1 概述

    給水調節(jié)閥作為流量調節(jié)與控制，在電力、石化、機械等多種行業(yè)中應用十分廣泛，但是國內用于水泵試驗的高壓調節(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節(jié)范圍較小（一般為20%～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(jié)的新型調節(jié)閥。經試驗臺測試回路進行水泵流量調節(jié)測試，新型調節(jié)閥具有流量調節(jié)范圍廣，調節(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)調節(jié)。在調節(jié)閥進口壓力＞10.0MPa且閥門任何開度情況下，調節(jié)閥出口壓力≤0.5MPa。閥門在調節(jié)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(jié)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(huán)形通流間隙實現(xiàn)對其流量的調節(jié)。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(huán)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(huán)狀間距發(fā)生改變，這樣對水產生不同程度的節(jié)流，從而達到對測試水流量的調節(jié)。由于閥瓣開啟高度小，閥桿螺紋采用精加工細牙螺紋，這樣在旋轉手輪進行流量調節(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(jié)閥高速水流沖刷過程中對節(jié)流密封面的沖刷。調節(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流不均勻對圓形節(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 調節(jié)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(shù)（μ=0.5）

    ΔP———閥門進出口壓差，MPa

    ΔP=P_j－P_c=10.5MPa

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

    P_c———閥門出口壓力（P_c=0.5），MPa

    ρ———閥出口水密度（常溫20℃時，ρ=985），kg/m³

    D_t———閥座通道直徑（D_t=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節(jié)閥的流量調節(jié)功能及流量特性。閥門需調節(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，檢驗該調節(jié)閥流量調節(jié)的穩(wěn)定性。在測試過程中，為方便計算對比，設定調節(jié)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(jié)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(jié)，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(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，新型調節(jié)閥在水泵試驗過程中流量調節(jié)平緩，調節(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，新型調節(jié)閥流量波動較低（圖5）。在大流量調節(jié)時，普通節(jié)流閥流量波動略高于新型調節(jié)閥。在安裝狀態(tài)基本相同的情況下，新型調節(jié)閥振動及噪聲值明顯低于普通節(jié)流閥。

圖4 調節(jié)閥流量特性曲線

表1 調節(jié)閥測試參數(shù)

1.普通調節(jié)閥 2.新設計調節(jié)閥

圖5 調節(jié)閥流量波動對比

    4 結語

    經過檢測，新型高壓調節(jié)閥流量調節(jié)穩(wěn)定，調節(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動方式，適用于各類高揚程水泵試驗臺的流量調節(jié)，節(jié)約成本，減少了操作人員。

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