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分析汽轮机调节阀的通流与损失特性

[来源:原创] [作者:admin] [日期:15-04-29] [点击:]

  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。

 

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