锅炉给水调节阀的汽蚀现象及其解决措施.pdf

阀 门 1 9 9 2 年 第 2期 锅炉给水调节阀的汽蚀现象及其解决措施 囊山接电厂 赣于如 ] 广 2 ；r ≥ 摘要根 据汽 蚀的产生机理 ， 运用 j研 究汽蚀的方法和定性公式 ， 并结奢调 节问所在 系统和运 行工况 ， 对 用于核 电厂的锅炉给水调 节阀 出现的汽蚀现象予以分析 ， 找 出几个主要 因素并提 出 了解 决 和 预 防 的 有 效 办 法 。 主囊词 ： 锅炉 用目调节 目汽蚀 调节阀在电厂和石 油行业等 生产 中占有十 分重要的位置 。可 是在生产 中， 由于种种原因 ， 致使 阀密封 面受冲刷 和汽蚀 的共 同作 用 ， 很 快 遭到破坏 。我厂 l 2 备用供热站的锅炉 给水 调 节 阀 自运行 以来 ， 时常发生 内漏 ， 在很短的时 间 内( 1 0天 左右 ) 即失 去调节 作 用 ． 严重 时 阀 门 支架断裂 。 为 了懈决这 个问题 ， 我 们根据汽蚀 的 产生机理 ， 从系统和运行工 况人手 ， 找 出引起 阀 门发 生汽 蚀的几个 主要 因素 ， 提 出了懈决和 预 防调 节阀汽蚀 的有效办法 。 1 ． 汽蚀的产生机理 流体 连续性破坏或液体 中充满蒸汽 的空 间 产生和破 灭 ， 称为汽蚀 。具体地 说 ， 在液体 内压 力 降至接近 于该温 度下的饱 和蒸汽压力 时 ， 就 会 在该处 产生汽泡 或空穴 ， 这 些汽泡 或空穴 在 极 短的时间内随液体穆往 高压区 ， 井突然破灭 ， 产生局部 高压高频 压力波 ， 而疲劳侵 蚀 固体 表 面( 如叶轮叶片 ， 阀门密封面和流道等) ， 并 伴随 振动和噪音。 严重的大面积汽 蚀 ， 会造成整个设 备的损坏 。 我们从锅炉 给水调节 阀的 阀瓣和阀座密封 面损坏情 况分析 ， 发现 有水冲刷 的沟痕及 剥落 成的一个个凹坑 ， 形如海棉状 ， 认定为是 由于流 体冲刷和汽蚀共 同作 用所致 2 ． 阀门汽蚀特性的试验 公式 将研究汽蚀的一种方法 ——流动法应 用于 阀门 ， 就是 在阀门的入 口压力不变 ， 降低出 口压 力， 此时通 过节流处 的流量就会增加 ， 进一 步降 低出 口压力 ， 直至流量不再增 加， 此时被称 为临 界流动状态 ， 从这 一点 开始产生 汽蚀 。 继续降低 出口压力 ， 阀 门全面发生汽蚀 ， 从而研究阀 门的 振 动及 汽蚀破坏情况 。 汽 蚀的产 生可 用汽蚀指数 K 来确定 k 一 P I --P~ 一 ( 1 ) 式 中△ P ～—— 汽蚀开始 时阀门两侧 的最大 压 力差 P —— 阀门进 口压力 P —— 阀门出 口压力 P —— 流体在某温度下的汽化压力 k 由试 验确 定 ， 是特 定 阀 门的汽 蚀指 标 。 I 【 c 为 0 ． 2 0 ～0 ， 6 5之 间， 或者 范围更大 。它主要 与流体特性 和 阀门的结构形 式有关 ， 对于调 节 阀与其正反作 用形式有关 ， 相对地看 ， 反 作用开 启阀门 ， k 要小 。 但是 ， 对于某一 系统的调 节阀 产生汽蚀 的 原因 ， 仅从式 ( 1 ) 分析还是不够的 。还要从系统 的构 成 ， 运行工况等方面予以分 析研 究 ， 找 出阀 门发生 汽蚀的原 因 ， 确定解 决和预 防汽蚀 的有 效办法 。 3 ． 阀门产生汽蚀的定性分析 式 我们从 汽蚀理论 出发 ， 利用流体 力学 中的 定常不 可压缩流体 的 伯努利 方程 ， 推 出阀 门汽 蚀的理论公式 ( 图 1 ) 。 ( 1 ) 由阀门的进 出口列方程 + Z1 一 P2十 , V 2 2 + z2 + h ( 2 ) 式 中V 、 V —— 进 出口平均流速 z 、 Z ——进 出 口管 中心线相对于 某一 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 1 9 9 2年 第 2期 阀 门 基准面的高度 m、 —— 进 出 口流体 动能修 正系数 Y —— 流体重度 —— 某开度 下的总压头损失 LI Vt I + J - i + 锾 + f D t 、 f ——进 出 口沿程摩擦 系数 D 、 D： —— 进出 口通径 nh—— 进出 I ： I 局部压头损 失系数 世ZJ zz 图 1 调节 髑结构 若 设 D1 一D2 、 Z1 =z 2 、 f D 1 f D 2 =f D ( 如直通 式 调节 阀) ． 对于工 业管遭取 a 。 =啦≈ 1 。 根 据流 体的连续性方程 A V1 一A z V 2 ， 得 V - 一v =V。 设 L +L L( L为 阀 门两端 结构 长度 ) ， 则 从 式 ( 2 ) 可 得 V 2 2 g ．P ．． 1 ． -- ————P—2 。吉 + + 壹 ( 3 ) 根 据流体 的连续性方程 ， 对单阀座调节 阀， V( 、 D Do ) } 对双阀座调节 阀 ， V= 百 D o ) 。式 中 Do 为某开度 下节 流处最 小流束 垂直截 面的相 当直径 。 对双 阀座调节阀 ， 假设其上下密封面具 有相 同节流 面积 ( 同步 ) 。 V o 为通过 阀门最小流 束处的 流速 。 ( 2 ) 由阀门最小流束处至出 1 3列方程 + Zo — P z V2 Z ⋯h 4 ) 式中P o —— 阀门最小流柬处压力 Zo —— 阀 门最小流束处 中心线相对于某 一 基准的高度 。 —— 最 小 丽 束 处 的 动 能修 正 系 数 h —— 阀门最 小流束处至出 口某开度 下的总压头损失 n一 。 旨 + 显然 ． 直通式调 节闽的 Z o ：Z ， a 。 =啦≈ 1 ， 则式( 4 ) 可得 了P o 1 一 V o Z～了P ~ 1 一 V 2 2 +( f。百L 2 + ) ( 5 ) 对单阀座调节阀， 将式( 3 ) 代入式( 5 ) ， 得 m， P 广 ( ( - ( 1 + 告 + _ ) ] Pl — P 式 中K—— 阀 门在某开度 下的阻力系数 Kz —— 阀门在某开度 下出 口阻力系数 式( 6 ) 可得 P o = P 2 -- C ( D~ ) ( 1 q - K ) ] ( 7 ) 同理 ， 双 阀座调 节阀可得 P o P 2 -- C 4 ( ~ ) ~ -- ( I + K 扪 ( 8 ) 如果从 阀门的进 口到某一开度 下节流处最 小流束处列伯努利方程 ， 可得到式 ( 9 ) 、 ( 1 O ) ， 其 过 程 同式 ( 7 ) 、 ( 8 ) 。 Po - P I - C Kj + ( ( 9 ) ( K ( - 1 ] ( 1 0 ) 式中 K z 为阀 门在某开度下进 口阻力系数。 4 ． 理论分析式 的讨论 从式 ( 7 ) 、 ( 8 ) 、 ( 9 ) 、 ( 1 0 ) 分 析 ， 可以得 到引 起阀 门最小流 束处压 力 下降的几 个因素 ( i ) 增加调节阀进出I： I 压差， 尤其是降低出 口的压力 ， 将会引起 P o 的下降 ， 从式 ( 1 ) 也可 以 得到这一结 论 ( 2 ) 虽然减 小开 度 ， 使 Kt 、 K z 略有 增加 ， 但 = ∑ ． + k ∑ 、 ∑ L— D + k— D L— D 争 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 阀 门 l 9 9 2年 第 2期 当小 流量运 行超 过 某一限 值 时， ( ) ‘ 的增 加 速度要 比 K 、 K z 快 ， 从 而使 得 P o 急速下 降 。这 样不 仅增加过 流面 的速 度 ， 也促使 汽蚀现象 的 发生 。 ( 3 ) 增加 K 或减 少 K 也 将 影 响 P o的 下 降 。在设计 阀门结构时 ， 要尽量减小进 口局部阻 力 系数 K 、 增 加出 口局部 阻力系数 K ， 以此 来 提高调节 阀的耐汽蚀性 能 。我厂锅炉 给水 调节 阀的下 阀座和下 阀瓣汽蚀较严重的现象也说明 了这 一 点 。 5 ． 调节阀汽蚀的分析 从讨 论 中得 知 ， 促使 阀 门产 生汽蚀 的 因素 除其耐汽蚀性 能外 ( 如密封面 、 阀体材 料 ， 形状 、 结构及表面粗糙度等) ， 阀门所在的系统构成段 其运行工况也是很重要的 因素 。 圉 2 锅炉 给水 系统 简单流程 1水箱2 ． 补 给水泵3 ． 预 热器 {除氧 器及除 氧水箱5 ． 给水 泵6 ． 谓 节 阀7 ． 锅炉 ( 1 ) 由于核 电厂处于 调试 阶段 ， 锅 炉给 水系 统 ( 图 2 ) 蒸 汽用量变 化较大 ， 时 常处于 小流 量 运行 ， 致使泵的出 口压力升高 。 同时使得调节 阀 出 口压力相对大 流量时低 ， 以致 小流量运行 使 阀门进 出 口压差 A P增加 。 ( 2 ) 系统 的小流量运 行不仅使 阀 门进 出 口 压差增 加、 过流速 度加快 ， 而且使 阀门的调节动 作频 繁 ， 阀芯不断地扰动流体 ， 也导致 了汽蚀 的 产 生和发展 。 从现场 看到 ， 调节阀 阀芯每秒 即上 下动作 2 次 以上 ( 3 ) 管道 内的铁 屑和泥 沙等杂质使 阀芯 、 阀 座密封 面等处产 生划伤 ， 使 通过 阀门的流线 发 生 变 化， 初始运 行阶段 使用的调 节阀更易 受到 冲刷和 汽蚀 的共 同作用 6 、 解决 措施 我们找 出了引起调节阀发生汽蚀的主要 因 素以后 ， 根据运行 系统的实际情况 ， 做 了系统的 水 力计算 。 为有效地 降低 阀门进 口压力 ， 采取措 施 ① 降低泵的扬程 ， 取下其中 2台给水泵 叶轮 各一级 ， 在原 叶轮 位置 上安装适 当的导流套 。 ② 在运行 中 ， 注意提高锅炉 出 口的蒸汽 压力 ， 即提 高 阀门的出 口压力 ， 以此来 降 骶阀门进出 口压 差 。③在 阀门安装前 ， 对 阀门清冼 ， 定期打 开调 节阀丝堵 ， 冲冼排污。 通过 对 系统运行工况 的调 整 ， 按 照 以上 解 决措施进行处理和操作 ， 有效地避免了调节 阀 的汽蚀 现象发 生 ， 提高 了阀 门的使 用寿命 。自 1 9 9 0 年 5月份改造以来 ， 调节 阀一直处于 正常 运行 状 态 。 参考 文献 i 阀门管 件 设计 编译 组． 美 国阀 门臂 件 设计手 册 ． 机 械 工业出 牡 ， 1 9 8 7 2 山东工 学院 、 东北 电力学院 工 程流 体力学 ， 1 9 7 9 ． 3 丁成伟 ． 离心泵 及轴l漉 泵． 机械工 业 出版 社 ， 1 9 8 7 4 程啸凡 ． 工程流 体力学 ． 冶垒工业 出版社 ． 1 9 8 6 ． -● k ■t。 ■}■ t■t。 ■}■t。 ● k ■t ■t■ t■t■t■t ■t ■t ■t■t。■} 欢迎预约刊登产品、 技术信息广告 ! 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载