探讨锅炉给水旁路系统调节阀的设计与改进措施

    在锅炉给水旁路系统中国内大多采用的是回转式结构的调节阀，极易产生汽蚀、振动、噪音。调节阀的主要部件遭到严重破坏，致使锅炉不能正常运行。对于回转式调节阀在运行中由于高压差给电厂带来的运行问题，我公司对国内外的知名公司的调节阀技术进行了探讨和研究。新研制了采用国际上流行的小孔笼罩式结构，配以直行程电动执行器，阀体与一般直通单座调节阀相似，阀办和套筒靠侧面导向，因此不平衡力小、稳定性好、不易震荡，主要特点是允许压差大，并有降低噪音的作用，维修方便，加工容易，通用性强，从根本上解决了漏流量大，寿命短及调节性能不好的问题。
    对于调节阀来说，节流套是整个阀门的主要零件，它在执行机构的驱动下，使被控流体的流量得到相应的变化。这样，因用于各种不同用途而设计的的节流套流量特性，被阀门设计者设计成不同的型线，而适应不同系统的特性要求。但是，由于不同系统参数在其各自的工况运行中的变化，根据理论设计的阀门的固有流量特性是否能够满足其要求，达到系统运行的要求，这是每一个设计者在设计过程中首先考虑的问题。
    下面就给水系统上的阀门在设计思路和方法做一介绍，仅供参考。
一、系统
    该系统为100MW锅炉给水系统，主要是由主给水调节阀（DN175;PN20）;副给水调节阀（DN100;PN20）;给水旁路调节阀（DN50;PN20）组成。
    阀门公称通径；DN50，mm;阀门公称压力；PN20，MPa;阀前压力；15，MPa;阀后压力；2，MPa;介质温度；215℃;阀门最大流量；50t/h（按最大负荷30%考虑）。
二、设计原则与方法
    DN50;PN20给水旁路调节阀阀前后压差在低负荷时最大达到13MPa，属于高压差调节阀，众所周知，高压差调节阀在运行时极易产生汽蚀，振动和噪音，使阀门在运行后几个小时遭到破坏。这主要是由于在节流过程中，根据液体的流动性质主要为通过阀门的压力梯度的变化，既；介质在节流部位稍后一点的缩口处，介质流速达到最大值，但在缩口处介质静压力则最小，当介质压力低于阀门入口温度下的饱和压力时，介质气化成气体，形成气泡，这就叫闪蒸。当在缩口的下流道由于流道面积加大，介质流动速度开始下降，若压力并未保持在饱和蒸汽压力以下，而是急剧上升，对闪蒸时形成的汽泡产生挤压，造成汽泡破裂，破裂时可产生高达每cm³几百公斤大的冲击力，严重损伤阀瓣和节流套表面，这就是汽蚀。根据试验证明，汽蚀是引起调节阀发生上述缺陷的主要根源之一。
    若压力再进一步降低，则随着气体容积的增加，液体流量也增加，等到阀内流道全部被气泡堵塞时，即使再增加压差，流量也不再增加，我们称这一现象为阻塞流。
    （1）对不可压缩流体，发生阻塞流的条件是下式成立；
    ΔP=（P₁-P₂）≥F²_L（P₁-F_FP_V）（1）
    式中；ΔP阀门出入口压差MP_a
    F_L———压力恢复系数
    对于直通阀
    F_L在0.8～0.9之间
    对于蝶阀
    F_L在0.5～0.68之间
    P₁———阀门入口压力MP_a
    P₂———阀门出口压力MP_a
    P_V———阀门入口温度下的饱和压力MP_a
    F_F———临界压力比系数

    P_S———临界压力MP_a
    （2）对于可压缩流体，同样会发生阻塞流，用压差比x表示调节阀两端压降Δ_P与入口压力P₁之比；
    x=ΔP/P₁=（P₁-P₂）/P^1-  （3）
    实践证明，当发生阻塞流时，可压缩流体的压差比成为常数x_T，称为临界压差比，因此，阻塞流发生的条件是下式成立；
    x≥F_rx_T
    F_r———可压缩流体的比热容比系数。空气的比热容比系数为1，其他气体的比热容比系数是与该气体比热容r有关的数值，即；
    F_r=r/1.4
    r———比热容
    防止汽蚀的发生的途径之一是使压力降均匀分布，因此该阀采用三级节流，使每一级节流副只承担总的压差的1/3，这样可减少节流部位的流速，避免汽蚀的产生和减少浸蚀的作用。单级节流承受压差为；

    同时，为了解决高压差，高流速给阀门带来的危害，预防阀门的振动，噪音，汽蚀，浸蚀等，使阀门能够平稳的工作。达到预期的效果。在设计结构上参考了美国CCI公司，MASONEILAN公司高压差调节阀克服振动，噪音的设计方法，采用了①节流孔对称布置，②喷流冲击，③导向套结构④粘性摩擦等特点，使高速流体撞击，造成动能消耗。让流体在阀内的流动过程中，要经过多次直角拐弯，在拐弯处产生小涡流。
    其工作原理是；介质首先进入A腔，流经第一级节流孔进行第一次减压后进入B腔;经过第二级节流孔减压后进入C腔后流向出口。这样，让介质从进口到出口经过三次节流，9次拐弯后消耗了大量能量，随着阀门开度的增加或减少即可改变阀门的阻力，从而达到对流量的控制。
    2.2为了减少和基本消除配置电动角行程执行器存在的基本误差、回差、死区过大，影响阀门调节性能的诸多因素，改用电动直行程执行器。
三、结论
    改进后的调节阀由于采用了电动直行程执行器，在基本误差、回差、死区等指标上到达到了《电站调节阀技术条件》和《汽动调节阀通用技术条件》的要求，确保了调节阀的调整准确。

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