锅炉给水泵迷宫式最小流量调节阀流动性能的试验研究.pdf

文章编号: 100225855 (2008) 0220019204 作者简介:钟方胜(1982 - ) ,男,硕士研究生,从事流体测量研究。 锅炉给水泵迷宫式最小流量调节阀流动性能的试验研究 钟方胜,蒋旭平,陈明涛 (上海理工大学 动力学院,上海200093) 摘要 介绍了电站锅炉给水泵再循环系统最小流量调节阀的技术特性及使用状况。改用 DRAG迷宫式最小流量调节阀来提高阀流阻系数,从而使最小流量调节阀平稳多级降压,提高 了流量调节能力。根据GB 10869 - 89和GB/ T 4213 - 92设计测试系统,用水回路测试该阀的固 有流量特性和阻力特性,为验证理论计算和该阀更深入的内特性试验、流场显示试验提供了重要 依据。 关键词 锅炉用阀;给水排水泵;迷宫;调节阀;流动特性 中图分类号: TK223152 文献标识码: A Experiment and research of flow characteristic of DRAG2Labyrinth minimum flow control valve of boiler feed water pump ZHONG Fang2sheng , J IANG Xu2ping , CHEN Ming2tao (College of power Engineering , University of Shanghai for Science and Technology , Shanghai 200093 , China) Abstract : The requirement and problem of minimum flow control valve of the recycling system of feed water pump of boiler in power plant was analyzed.The DRAG - Labyrinth minimum flow control valve was used in order to raise the flow resistance coefficient, of valve.The reduce of pressure of minimum flow control valve was multistage and smooth ; the ability of flow regulating was improved. Test system was designed according to GB10869 - 89 and GB/ T4213 - 92. the inherent flow charac2 teristic and resistance characteristic of valve was tested by water loop. An important basis to verify the theoretical calculation , the more in - depth internal characteristic testing and flow visualization experi2 ments of valve was provided. Key words : feed water pump ; labyrinth ; control valve ; flow characteristic 1 概述 电站锅炉给水泵再循环系统最小流量调节阀安 装在给水泵出口,高压水经逐级减压并排放至与阀 门相连接的除氧器水箱(或冷凝器)。在系统开启 和关闭时,阀门应具有良好的密封性(系统压力为 35MPa以上 ) , 并且没有气蚀和噪声现象。目前, 一些热电厂所用的给水泵最小流量控制阀为多级孔 板式最小流量阀,该阀门采用多级孔板节流,逐级 降压(其阻力系数为10) ,从而解决了压差不高时 阀门的汽蚀问题。在实际运行中,阀门的噪声也小 于周围其他设备运行的噪声。但是,在300MW以 上超临界机组里,由于介质的高速流动,使阀门出 现冲蚀、振动和噪声等问题。因此,该类阀门不得 不采用更高强度和耐磨性能的材料制造,这不仅提 高了成本,而且流量随行程的变化增大,调节特性 也没有得到明显改善。此外,因阀门在高压、高温 及高流速下持续工作,其使用寿命大大降低。 DRAG迷宫式最小流量调节阀(以下称迷宫式调节 阀)采用迷宫式曲折流道(图 1) 和多级平稳降 压,提高了节流件的阻力系数,增大了阻力系数的 可调幅度,降低了流速,有效地改善了高压差调节 阀的流量调节性能。由于流道复杂,需对其流动阻 力特性进行测试,以便获得准确的阀门阻力系数。 通过测试,一方面验证理论计算,另一方面为该阀 912008年第2期 阀 门 更深入的内特性试验、流场显示试验提供了重要依 据。 2 测试系统 211 流量特性 调节阀的固有流量特性,就是流过阀门的相对 流量系数和对应的相对行程之间的固有关系,即 Cv Cvmax =f( l L )(1) 式中 Cv 某一开度下的流量 Ccmax 全开时的额定流量 l 某一开度下的阀芯相对行程 L 阀芯额定行程 调节阀的固有流量特性与运行安全、生产效 益、耗能等十分有关,在实际的使用过程中调节阀 的工作流量特性常常偏离设计的理想流量特性,使 控制系统得不到按设置所需要的阀门特性,影响了 流量调节质量,甚至引起安全隐患。因此,按需要 正确选取具有更为优异的流量特性的最小流量调节 阀和对其流量特性的测试是极为重要的。 图1 Drag调节阀节流件内部流道结构 212 阻力特性 调节阀的阻力特性,即阀门阻力系数随其开度 的变化特征,是描述调节阀运行特性的重要参数。 阀门阻力系数是阀门的固有特性,与测试所用介质 无关。对于阻力件其流阻系数为 = 2p V 2 = 2pA 2 Q2 (2) 式中 p 阀门进出口之间的压差, Pa 运行介质密度, kg/ m3 V 流体流动速度, m/ s A 阀门内流道面积或进出口管道面积, m2 Q 流体流量, m3/ s 213 测试系统 根据GB/ T 10869 - 1989电站调节阀技术要求 条件、GB/ T 4213 - 1992气动调节阀和实验室的 具体情况,设计此试验系统(图2) ,水槽中的水 由多级离心泵升压,流过流量测量段进行流量计 量,然后进入迷宫式调节阀,最后经回水管返回水 箱。在设计的试验管段前后,分别装上压力传感器 及温度传感器,在保证试验管段保持紊流,即保证 阀雷诺数Re 105的前提下,分别测出阀前和阀 后的压力,从而得出阀前后的压差,可得出流量系 数Cv Cv= 10Q p 0 (3) 式中 Q 液体流量, m3/ h p 阀前后压差, kPa /0 相对密度(规定温度范围内的水 为 1) 11 底阀 21 封闭式水池 31 滤袋 41 多级离心泵 51 旁通阀 61 变径接头 71 涡轮流量计 81 阀前节流阀 91 阀前测压装置 101 迷宫式流量调节阀 111 阀后测压装置 121 阀后节流阀 131 测温装置 注:系统用仪表 流量测量: LWGY - 50涡轮流量计,精度等级为015级, 量程440m3/ h。 压力测量: YSZ- 100扩散硅压力传感器,精确度等级,输 出信号015级,现场指示115级。测量范围: 0215MPa。输出信 号:二线制420mA (DC)。使用温度:- 1070。温度影响: 015 %/ 10。 温度测量: wzpk系列铠装铂电阻,分度号为pt100 ,其精度 等级为A或B级。 图2 试验系统 3 测量数据记录及结果对比分析 运行时,首先调节节流阀使压差具有适当值, 然后调节被测试流量调节阀的开度,使其达到预定 值。调节流量完成后,待系统稳定开始采集压差和 流量等原始数据。多级孔板式调节阀和迷宫式调节 阀的流量特性和阻力特性测试结果见表1表4。 多级孔板式调节阀和迷宫式调节阀的流量特性和阻 02 阀 门 2008年第2期 力特性对比曲线见图3、图4。 从图3可知,这两种电站用锅炉给水泵最小流 量调节阀都是采用直线流量特性。迷宫式调节阀流 量特性与理想直线流量特性对比,显然迷宫式调节 阀在开度从30 %80 %非常接近理想直线流量特 性,达到了设计的意图和目的。在较大开度80 % 100 %也只有轻度偏高,这是因为在大开度时流 量变化小,几乎不变而饱和且行程范围大。在较小 开度从10 %30 %有轻度偏低,这是因为在小开 度时流量变化剧烈而行程范围小。迷宫式调节阀流 量特性相对理想直线流量特性的最大偏离发生在开 度为20 %时,为3173 %;其 平 均 偏 离 度 为 0131 %。多级孔板式调节阀流量特性与理想直线流 量特性对比,多级孔板式调节阀流量特性有较大的 偏低,虽在开度2713 %7217 %保持直线特性的 特点,但对整个控制系统有效精确的流量调节品质 造成较大影响。多级孔板式调节阀流量特性与理想 直线流量特性最大偏离发生在开度为7217 %时, 为15123 % ,其平均偏离度为10113 %。 从图4可知,迷宫式调节阀在全开时的流阻系 数为5616 ,是多级孔板式调节阀的5倍以上。迷 宫式调节阀阻力特性曲线与其理想曲线在开度从 30 %至全开已经非常接近,几乎重合,其平均偏离 度为0181 % ,而多级孔板式调节阀阻力特性曲线 与其理想曲线在开度从3614 %至全开开始接近, 而其平均偏离度为61119 %。所以,迷宫式调节阀 的阻力特性,特别是在高压时远比多级孔板式调节 阀更为理想,符合电站运行时的实际需要。 表1 多级孔板式调节阀在不同行程下的流量系数 行程L( %)911181227133614451554156316721781189019100 流量系数 3189511471601312518181211832516829150341253915151133 相对流量系数( %)7159101001418225181361644215350103571476617379197100 表2 迷宫式调节阀在不同行程下的流量系数 行程L( %)102030405060708090100 流量系数 0196211631905143615381059140101541214113129 相对流量系数( %)71221612729135401834911660157701757913493136100 表3 多级孔板式调节阀在不同行程下的流阻系数 行程L( %)911181227133614451554156316721781189019100 流阻系数 1 8821 08249318162178017591943133218241318131018 表4 迷宫式调节阀在不同行程下的流阻系数 行程L( %)102030405060708090100 流阻系数 10 8412 138656169339128234116154128113107891906419356160 图3 最小流量调节阀的流量特性图4 最小流量调节阀的阻力特性 122008年第2期 阀 门 4 测试误差分析 411 流阻系数 从式(2)可知,调节阀的流阻系数是由压差、 流量、流体密度以及流道面积确定的,因而其误差 也由这4个参数的误差决定。 取式(2)的全微分得 d= 2A 2 Q2 dp+ 4pA Q2 dA- 2pA 2 2 Q2 d- 4pA 2 Q3 dQ = d =p2+(2A) 2 +p2+(2Q) 2 (4) 式中 p 调节阀进出口差压测量相对误差 , % A 流道面积测量误差, % 介质 (水)密度的相对误差, % Q 流量测量相对误差, % 用两台压力变送器测量时,考虑到其基本误差 (0 15 %) ,以及零点漂移等附加误差,以及显示误 差,则 p1=p2= 3 2 015 % = 0175 % 又 p=P1-P2,可得 P= P1+P2 P1-P2 P1 测量值P1= 1113MPa ,而P2= 012 0135MPa ,p1125 %。 管道直径按公称通径给定,其误差为011mm , 直径为50mm ,则 A= 2 011 50 100 % = 014 % 运行 时 的 水 温281535,压 力011 114MPa ,水的最大密度为9981384kg/ m3,最小密 度为9941088kg/ m3,取 其 平 均 值,误 差 = 0122 % Q= 3 2 015 % = 0175 % 由式(4)得 =11252+ (201 4) 2 +01222+ (201 75) 2 % =2112 % 310 %。即迷宫式调节阀流阻系数的测量 误差为310 %。 412 流量系数 从式(3)可得流量系数的误差 Cv=dCv/ Cv =Q2+ (0 15P) 2 + (0 15) 2 =01752+ (0 1501 75) 2 + (0 1501 22) 2 % =01846 %110 % 即迷宫式调节阀流量系数的测 量 误 差 为 110 %。 5 结语 通过迷宫式调节阀的流动性能试验,验证该阀 理论设计的流量特性、流阻系数与实测流量特性和 流阻系数的一致性,从两者实测和理论对比曲线 看,其流量特性在开度从30 %80 %接近完全吻 合,平均偏离度为0131 % ,其阻力特性在开度从 30 %全开也接近完全吻合。从测量误差看,该阀 流阻系数测量误差小于310 % ,流量系数测量误差 小于110 %。同时,将迷宫式调节阀流动性能与多 级孔板式最小流量调节阀进行对比,迷宫式调节阀 具有更加优异的流量调节性能,其流量特性比多级 孔板式最小流量调节阀更为接近理想直线流量特 性,其流阻系数为多级孔板式最小流量调节阀流阻 系数的5倍以上,因此迷宫式调节阀更符合电站运 行时的实际需要,在大机组超高压的情况更为明 显。 参考文献 1 贺振球.FT968Y型给水泵最小流量控制阀 J.中国电 力, 1996 (1) . 2 GB/ T 4213 - 1992 ,气动调节阀 S. 3 GB/ T 10869 - 1989 ,电站调节阀技术条件 S. (收稿日期: 20081011 21) 让我们一起来办阀门 让阀门成为您的朋友 22 阀 门 2008年第2期