí)現5% ～ 100% 范圍額定流量的平穩調節。在調節閥進(jìn)口壓力> 10. 0MPa 且閥門(mén)任何開(kāi)度情況下，調節閥出口壓力≤0. 5MPa。閥門(mén)在調節行程范圍內，噪聲值需低于試驗過(guò)程中試驗臺產(chǎn)生的噪聲，閥門(mén)振動(dòng)值不高于試驗許用值。

　　(2) 高壓類(lèi)調節閥的結構特點(diǎn)及工作原理

　　調節閥采用閥瓣沿手輪中心線(xiàn)直行程的角式通流結構( 圖1) ，其主要部件有手輪、閥桿、閥瓣、閥座、閥體及進(jìn)口導流管等，通流介質(zhì)通過(guò)閥瓣與閥座之間的環(huán)形通流間隙實(shí)現對其流量的調節。高壓測試水流經(jīng)過(guò)進(jìn)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(jìn)入閥體腔室，在腔室內混流后由閥門(mén)出口排出。旋轉手輪使閥瓣沿中心線(xiàn)移動(dòng)，閥瓣與閥座之間的環(huán)狀間距發(fā)生改變，這樣對水產(chǎn)生不同程度的節流，從而達到對測試水流量的調節。由于閥瓣開(kāi)啟高度小，閥桿螺紋采用精加工細牙螺紋，這樣在旋轉手輪進(jìn)行流量調節時(shí)可以實(shí)現精確控制。

　　閥桿與閥瓣為相互獨立的分體結構。閥座經(jīng)過(guò)過(guò)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節閥高速水流沖刷過(guò)程中對節流密封面的沖刷。調節閥水流進(jìn)口端增加一段直導流管，可以盡量保證測試水進(jìn)入節流環(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流間隙通過(guò)，提高了節流后水流的穩定性，也可以有效的減少介質(zhì)流不均勻對圓形節流面的局部沖刷，延長(cháng)閥門(mén)的使用壽命。

1. 手輪2. 閥桿3. 閥瓣4. 閥體5. 閥座6. 進(jìn)口導管

圖1 新型高壓調節閥

　　閥門(mén)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(guò)此間隙的水流速度較高，可能會(huì )出現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(mén)汽蝕。閥門(mén)內腔分為2 個(gè)腔室( 圖2) 。腔室Ⅰ可以有效地避免閥門(mén)汽蝕對閥體的侵蝕，延長(cháng)閥門(mén)的使用壽命。腔室Ⅱ流體混合區，經(jīng)過(guò)節流間隙的流體在腔室Ⅱ進(jìn)行混合后由閥門(mén)出口導出。

1. 腔室Ⅰ 2. 腔室Ⅱ

圖2 調節閥局部構造及尺寸

　　(3) 閥瓣流通面積及開(kāi)啟高度

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

3、高壓類(lèi)調節閥的試驗數據分析

　　調節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) ，試驗臺所有測量數據為計算機數采系統采集。試驗臺主要功能是測試核電應急給水泵性能參數，也可同時(shí)測試新型調節閥的流量調節功能及流量特性。閥門(mén)需調節的流量點(diǎn)均按照水泵性能測試所規定的流量點(diǎn)進(jìn)行調節，并記錄閥門(mén)的開(kāi)度值、閥門(mén)的前后壓力值及流量穩定后流量波動(dòng)的上下極值，以確定各流量點(diǎn)的波動(dòng)情況，檢驗該調節閥流量調節的穩定性。在測試過(guò)程中，為方便計算對比，設定調節閥關(guān)閉點(diǎn)的開(kāi)度為0，水泵性能測試最大流量點(diǎn)所對應的調節閥開(kāi)度值為100%。水泵由汽輪機驅動(dòng)，汽輪機轉速采用氣動(dòng)調節，水泵在整個(gè)試驗過(guò)程中轉速為8 000 ± 5 r /min，水泵轉速基本恒定，水泵轉速波動(dòng)對閥門(mén)測試的影響可以忽略。

　　從新型調節閥測試參數(表1) 和流量特性曲線(xiàn)(圖4) 可以看出，新型調節閥在水泵試驗過(guò)程中流量調節平緩，調節范圍比較大，基本可以實(shí)現5% ～100%額定流量的大范圍穩定調節，閥門(mén)前后壓力較穩定，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。真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為與普通類(lèi)型高壓節流閥相比，在小流量情況下，新型調節閥流量波動(dòng)較低(圖5) 。在大流量調節時(shí)，普通節流閥流量波動(dòng)略高于新型調節閥。在安裝狀態(tài)基本相同的情況下，新型調節閥振動(dòng)及噪聲值明顯低于普通節流閥。

1. 高壓調節閥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

表1 調節閥測試參數

圖4 調節閥流量特性曲線(xiàn)

1. 普通調節閥2. 新設計調節閥

圖5 調節閥流量波動(dòng)對比

4、結語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)檢測，新型高壓調節閥流量調節穩定，調節范圍大，振動(dòng)噪聲小，操作簡(jiǎn)單靈活，可以選用電動(dòng)或手動(dòng)兩種驅動(dòng)方式，適用于各類(lèi)高揚程水泵試驗臺的流量調節，節約成本，減少了操作人員。