分析汽轮机调节阀的通流与损失特性

信息来源：发布时间：[2013年09月04日]

    随着我国社会主义市场经济的飞速发展，人民生活水平得到提高，汽轮机的进汽参数提高，机组功率增加，硬件成本投资增长迅速，业主对机组的经济性要求和安全性要求不断提高。
    1 调节阀通流和损失特征
    在经济性角度出发，汽轮机的压损上升百分之一，效率就会下降百分之0.4，因此，在汽轮机研究开发的过程中，应该不断降低调节阀的压损，在安全性角度出发，虽然系统调节的自动化水平不断提高，但是配汽系统并没有随之大幅度提高，在管理阀门的过程中，虽然从业者提出了相关建议和意见，但是在实际操作的过程中，没有有效的实施。
    配汽系统的事故和压力损失无法得到有效抑制，会产生因阀杆断裂、阀座拔起和阀杆震动而产生的负荷波动，甚至导致汽轮机超速飞车，在研究其涉及因素的过程中，很难对机理性进行准确的定量界限，导致基础研究和实验研究的发展十分患难，调节阀事故在调查的过程中，过于重视定性判断。但是发电行业和汽轮机制造行业的操作人员都清楚的认识到，调节阀的安全性和工作效率具有较大的发展潜能，本文针对我国某企业的设计数据，对调节阀的三维流场性能进行数值模拟，对流动损失的分布规律进行研究，阐述对通流水平产生影响的因素，在局部和整体等多个方面对调节阀的损失特征进行研究，具有较高的准确性。
    2 调节阀通流和损失特性计算方式及结果分析
    我国目前电厂中所使用GX-1型调节阀，基本结构由以下几部分构成：阀座、阀碟、阀腔、进口和出口等，三维坐标中，水平轴对应进口方向，垂直轴对应出口的逆方向，通过右手定则对Z轴方向进行确定。调节阀一般在高压高温蒸汽条件下进行工作，为黏性湍流、可压缩和三维流动，使用平均守恒型方程对其进行计算。因为调节阀腔结构具有复杂性特征，本文使用分块结构化网络，由于阀门结构具有对称性，在计算的过程中计算一半即可得出准确结论。
    在保证通流性的前提下，不断降低在阀门内部气流的流动损失，使机组的热效率不断提高，在出口压力条件相同的情况下，流量通过的越多，气流调节阀的出口压力水平越高，在我国目前施工中使用的调节阀，额定工况下，相对升程保持在百分之三十以下，针对降低气流损失的角度，为了保证整个机组在额定工况中的正常运行，应该保证相对升程在百分之四十以上。调节阀内部通道形状十分复杂，为双喉喷灌，第一喉部的通流面积不断变化，第二喉部的通流面积不变，在中小升程的时候，环形通道喉部位置是调节阀流场面积最小的部分，但是伴随升程的增加，环形通道的喉部面积增加，会对整个阀座喉部的通流水平造成影响。
    调节阀流道结构主要分为以下几个部分：阀腔、阀碟和阀座等，气流在三个部分流动的时候，具有不同的流动特点，在进入调节阀腔中较大空间的时候，气流的流动参数变化很小，例如静压的变化等，但是在气流进入环形通道后，在很短的行程中，蒸汽会产生剧烈的膨胀，静压水平会快速减少，在中小升程之中，气流向阀座扩压段流入，静压水平会不断提高直到出口位置。环形通道进口到阀座喉部的区域，是流场中具有最大流动损失的地区，阀腔和阀座扩压段，气流的总压损失降低，在小升程的时候，阀门流场的损失系数很大，尤其在p1和p0的比值小于0.8的时候，此区域的损失为总损失的百分之80，在p1和p0的比值小于0.7的时候，在环形通道尾端会形成激波，能量损失十分巨大。
    3 调节阀通流和损失特性改善措施
    应该提高调节阀在额定工况下相对升程的最大值，有助于显著增加流动效率，在调节阀全开的时候，将相对升程保持在百分之四十以上，例如，如果压比是0.98，相对升程能够从31.2%提高到54.2%，总压损失系数能够从1.896降低到0.873，下降幅度保持在51%。
    阀碟下部的空穴区会对通流面积产生影响，使有效通流面积不断下降，影响实际通流水平。阀门流场内部接近阀碟的部门是气动损失最大的地区，占整个损失的67%左右，小升程的时候，达到了82%以上，在小升程的时候，如果进出口的压比小于0.8，在环形通道的尾部会产生激波，带来十分严重的总压损失。
    4 结语
    总之，本文针对我国某企业的设计数据，对调价发的三维流场性能进行数值模拟，对流动损失的分布规律进行研究，阐述对通流水平产生影响的因素，在局部和整体等多个方面对调节阀的损失特征进行研究，具有较高的准确性。