高压差调节阀构造性能分析与改良

高压差调节阀构造性能分析与改良阐述了火力发电设备运行过程中产生的涡流或汽蚀等现象。分析了高压差调节阀中介质流动的状态及其振动、噪声和对阀座磨损的问题。给出了阀门构造设计的改良措施及注意事项。1、概述

在火力发电设备中，为了提高蒸汽设备的效率，通常采用高温高压基本负荷设计的参数，及中间负荷运行和高度自动化的DSS控制方式。因为反复启停原因产生的高压差运行状态，对调节阀提出了更严格的要求。目前高压差调节阀设计主要从振动、噪声及阀座泄漏等3个方面考虑。2、问题分析

近几年来，设备DSS运行，锅炉启、停频繁，引起振动和噪声增加。由于热膨胀，锅炉管内的污垢，冷却剥离下来的固体粒子，流进阀门损伤阀座，致使阀座泄漏，加快内件和阀体的磨损。

2.1、机械振动

导向间隙不同心引起的振动会引起机械应力，随着机械应力的增加，产生疲劳破坏的危险。由于阀杆头的不稳定产生不稳定的开度，因此在阀杆上产生不平衡的上下方向的力，以及由于阀内部零件配合的间隙，致使导向偏心，同时由于在执行器刚性缺陷的场合下产生纵向的振动。这种振动能够产生噪声，阀门已经处在有破坏的危险状态。

2.2、水动力学问题

使用液体的工况，其问题是紊流、气蚀和闪蒸带来的振动及噪声。紊流不至于带来破坏，但其将成为机械振动源。气蚀引起物理的破坏，例子很多，但振动噪声的问题是不太可能发生。可采用逆流角形阀解决由闪蒸产生的振动和噪声，但闪蒸喷流产生的腐蚀冲刷对内件和阀体有极大的破坏。

2.3、气体动力学

用于气体和蒸汽的调节阀振动噪声是最主要问题。虽然其介质流动的速度为亚音速，但容量大时喷射部高的紊流区则产生过度的噪声，最大的噪声是通过节流口发生的冲击波，在喷嘴下部作为冲击波转换成噪声和振动。节流噪声与阀的流动形式、压降、流体种类及阀门开度有关。

2.4、固体粒子磨损

固体粒子是锅炉、过热器、再热器或主蒸汽等管内壁上掉下来的微小氧化物，密封面上粘附了固体粒子，在小缝隙中漏量，发生气蚀。3、介质流动性质

3.1、流体的分类

流过的流体大致可分为水或油等不可压缩流体和可压缩的空气、煤气及蒸汽等。按照热力学的原理，由于在节流过程中，介质没有与外界的热交换，因此可以看作是绝热节流。随着出口侧流体压力的降低，比容增加，温度降低，焓不变，在节流扩容的状态下，出口侧液体开始闪蒸形成汽或液两相流动。由于液体和气体性质完全不同，所以设计调节阀时必须充分理解其性质。

3.2、液体流动性质

(1)通过阀门的压力梯度

通过调节阀的流体流动是根据流体力学公式所示的能量守恒定律。阀门的流动是通过节流喷嘴时加速，由于加速度的能量是在流体压力或静水压头取得，通过节流部位后重新稳定，压力不能恢复的部份中，由于阀门内件的摩擦，内部能量转换成振动噪声能，散发到外部。如图1所示根据出口侧压力状态表示节流部前后压力情况。

图1通过阀门的压力状态

状态1是非收缩区压力(PCV)以及出口侧压力P2比入口侧液体饱和温度压力(PV)高，不属于气蚀状态。

状态2是非收缩区压力在饱和蒸气线以下，但出口侧压力达不到饱和蒸气压力，表示气蚀状态。状态3是非收缩区压力以及P2出口侧压力在饱和线以下称做闪蒸。

4.5、磨损

磨损有气蚀和闪蒸损坏，水动力学磨损和由于固体粒子的机械磨损等磨损，根据不同的磨损机理，采取不同的处理方法。

(1)气蚀

气泡冲击在固体表面爆破时，发生很高的压力，即使是CoCrWNo.6或No12材料也要遭到破坏。为降低气蚀产生的破坏，可以注入氮气进入气蚀发生的节流部后边，在流体中溶解气体，以减少气蚀。同时，应防止气泡直接冲击在固体表面上。

(2)闪蒸

带有闪蒸的流体体积，因含有蒸汽时比容急剧增大，所以节流部下侧二相流速度很高。液体冲刷与喷砂效果一样，使金属材料变形。闪蒸流体流动在调节阀的物理损伤上出现在节流喷嘴下部，所以，流体在阀门进口接近饱和状态时，闪蒸在下游侧部分开始，阀瓣头部的密封面和下部周围损伤。大部分闪蒸损伤可用适当的阀门构造和在材料选择上解决。阀门选择耐闪蒸磨损强的材料，如Cr合金钢WC6，WC9，C5较好。阀瓣头部以及阀座节流密封面实施CoCrWNo.6表面硬化处理。

(3)固体粒子磨损

为防止锅炉主蒸气管内固体粒子的磨损，采用防固体粒子损伤构造和防固体粒子冲击构造(图7)。防止固体粒子损伤构造是利用节流套导向构造，关闭时固体粒子不能流动，能闭塞节流孔。防止喷流直接冲击在阀瓣密封面上，阀杆头上带有导流构造，并在密封面上设有台阶。

图7防固体粒子磨损构造5、结语

针对阀门的振动、阀杆头不稳定及流体产生的涡流及汽蚀等现象，采用水动力学分析和噪声处理方法，适应高压差调节阀设计要求。阀门采用节流罩构造，将导向间隙由原来的0.8～0.9mm缩小到0.45～0.5mm，并且更换材料以保证阀杆头部的刚度。对于气蚀流动