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(guó)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(mén)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(shí)振動(dòng)噪聲大及流量穩(wěn)定性差。若采用多個(gè)閥門(mén)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(guó)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(tái)測(cè)試回路進(jìn)行水泵流量調(diào)節(jié)測(cè)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(dòng)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(tái)對(duì)測(cè)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(mén)任何開(kāi)度情況下，調(diào)節(jié)閥出口壓力≤0.5MPa。閥門(mén)在調(diào)節(jié)行程范圍內(nèi)，噪聲值需低于試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)生的噪聲，閥門(mén)振動(dòng)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(guò)閥瓣與閥座之間的環(huán)形通流間隙實(shí)現(xiàn)對(duì)其流量的調(diào)節(jié)。高壓測(cè)試水流經(jīng)過(guò)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(mén)出口排出。旋轉(zhuǎn)手輪使閥瓣沿中心線移動(dòng)，閥瓣與閥座之間的環(huán)狀間距發(fā)生改變，這樣對(duì)水產(chǎn)生不同程度的節(jié)流，從而達(dá)到對(duì)測(cè)試水流量的調(diào)節(jié)。由于閥瓣開(kāi)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(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(diào)節(jié)閥高速水流沖刷過(guò)程中對(duì)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(cè)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(guò)，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(zhǎng)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(dǎo)管

圖1 新型高壓調(diào)節(jié)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(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(mén)汽蝕。閥門(mén)內(nèi)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(duì)閥體的侵蝕，延長(zhǎng)閥門(mén)的使用壽命。腔室Ⅱ流體混合區(qū)，經(jīng)過(guò)節(jié)流間隙的流體在腔室Ⅱ進(jìn)行混合后由閥門(mén)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(kāi)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(kāi)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(mén)開(kāi)啟高度，mm

    μ———流量系數(shù)（μ=0.5）

    ΔP———閥門(mén)進(jìn)出口壓差，MPa

    ΔP=P_j－P_c=10.5MPa

    P_j———閥門(mén)進(jìn)口壓力（水最大流量下?lián)P程H=1100m，P_j=11.0），MPa

    P_c———閥門(mén)出口壓力（P_c=0.5），MPa

    ρ———閥出口水密度（常溫20℃時(shí)，ρ=985），kg/m³

    D_t———閥座通道直徑（D_t=44），mm

    取閥瓣最大設(shè)計(jì)開(kāi)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(tái)閉式測(cè)試回路上（圖3），試驗(yàn)臺(tái)所有測(cè)量數(shù)據(jù)為計(jì)算機(jī)數(shù)采系統(tǒng)采集。試驗(yàn)臺(tái)主要功能是測(cè)試核電應(yīng)急給水泵性能參數(shù)，也可同時(shí)測(cè)試新型調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)功能及流量特性。閥門(mén)需調(diào)節(jié)的流量點(diǎn)均按照水泵性能測(cè)試所規(guī)定的流量點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并記錄閥門(mén)的開(kāi)度值、閥門(mén)的前后壓力值及流量穩(wěn)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(yàn)該調(diào)節(jié)閥流量調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。在測(cè)試過(guò)程中，為方便計(jì)算對(duì)比，設(shè)定調(diào)節(jié)閥關(guān)閉點(diǎn)的開(kāi)度為0，水泵性能測(cè)試最大流量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度值為100%。水泵由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)，水泵在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)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(dòng)對(duì)閥門(mén)測(cè)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(tái)測(cè)試回路

    從新型調(diào)節(jié)閥測(cè)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(guò)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(mén)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(dòng)較低（圖5）。在大流量調(diào)節(jié)時(shí)，普通節(jié)流閥流量波動(dòng)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(dòng)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(cè)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(dòng)對(duì)比

    4 結(jié)語(yǔ)

    經(jīng)過(guò)檢測(cè)，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(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(qū)動(dòng)方式，適用于各類高揚(yáng)程水泵試驗(yàn)臺(tái)的流量調(diào)節(jié)，節(jié)約成本，減少了操作人員。

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