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分析汽輪機調(diào)節(jié)閥的通流與損失特性
發(fā)布時間：2013年09月04日
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隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人民生活水平得到提高，汽輪機的進汽參數(shù)提高，機組功率增加，硬件成本投資增長迅速，業(yè)主對機組的經(jīng)濟性要求和安全性要求不斷提高。
1 調(diào)節(jié)閥通流和損失特征
在經(jīng)濟性角度出發(fā)，汽輪機的壓損上升百分之一，效率就會下降百分之0.4，因此，在汽輪機研究開發(fā)的過程中，應該不斷降低調(diào)節(jié)閥的壓損，在安全性角度出發(fā)，雖然系統(tǒng)調(diào)節(jié)的自動化水平不斷提高，但是配汽系統(tǒng)并沒有隨之大幅度提高，在管理閥門的過程中，雖然從業(yè)者提出了相關(guān)建議和意見，但是在實際操作的過程中，沒有有效的實施。
配汽系統(tǒng)的事故和壓力損失無法得到有效抑制，會產(chǎn)生因閥桿斷裂、閥座拔起和閥桿震動而產(chǎn)生的負荷波動，甚至導致汽輪機超速飛車，在研究其涉及因素的過程中，很難對機理性進行準確的定量界限，導致基礎研究和實驗研究的發(fā)展十分患難，調(diào)節(jié)閥事故在調(diào)查的過程中，過于重視定性判斷。但是發(fā)電行業(yè)和汽輪機制造行業(yè)的操作人員都清楚的認識到，調(diào)節(jié)閥的安全性和工作效率具有較大的發(fā)展?jié)撃埽疚尼槍ξ覈称髽I(yè)的設計數(shù)據(jù)，對調(diào)節(jié)閥的三維流場性能進行數(shù)值模擬，對流動損失的分布規(guī)律進行研究，闡述對通流水平產(chǎn)生影響的因素，在局部和整體等多個方面對調(diào)節(jié)閥的損失特征進行研究，具有較高的準確性。
2 調(diào)節(jié)閥通流和損失特性計算方式及結(jié)果分析
我國目前電廠中所使用GX-1型調(diào)節(jié)閥，基本結(jié)構(gòu)由以下幾部分構(gòu)成：閥座、閥碟、閥腔、進口和出口等，三維坐標中，水平軸對應進口方向，垂直軸對應出口的逆方向，通過右手定則對Z軸方向進行確定。調(diào)節(jié)閥一般在高壓高溫蒸汽條件下進行工作，為黏性湍流、可壓縮和三維流動，使用平均守恒型方程對其進行計算。因為調(diào)節(jié)閥腔結(jié)構(gòu)具有復雜性特征，本文使用分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡，由于閥門結(jié)構(gòu)具有對稱性，在計算的過程中計算一半即可得出準確結(jié)論。
在保證通流性的前提下，不斷降低在閥門內(nèi)部氣流的流動損失，使機組的熱效率不斷提高，在出口壓力條件相同的情況下，流量通過的越多，氣流調(diào)節(jié)閥的出口壓力水平越高，在我國目前施工中使用的調(diào)節(jié)閥，額定工況下，相對升程保持在百分之三十以下，針對降低氣流損失的角度，為了保證整個機組在額定工況中的正常運行，應該保證相對升程在百分之四十以上。調(diào)節(jié)閥內(nèi)部通道形狀十分復雜，為雙喉噴灌，第一喉部的通流面積不斷變化，第二喉部的通流面積不變，在中小升程的時候，環(huán)形通道喉部位置是調(diào)節(jié)閥流場面積最小的部分，但是伴隨升程的增加，環(huán)形通道的喉部面積增加，會對整個閥座喉部的通流水平造成影響。
調(diào)節(jié)閥流道結(jié)構(gòu)主要分為以下幾個部分：閥腔、閥碟和閥座等，氣流在三個部分流動的時候，具有不同的流動特點，在進入調(diào)節(jié)閥腔中較大空間的時候，氣流的流動參數(shù)變化很小，例如靜壓的變化等，但是在氣流進入環(huán)形通道后，在很短的行程中，蒸汽會產(chǎn)生劇烈的膨脹，靜壓水平會快速減少，在中小升程之中，氣流向閥座擴壓段流入，靜壓水平會不斷提高直到出口位置。環(huán)形通道進口到閥座喉部的區(qū)域，是流場中具有最大流動損失的地區(qū)，閥腔和閥座擴壓段，氣流的總壓損失降低，在小升程的時候，閥門流場的損失系數(shù)很大，尤其在p1和p0的比值小于0.8的時候，此區(qū)域的損失為總損失的百分之80，在p1和p0的比值小于0.7的時候，在環(huán)形通道尾端會形成激波，能量損失十分巨大。
3 調(diào)節(jié)閥通流和損失特性改善措施
應該提高調(diào)節(jié)閥在額定工況下相對升程的最大值，有助于顯著增加流動效率，在調(diào)節(jié)閥全開的時候，將相對升程保持在百分之四十以上，例如，如果壓比是0.98，相對升程能夠從31.2%提高到54.2%，總壓損失系數(shù)能夠從1.896降低到0.873，下降幅度保持在51%。
閥碟下部的空穴區(qū)會對通流面積產(chǎn)生影響，使有效通流面積不斷下降，影響實際通流水平。閥門流場內(nèi)部接近閥碟的部門是氣動損失最大的地區(qū)，占整個損失的67%左右，小升程的時候，達到了82%以上，在小升程的時候，如果進出口的壓比小于0.8，在環(huán)形通道的尾部會產(chǎn)生激波，帶來十分嚴重的總壓損失。
4 結(jié)語
總之，本文針對我國某企業(yè)的設計數(shù)據(jù)，對調(diào)價發(fā)的三維流場性能進行數(shù)值模擬，對流動損失的分布規(guī)律進行研究，闡述對通流水平產(chǎn)生影響的因素，在局部和整體等多個方面對調(diào)節(jié)閥的損失特征進行研究，具有較高的準確性。
1 調(diào)節(jié)閥通流和損失特征
在經(jīng)濟性角度出發(fā)，汽輪機的壓損上升百分之一，效率就會下降百分之0.4，因此，在汽輪機研究開發(fā)的過程中，應該不斷降低調(diào)節(jié)閥的壓損，在安全性角度出發(fā)，雖然系統(tǒng)調(diào)節(jié)的自動化水平不斷提高，但是配汽系統(tǒng)并沒有隨之大幅度提高，在管理閥門的過程中，雖然從業(yè)者提出了相關(guān)建議和意見，但是在實際操作的過程中，沒有有效的實施。
配汽系統(tǒng)的事故和壓力損失無法得到有效抑制，會產(chǎn)生因閥桿斷裂、閥座拔起和閥桿震動而產(chǎn)生的負荷波動，甚至導致汽輪機超速飛車，在研究其涉及因素的過程中，很難對機理性進行準確的定量界限，導致基礎研究和實驗研究的發(fā)展十分患難，調(diào)節(jié)閥事故在調(diào)查的過程中，過于重視定性判斷。但是發(fā)電行業(yè)和汽輪機制造行業(yè)的操作人員都清楚的認識到，調(diào)節(jié)閥的安全性和工作效率具有較大的發(fā)展?jié)撃埽疚尼槍ξ覈称髽I(yè)的設計數(shù)據(jù)，對調(diào)節(jié)閥的三維流場性能進行數(shù)值模擬，對流動損失的分布規(guī)律進行研究，闡述對通流水平產(chǎn)生影響的因素，在局部和整體等多個方面對調(diào)節(jié)閥的損失特征進行研究，具有較高的準確性。
2 調(diào)節(jié)閥通流和損失特性計算方式及結(jié)果分析
我國目前電廠中所使用GX-1型調(diào)節(jié)閥，基本結(jié)構(gòu)由以下幾部分構(gòu)成：閥座、閥碟、閥腔、進口和出口等，三維坐標中，水平軸對應進口方向，垂直軸對應出口的逆方向，通過右手定則對Z軸方向進行確定。調(diào)節(jié)閥一般在高壓高溫蒸汽條件下進行工作，為黏性湍流、可壓縮和三維流動，使用平均守恒型方程對其進行計算。因為調(diào)節(jié)閥腔結(jié)構(gòu)具有復雜性特征，本文使用分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡，由于閥門結(jié)構(gòu)具有對稱性，在計算的過程中計算一半即可得出準確結(jié)論。
在保證通流性的前提下，不斷降低在閥門內(nèi)部氣流的流動損失，使機組的熱效率不斷提高，在出口壓力條件相同的情況下，流量通過的越多，氣流調(diào)節(jié)閥的出口壓力水平越高，在我國目前施工中使用的調(diào)節(jié)閥，額定工況下，相對升程保持在百分之三十以下，針對降低氣流損失的角度，為了保證整個機組在額定工況中的正常運行，應該保證相對升程在百分之四十以上。調(diào)節(jié)閥內(nèi)部通道形狀十分復雜，為雙喉噴灌，第一喉部的通流面積不斷變化，第二喉部的通流面積不變，在中小升程的時候，環(huán)形通道喉部位置是調(diào)節(jié)閥流場面積最小的部分，但是伴隨升程的增加，環(huán)形通道的喉部面積增加，會對整個閥座喉部的通流水平造成影響。
調(diào)節(jié)閥流道結(jié)構(gòu)主要分為以下幾個部分：閥腔、閥碟和閥座等，氣流在三個部分流動的時候，具有不同的流動特點，在進入調(diào)節(jié)閥腔中較大空間的時候，氣流的流動參數(shù)變化很小，例如靜壓的變化等，但是在氣流進入環(huán)形通道后，在很短的行程中，蒸汽會產(chǎn)生劇烈的膨脹，靜壓水平會快速減少，在中小升程之中，氣流向閥座擴壓段流入，靜壓水平會不斷提高直到出口位置。環(huán)形通道進口到閥座喉部的區(qū)域，是流場中具有最大流動損失的地區(qū)，閥腔和閥座擴壓段，氣流的總壓損失降低，在小升程的時候，閥門流場的損失系數(shù)很大，尤其在p1和p0的比值小于0.8的時候，此區(qū)域的損失為總損失的百分之80，在p1和p0的比值小于0.7的時候，在環(huán)形通道尾端會形成激波，能量損失十分巨大。
3 調(diào)節(jié)閥通流和損失特性改善措施
應該提高調(diào)節(jié)閥在額定工況下相對升程的最大值，有助于顯著增加流動效率，在調(diào)節(jié)閥全開的時候，將相對升程保持在百分之四十以上，例如，如果壓比是0.98，相對升程能夠從31.2%提高到54.2%，總壓損失系數(shù)能夠從1.896降低到0.873，下降幅度保持在51%。
閥碟下部的空穴區(qū)會對通流面積產(chǎn)生影響，使有效通流面積不斷下降，影響實際通流水平。閥門流場內(nèi)部接近閥碟的部門是氣動損失最大的地區(qū)，占整個損失的67%左右，小升程的時候，達到了82%以上，在小升程的時候，如果進出口的壓比小于0.8，在環(huán)形通道的尾部會產(chǎn)生激波，帶來十分嚴重的總壓損失。
4 結(jié)語
總之，本文針對我國某企業(yè)的設計數(shù)據(jù)，對調(diào)價發(fā)的三維流場性能進行數(shù)值模擬，對流動損失的分布規(guī)律進行研究，闡述對通流水平產(chǎn)生影響的因素，在局部和整體等多個方面對調(diào)節(jié)閥的損失特征進行研究，具有較高的準確性。