减温水调节阀的技术难点及几种常见结构分析

发布时间:2010-11-11  点击数:5269
一.减温水调节阀在火力发电机组中的应用 
    减温水调节阀是火电厂中关键的控制阀之一。在300MW火力发电机组中,锅炉过热器有Ⅰ级减温水调节阀2台,Ⅱ级减温水调节阀2台,用于调节过热蒸汽的温度。在再热器系统中,使用减温水调节阀作为再热蒸汽温度微量调节,以及作为事故状态下的喷水减温作用。此外,在高压旁路系统和低压旁路系统也需要使用减温水调节阀以达到蒸汽减温效果。
二.减温水调节阀技术上的关键点
    减温水调节阀存在两个关键技术难点:
    1.阀前阀后压差较大,根据不同使用场合压差在1~10Mpa之间。在高压差工况下,减温水在阀中会对阀内件产生汽蚀和冲刷等损坏,使阀的密封面丧失关闭功能,造成漏流量过大,使蒸汽温度控制困难。如果长期漏量过大,就会影响机组效益,造成能源消耗浪费。 
    2.减温水调节系统中系统的流阻对减温水调节阀流量特性影响很大,往往使减温水调节阀流量特性发生畸变。一台在实验室测试中流量特性为直线型的调节阀,用在减温水系统中可能变为快开型的,有可能在5%~10%开度时流量即达到最大,造成喷水量无法调节。即使是理想的等百分比流量特性,在实际工况下也畸变为快开型。原因是管路系统的阻力对调节阀流量影响非常大。当阀门处于小开度时,系统的压降绝大部分作用在阀门上,这样就使阀门的流量大大增加,超出我们预期的要求。假定我们采用通常的套筒调节阀甚至单座调节阀来控制减温水,就不能进行小流量调节。在阀门稍微开启时,流量可能会达到3~5T/h,甚至更大。而实际上,减温水最小流量需要控制在1T/h左右可调,甚至更小一些,比如0.5T/h。而最大流量根据应用场合的不同,应达到5~30T/h之间。 
    要生产出合乎要求的减温水调节阀,必须解决上述两大难点,设计出一种合理有效的结构,既能防止汽蚀和冲刷损坏,又能有合乎使用要求的工作流量特性。
三.几种常用的减温水调节阀
  
  图 1 
    为解决上述难点,很多专业人员进行了长时间的研究和开发,取得很好的效果。现介绍几种常用的减温水调节阀型式。 
    1.多级节流调节阀 
    如图一所示,采用多级节流的阀芯和阀座,使入口高压力通过调节阀进行多级降压,并使介质流速减慢,以防止汽蚀和冲刷。常用的有三级和四级,该结构效果不太理想,阀前阀后压差不能太大,有逐渐被下述阀门取代的趋势。 
    2.迷宫叠片式 
    该种阀门的套筒(阀笼)是由十几至数十片盘片叠加结合而成的一个整体,每一盘片上开有多道曲折拐弯的沟槽,作为流体通道。沟槽的尺寸、数量和拐弯的多少,依据工况不同而定。流道的形状仿佛迷宫一般,故也称为迷宫式调节阀。如图二、图三所示。这种阀国内外都有生产,但其优劣程度不同,故价格也相差甚大。其中的名牌产品,以300MW机组的减温水调节阀为例,2”-2500lb的阀门,整机价约合人民币30多万元。
 
   图 2
 
   图 3 
    该阀门通过迷宫式的曲折流道使水流速度大为减缓,并将流速控制在一个合理的范围,这样就可以有效减轻或防止汽蚀和冲刷,达到延长寿命的目的。其中盘片的流道也分为好几种,有些流量系数大些,有些流量系数小些,组合以后获得一个合乎实际工况要求的流量特性,这要通过理论和实验相结合的方法来达到。对于最大流量要达到使用要求一般比较容易,要使最小流量达到可调,有一定的技术难度,需要有一定的技巧。另外,该阀门零件精度比较高,尤其阀瓣和套筒之间配合是比较精密的,其活动间隙、材料的热膨胀、耐磨性、防咬性,阀座、阀瓣之间密封面的材料、宽度、形式、加工研磨都有严格要求,要有相当专业水平的人员来完成,其中有一些可以说属于技术诀窍。对于这种技术诀窍细节的把握程度决定了阀门是否能达到较高的质量。
三、环流对冲式调节阀 
    环流对冲式调节阀是2000年发明研制出的新产品。经过几年来数十个机组上使用并不断加以改进,产品已经成熟,效果比较理想。该产品由于具有新颖性和实用性,于2004年获得国家专利。
 
   图 4

    图 5 
    环流对冲式调节阀是在多孔抗汽蚀套筒阀、多级阀芯节流调节阀、迷宫叠片式调节阀的基础上发展起来的,是高压差抗汽蚀调节阀的新一代产品。环流对冲式调节阀的关键零件——环流对冲式盘片,采用特殊的结构和工艺。该盘片和当前流行的迷宫式盘片相比,形状相近而功能和原理却有很大区别。迷宫式盘片是在圆片上加工数道各自独立的沟槽,沟槽路径是曲折多弯的。通过十几次甚至几十次改变流体方向,达到增加阻力和逐步降压,可以防止在降压过程中产生空化和汽蚀。环流对冲式盘片在圆盘上也加工有数道至十数道沟槽。其沟槽由同心的环行槽和径向槽互相贯通。相邻的流道间可以沟通。流体由外环经由径向槽流入内环。在流动过程中,一部分流体一分为二,背向流去。另一部分流体合二为一,相向汇合。高速流动的分子产生撞击、摩擦和旋涡,大量消耗能量。使压力能更有效降低。其降压效果比迷宫式盘片更好、防汽蚀效果更佳、使用寿命也更长。如图四。
  
    图 6 
    每个盘上的沟槽数量和尺寸是变化的,根据不同的系统中压差的不同而设计出具有不同流阻的盘片。再将几种不同流阻的盘片按照设计要求组合在一起,采用特殊工艺将其紧密结合成一个整体,即成为套筒,如图五。阀芯和套筒内孔精密配合,阀杆带动阀芯在套筒内上下运动,使得该阀在不同开度时都能有合乎使用要求的流量。也就是说,他能够较好的补偿实际工况下流量特性的畸变。使得系统的流量自动化调节更为灵敏和有效,如图六。 
    由于该阀门具有全新的降压节流原理、独创的内部结构,使其具有良好的调节性能和较长的使用寿命,不但适用于减温水调节阀,也适用于锅炉连续排污调节阀和给水泵最小流量再循环调节阀,是该领域阀门的更新换代和以国代进的理想产品首选。