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應急給水泵試驗臺用高壓調節閥如何設計，要注意哪些？
發布于：2019/7/25 10:31:39 點擊量：212
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（包括多個閥門的組合形式）等。直行程套筒閥流量調節范圍較小（一般為20%～80%額定流量），節流閥在小流量時振動噪聲大及流量穩定性差。若采用多個閥門組合形式調節流量，可能導致成本增加及實際操作難度加大。參考國內外相關資料，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。經試驗臺測試回路進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，大壓差小流量時穩定性好及噪聲振動小等特點。
2 設計計算
（1）參數
依據某大型核電應急給水泵試驗臺對測試回路要求，需實現5%～100%范圍額定流量的平穩調節。在調節閥進口壓力＞10.0MPa且閥門任何開度情況下，調節閥出口壓力≤0.5MPa。閥門在調節行程范圍內，噪聲值需低于試驗過程中試驗臺產生的噪聲，閥門振動值不高于試驗許用值。
（2）結構特點及工作原理
調節閥采用閥瓣沿手輪中心線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、閥體及進口導流管等，通流介質通過閥瓣與閥座之間的環形通流間隙實現對其流量的調節。高壓測試水流經過進口導流直管沖擊閥瓣，由閥瓣改變流向后經閥瓣與閥座之間的環狀間隙進入閥體腔室，在腔室內混流后由閥門出口排出。旋轉手輪使閥瓣沿中心線移動，閥瓣與閥座之間的環狀間距發生改變，這樣對水產生不同程度的節流，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，這樣在旋轉手輪進行流量調節時可以實現精確控制。
閥桿與閥瓣為相互獨立的分體結構。閥座經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合金，可以有效地抵制在調節閥高速水流沖刷過程中對節流密封面的沖刷。調節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流環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，提高了節流后水流的穩定性，也可以有效的減少介質流不均勻對圓形節流面的局部沖刷，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 新型高壓調節閥
閥門在高壓小流量情況下，閥瓣與閥座之間的環狀間隙比較小，經過此間隙的水流速度較高，可能會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，從而導致閥門汽蝕。閥門內腔分為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，經過節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 調節閥局部構造及尺寸
（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（μ=0.5）
ΔP———閥門進出口壓差，MPa
ΔP=Pj－Pc=10.5MPa
Pj———閥門進口壓力（水最大流量下揚程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，也可同時測試新型調節閥的流量調節功能及流量特性。閥門需調節的流量點均按照水泵性能測試所規定的流量點進行調節，并記錄閥門的開度值、閥門的前后壓力值及流量穩定后流量波動的上下極值，以確定各流量點的波動情況，檢驗該調節閥流量調節的穩定性。在測試過程中，為方便計算對比，設定調節閥關閉點的開度為0，水泵性能測試最大流量點所對應的調節閥開度值為100%。水泵由汽輪機驅動，汽輪機轉速采用氣動調節，水泵在整個試驗過程中轉速為8000±5r/min，水泵轉速基本恒定，水泵轉速波動對閥門測試的影響可以忽略。
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
從新型調節閥測試參數（表1）和流量特性曲線（圖4）可以看出，新型調節閥在水泵試驗過程中流量調節平緩，調節范圍比較大，基本可以實現5%～100%額定流量的大范圍穩定調節，閥門前后壓力較穩定，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。與普通類型高壓節流閥相比，在小流量情況下，新型調節閥流量波動較低（圖5）。在大流量調節時，普通節流閥流量波動略高于新型調節閥。在安裝狀態基本相同的情況下，新型調節閥振動及噪聲值明顯低于普通節流閥。
圖4 調節閥流量特性曲線
表1 調節閥測試參數
1.普通調節閥 2.新設計調節閥
圖5 調節閥流量波動對比
4 結語
經過檢測，新型高壓調節閥流量調節穩定，調節范圍大，振動噪聲小，操作簡單靈活，可以選用電動或手動兩種驅動方式，適用于各類高揚程水泵試驗臺的流量調節，節約成本，減少了操作人員。
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