給水泵最小流量調(diào)節(jié)閥低開(kāi)度吹損原因及應(yīng)對(duì)分析

摘 要：文章針對(duì)某廠(chǎng)給水泵最小流量調(diào)節(jié)閥低開(kāi)度運(yùn)行容易內(nèi)漏現(xiàn)象，從結(jié)構(gòu)上分析迷宮式閥門(mén)很難克服低開(kāi)度運(yùn)行的汽蝕問(wèn)題。通過(guò)改進(jìn)閥芯結(jié)構(gòu)和優(yōu)化流道設(shè)計(jì)，改用串級(jí)渦流降壓結(jié)構(gòu)的最小流量閥芯，解決低開(kāi)度汽蝕問(wèn)題，提高最小流量調(diào)節(jié)閥的使用壽命。

關(guān)鍵詞：最小流量調(diào)節(jié)閥；串級(jí)渦流降壓；汽蝕

中圖分類(lèi)號(hào)：TK225.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）11-0095-02

1 工程概述

某廠(chǎng)1、2號(hào)機(jī)組為上海汽輪機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的125 MW汽輪機(jī)，機(jī)組型號(hào)為機(jī)組型號(hào)：N125-13.24/535/535型。給水泵采用上海電力修造廠(chǎng)生產(chǎn)的DG480-180型電動(dòng)給水泵，一用一備，每臺(tái)給水泵設(shè)有再循環(huán)管路，在逆止門(mén)前接出，經(jīng)過(guò)最小流量閥節(jié)流后，流回除氧器水箱。當(dāng)給水流量低于120 t/h時(shí)，最小流量閥打開(kāi)。

該廠(chǎng)最小流量閥原選用進(jìn)口產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，運(yùn)行人員為滿(mǎn)足低負(fù)荷時(shí)方便調(diào)節(jié)鍋爐汽包水位，最小流量閥在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)保持打開(kāi)一定開(kāi)度，通過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)給水泵最小量閥內(nèi)漏較為嚴(yán)重。現(xiàn)場(chǎng)關(guān)閉手動(dòng)隔離門(mén)，電動(dòng)給水泵電流能降10 A，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)性。停機(jī)時(shí)解體發(fā)現(xiàn)該閥閥芯密封面嚴(yán)重吹損。

2 泄漏原因分析

2.1 工況惡劣

最小流量調(diào)節(jié)閥是火電廠(chǎng)中運(yùn)行工況最為惡劣的幾種調(diào)節(jié)閥之一，系統(tǒng)圖如圖1所示。

給水泵出廠(chǎng)時(shí)標(biāo)定一個(gè)額定最小流量值，給水泵在低負(fù)荷下工作需要最起碼的流量防止過(guò)熱和氣蝕。當(dāng)鍋爐給水需求在低于給水泵的額定最小流量時(shí)為了保護(hù)泵的正常運(yùn)行需要安裝一套再循環(huán)系統(tǒng)（最小流量調(diào)節(jié)閥）把一部分高壓給水由泵出口回流到除氧器內(nèi)。因最小流量閥安裝在給水泵出口與除氧器水箱之間，壓差大約在17 MPa，無(wú)論閥門(mén)在關(guān)閉狀態(tài)還是在開(kāi)啟狀態(tài)，最小流量調(diào)節(jié)閥時(shí)刻在高壓差下工作，如不能有效避免汽蝕發(fā)生，閥門(mén)很容易會(huì)被沖損，這樣閥門(mén)壽命就很短，一年內(nèi)需要對(duì)最小流量閥解體檢修或更換。

2.2 閥門(mén)結(jié)構(gòu)分析

該廠(chǎng)最小流量閥閥體使用鍛鋼件20，閥內(nèi)件是鑲裝式，采用多級(jí)降壓節(jié)流形式，閥內(nèi)件使用高鉻耐熱不銹鋼材料，符合國(guó)際上最新的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)要求，為延長(zhǎng)閥芯使用壽命，閥芯、閥座密封面堆焊司鈦立硬質(zhì)合金，另外，高精度的加工設(shè)備和工藝也是提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，以保證閥門(mén)無(wú)卡澀、無(wú)漏。

最小流量調(diào)節(jié)閥的核心技術(shù)在閥芯的減壓方式，該廠(chǎng)最小流量閥采用迷宮盤(pán)片式減壓套。迷宮式最小流量閥技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十年，經(jīng)過(guò)不斷創(chuàng)新，技術(shù)上不斷得到完善，先后開(kāi)發(fā)出多個(gè)流道設(shè)計(jì)方案。圖2所示為迷宮式最小流量調(diào)節(jié)閥的閥芯盤(pán)片布置圖，它由多個(gè)迷宮盤(pán)層疊而成，每個(gè)迷宮盤(pán)的正面有4個(gè)迷宮流道，背面也有4個(gè)迷宮流道。每一個(gè)流道都有一定數(shù)目的直角轉(zhuǎn)折，高壓流體通過(guò)這些轉(zhuǎn)折流道時(shí)，由于流通面積不斷變化，形成了多級(jí)節(jié)流降壓。

最小流量調(diào)節(jié)閥類(lèi)似于多級(jí)降壓籠罩式調(diào)節(jié)閥，通過(guò)改變閥塞在籠罩中的位置改變閥門(mén)節(jié)流面積，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。為保證閥塞的靈活動(dòng)作，閥塞與籠罩需要保持一定的縫隙，以防止卡澀或拉毛現(xiàn)象。通過(guò)閥塞縫隙的流量是不開(kāi)控的，特別開(kāi)度在5%以下時(shí)，節(jié)流喉部不是在迷宮盤(pán)片上，而是在密封面處。見(jiàn)圖3，這樣密封面兩側(cè)承擔(dān)大部分壓降，不可避免發(fā)生氣蝕，造成密封面沖損。

3 優(yōu)化解決方案

迷宮式最小流量調(diào)節(jié)閥由于采用模塊化設(shè)計(jì)，為解決氣蝕難題提供了不錯(cuò)的設(shè)計(jì)理念，但低開(kāi)度下經(jīng)常發(fā)生氣蝕損壞的難題至今沒(méi)能克服。由于該廠(chǎng)給水泵最小流量閥經(jīng)常在低開(kāi)度工況運(yùn)行，顯然迷宮盤(pán)片式最小流量閥不適合該工況連續(xù)運(yùn)行。解決低開(kāi)度氣蝕問(wèn)題的理想方式是最小流量閥在全開(kāi)度包括開(kāi)關(guān)瞬間，流量都是可控的，都是分級(jí)降壓的。目前，高壓差抗汽蝕調(diào)節(jié)閥降壓設(shè)計(jì)有多級(jí)截流式、迷宮盤(pán)片式、串級(jí)渦流降壓式（多級(jí)降壓式），從成本、運(yùn)行工況等綜合考慮，該廠(chǎng)試用串級(jí)渦流降壓式調(diào)整閥。

所謂串級(jí)渦流降壓是指液體的靜壓是通過(guò)串聯(lián)的多個(gè)節(jié)流級(jí)逐漸消耗的，結(jié)構(gòu)如圖4所示。這發(fā)生在流體被加速，隨后因流道面積增加又降速的過(guò)程中。由于隨著流道的收縮與擴(kuò)張，流體發(fā)生劇烈的渦流和摩擦，壓力能被逐級(jí)降低。通過(guò)改變串級(jí)閥塞的位置調(diào)節(jié)流道節(jié)流面積，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。由于多個(gè)節(jié)流級(jí)同時(shí)動(dòng)作，這樣在閥門(mén)的全開(kāi)度過(guò)程中壓力都是分級(jí)降低的。特別是開(kāi)關(guān)瞬間，由于各個(gè)節(jié)流級(jí)同時(shí)到達(dá)關(guān)閉位置，所以減壓效果明顯，可有效防止汽蝕發(fā)生。

在第一級(jí)，流體經(jīng)過(guò)節(jié)流斜槽后被分成多股流體。流體在節(jié)流槽的最小節(jié)流口流速達(dá)到最大。由于流速增加，伴隨著摩擦損耗，壓力被降低。

當(dāng)流體通過(guò)最小可控節(jié)流口后，總壓力降的大部分已經(jīng)發(fā)生了，不過(guò)此時(shí)壓力仍然高于汽化壓力。隨后的減壓級(jí)由環(huán)形節(jié)流槽組成，通過(guò)改變串級(jí)閥塞的位置調(diào)節(jié)環(huán)形節(jié)流槽的面積。最后一級(jí)僅有輕微的減壓，這樣在接近汽化壓力時(shí)不易發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。即使發(fā)生了汽蝕也不會(huì)損壞閥芯，這是特殊的流道設(shè)計(jì)決定的。閥座位于最后一級(jí)，因?yàn)榇颂幜魉俸蛪毫π。詸C(jī)械力為最小。這樣使得開(kāi)關(guān)閥門(mén)時(shí)產(chǎn)生的最大流速減至最小，是對(duì)密封面的保護(hù)，閥門(mén)密封更可靠。

該廠(chǎng)在2011年改用4臺(tái)串級(jí)渦流降壓式給水泵最小流量閥，已連續(xù)使用三年，目前未見(jiàn)大量泄漏現(xiàn)象。

4 結(jié) 語(yǔ)

串級(jí)渦流降壓結(jié)構(gòu)的給水泵最小流量調(diào)節(jié)能夠解決閥門(mén)在小開(kāi)度工況下的沖損問(wèn)題。如機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)需要微開(kāi)給水泵最小流量閥，可優(yōu)先選用串級(jí)渦流降壓結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

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