解決組合式減壓閥氣蝕問(wèn)題
上海申弘閥門有限公司
之前介紹蒸汽減壓閥在烘筒上應(yīng)用，現(xiàn)在介紹解決組合式減壓閥氣蝕問(wèn)題試驗(yàn)思路
解決組合式減壓閥氣蝕問(wèn)題 因?yàn)闅馕g的發(fā)生總是伴隨著噪聲增大，故通過(guò)測(cè)試閥內(nèi)水流噪聲而可間接判斷氣蝕性能。。因此，降低泵與水源的相對(duì)高度可減少氣蝕。汽蝕是當(dāng)流道（可以是泵、水輪機(jī)、河流、閥門、螺旋槳甚至人和動(dòng)物的血管等）中的液體（可以是水、油等）局部壓力下降至臨界壓力（一般接近汽化壓力）時(shí)，液體中氣核成長(zhǎng)為汽泡，汽泡的聚積、流動(dòng)、分裂、潰滅過(guò)程的總稱。主要發(fā)生在葉輪外緣葉片及蓋板，渦殼或?qū)л?br />處，不會(huì)發(fā)生在葉片進(jìn)口處。例如流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)發(fā)生在葉片進(jìn)口靠近前蓋板的葉片正面處(K1)。當(dāng)葉輪入口處壓強(qiáng)下降至被送液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，液體將會(huì)發(fā)生部分汽化，生成的氣泡將隨液體從低壓區(qū)進(jìn)入高壓區(qū)，在高壓區(qū)氣泡會(huì)急劇收縮，凝結(jié)，其周圍的液體以*的速度沖向原氣泡所占空間，產(chǎn)生高強(qiáng)度的沖擊波，沖擊葉輪和泵殼，發(fā)生噪音引起震動(dòng)。由于受到?jīng)_擊力反復(fù)作用以及液體中微量溶解氧的化學(xué)腐蝕作用，葉輪局部表面出現(xiàn)斑痕和裂紋甚至成海綿狀損壞。汽蝕系數(shù)又稱托馬系數(shù)。離心泵的必須汽蝕余量與揚(yáng)釋之比。計(jì)算必須汽蝕余量的數(shù)據(jù)之 一。由模型的空泡性能試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)而得，可查閱有關(guān)泵手冊(cè)。
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥先在公司內(nèi)部的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行工廠試驗(yàn)，取得良好的效果后適時(shí)再到水電站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)改進(jìn)節(jié)流錐與原型節(jié)流錐的試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，即可得出改進(jìn)節(jié)流錐的性能結(jié)果。
三 工廠試驗(yàn)
1.工廠試驗(yàn)簡(jiǎn)介
1.1、工廠試驗(yàn)臺(tái)
如圖1 所示：B為多級(jí)泵；A為被測(cè)減壓閥；C為安全泄壓閥。試驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)啟后，將P1高值調(diào)整為1.9MPa，然后在分別設(shè)定P2為各不同值，在各值中改變P1值，觀測(cè)在不同工況下的運(yùn)行穩(wěn)定性和噪聲。
1.2、試驗(yàn)方式
用兩個(gè)改進(jìn)型DN150節(jié)流錐S1#S2#和一個(gè)原型節(jié)流錐S0#和相對(duì)應(yīng)的缸套閥座組合件，先后裝入減壓閥閥體內(nèi)在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)給定出口壓力、調(diào)節(jié)進(jìn)口壓力，測(cè)試主閥不同開(kāi)度條件下的噪聲分貝值，即可比較不同節(jié)流錐的性能差異。
2.工廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)及初步判斷
工廠試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表一：
液體在一定溫度下，降低壓力至該溫度下的汽化壓力時(shí)，液體便產(chǎn)生汽泡。把這種產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象稱為汽蝕。
泵中產(chǎn)生氣泡和氣泡破裂使過(guò)流部件遭受到破壞的過(guò)程就是水泵中的汽蝕過(guò)程。水泵產(chǎn)生汽蝕后除了對(duì)過(guò)流部件會(huì)產(chǎn)生破壞作用以外，還會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，并導(dǎo)致泵的性能下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使泵中液體中斷，不能正常工作。氣蝕是由振動(dòng)、噪音和泵葉輪快速毀壞相伴隨的一個(gè)現(xiàn)象。當(dāng)相當(dāng)多的勢(shì)能被轉(zhuǎn)化成動(dòng)能降低了葉輪表面的壓力使之低于常溫下水的蒸汽壓時(shí)，就發(fā)生氣蝕。此時(shí)，水就汽化并形成蒸汽泡，當(dāng)蒸汽泡被帶人高壓區(qū)時(shí)，它們會(huì)突然潰滅。當(dāng)進(jìn)口壓力太低或泵容及轉(zhuǎn)速增加而進(jìn)口壓又無(wú)補(bǔ)償升高時(shí)，氣蝕就出現(xiàn)了。因此，降低泵與水源的相對(duì)高度可減少氣蝕。汽蝕是當(dāng)流道（可以是泵、水輪機(jī)、河流、閥門、螺旋槳甚至人和動(dòng)物的血管等）中的液體（可以是水、油等）局部壓力下降至臨界壓力（一般接近汽化壓力）時(shí)，液體中氣核成長(zhǎng)為汽泡，汽泡的聚積、流動(dòng)、分裂、潰滅過(guò)程的總稱。主要發(fā)生在葉輪外緣葉片及蓋板，渦殼或?qū)л?br />處，不會(huì)發(fā)生在葉片進(jìn)口處。例如流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)發(fā)生在葉片進(jìn)口靠近前蓋板的葉片正面處(K1)。當(dāng)葉輪入口處壓強(qiáng)下降至被送液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，液體將會(huì)發(fā)生部分汽化，生成的氣泡將隨液體從低壓區(qū)進(jìn)入高壓區(qū)，在高壓區(qū)氣泡會(huì)急劇收縮，凝結(jié)，其周圍的液體以*的速度沖向原氣泡所占空間，產(chǎn)生高強(qiáng)度的沖擊波，沖擊葉輪和泵殼，發(fā)生噪音引起震動(dòng)。由于受到?jīng)_擊力反復(fù)作用以及液體中微量溶解氧的化學(xué)腐蝕作用，葉輪局部表面出現(xiàn)斑痕和裂紋甚至成海綿狀損壞。汽蝕系數(shù)cavitatian coefficient又稱托馬系數(shù)。離心泵的必須汽蝕余量與揚(yáng)釋之比。計(jì)算必須汽蝕余量的數(shù)據(jù)之 一。由模型的空泡性能試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)而得，可查閱有關(guān)泵手冊(cè)。
注：P1為進(jìn)口壓力(MPa)；P2為出口壓力(MPa)；K為主閥開(kāi)程(mm)；Z為噪聲聲壓級(jí)(dB)。
由表一可知，改進(jìn)型節(jié)流錐S1#的降噪性能比原型節(jié)流錐S0#稍好，而改進(jìn)型節(jié)流錐S2#降噪性能。
因水泵流量所限，工廠試驗(yàn)參數(shù)不足以說(shuō)明問(wèn)題。因此我們選擇了云南計(jì)堵河電站進(jìn)行電站運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
四 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
1.計(jì)堵河水電站及減壓閥使用情況簡(jiǎn)介
計(jì)堵河二級(jí)水電站位于云南省怒江州瀘水縣稱桿鄉(xiāng)計(jì)堵河上，電站裝機(jī)容量為2×6300kW，為引水式電站。機(jī)組技術(shù)供水采用自流減壓供水和水泵供水方式，單機(jī)組技術(shù)供水流量為150m3/h；水頭為260m～240m。因水泵運(yùn)行故障率高，所以自流減壓供水為主供水。
2、機(jī)組自流減壓供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介
如圖2所示：在壓力鋼管進(jìn)機(jī)組處的位置附近取水。K1、K2分別這取水閥和工作閥，Y為ZJY46H-40C DN150減壓閥。P2的壓力整定為0.6MPa，減壓后的水直供水池，再由水池供兩臺(tái)機(jī)組用水。調(diào)節(jié)閥門K3為合適的過(guò)流面積。改進(jìn)前的單臺(tái)ZJY46H-40C DN150減壓閥的流量在滿足兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行噪音為118dB。
3、自流減壓供水系統(tǒng)工作狀況
計(jì)堵河水電站以前曾用國(guó)外某公司生產(chǎn)的膜片差壓式DN150減壓閥兩臺(tái)作兩級(jí)減壓，使用不到半年即損壞，無(wú)法再用。后改用我公司生產(chǎn)的ZJY46H型組合式減壓閥一臺(tái)作一級(jí)減壓，使用一年后，雖然噪聲偏高，節(jié)流錐有沖蝕和氣蝕，但仍能使用。
由于電站生態(tài)環(huán)境較差，植被破壞嚴(yán)重。水中的雜質(zhì)主要為石英砂。由于高速水流的氣蝕，再加上石英砂的磨蝕，減壓閥的運(yùn)行環(huán)境很差。這就需要對(duì)減壓閥進(jìn)行合理的改進(jìn)，保證在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的減壓閥有良好的適應(yīng)性，以保證電站的正常運(yùn)行。
4.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)簡(jiǎn)介
計(jì)堵河水電站在八月下旬因故需停電一天，我們趁這個(gè)時(shí)機(jī)趕到水電站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。原計(jì)劃試驗(yàn)S2#節(jié)流錐和S0#節(jié)流錐及對(duì)應(yīng)的缸套閥座組合件，以作比較。但因兩次試驗(yàn)間隔的準(zhǔn)備時(shí)間（減壓閥前截止閥不能關(guān)死，需壓力鋼管泄水和灌水）過(guò)長(zhǎng)，為不影響按時(shí)發(fā)電，只試驗(yàn)S2#節(jié)流錐而未能進(jìn)行S0#原型節(jié)流錐的試驗(yàn)。
另外，只有減壓閥后有壓力表，而減壓閥前沒(méi)有，也沒(méi)有流量計(jì)。這對(duì)試驗(yàn)造成一定的不便。
在S2#節(jié)流錐試驗(yàn)過(guò)程中及后正式發(fā)電投入運(yùn)行時(shí)，用戶評(píng)價(jià)：噪聲明顯減小，振動(dòng)微弱。
5.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及初步判斷
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表二和表三：
表二 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果（一）
注：1)符號(hào)同表一。2)減壓閥主閥全開(kāi)程為28mm。3)調(diào)節(jié)桿預(yù)壓高度為89mm。
由表二可知，出口閥開(kāi)度從全開(kāi)到1/2開(kāi)時(shí)，減壓閥的出口壓力變化很小，不影響機(jī)組運(yùn)行。此時(shí)通過(guò)減壓閥的水流噪聲有較大降低。
表三 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果（二）
注：1)符號(hào)同表一。2)減壓閥主閥全開(kāi)程為28mm。3)帶*號(hào)的調(diào)節(jié)桿預(yù)壓高度為63mm，是當(dāng)前的發(fā)電投運(yùn)狀態(tài)。其余的調(diào)節(jié)桿預(yù)壓高度為89mm。
對(duì)比表二和表三，可以發(fā)現(xiàn)：
1)當(dāng)出口壓力調(diào)高后，水流噪聲降低約6～7 dB。
2)在表二中，出口閥開(kāi)度變化后，水流噪聲從110.0 dB降到91.0 dB，降幅為19 dB；在表三中，水流噪聲則從111.0 dB降到88.5 dB，降幅為22.5 dB。
3)試驗(yàn)完成后，應(yīng)電站要求，將ZJY46H-40C DN150減壓閥的P2值整定為0.7MPa,調(diào)節(jié)出口閥K3滿足兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行的流量要求。即時(shí)工況的噪聲為89.5dB。
五 綜合分析
一般來(lái)說(shuō)，減壓閥的水流噪聲與水通過(guò)節(jié)流錐產(chǎn)生的渦流直接相關(guān)，而渦流與節(jié)流錐的幾何形狀、附近的流道及流速有關(guān)，而流速又與節(jié)流錐的開(kāi)度和前后壓力差有關(guān)。
選擇合理的節(jié)流錐形狀，可以減小流阻系數(shù)及相應(yīng)的渦流影響；增加主閥調(diào)節(jié)桿的預(yù)壓量，可以增加水的流量而降低通過(guò)節(jié)流錐過(guò)流面的流速（實(shí)際上是流阻損失減少）。通過(guò)這種方式，我們可以有效降低減壓閥的水流噪聲。
六結(jié)論
1)S2#節(jié)流錐對(duì)降低減壓閥的水流噪聲是有效的。
2)S2#節(jié)流錐的穩(wěn)壓性能是可靠的。
3)輔以增加主閥調(diào)節(jié)桿的預(yù)壓量對(duì)降低減壓閥的水流噪聲也是可行的。
七 進(jìn)一步改進(jìn)思考
1)主閥節(jié)流錐的幾何形狀仍可考慮進(jìn)一步優(yōu)化。
2)節(jié)流錐附近的流道今后可以考慮改進(jìn)。
3)過(guò)流面易氣蝕和沖蝕處可以考慮選擇更好的耐磨材料。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：電動(dòng)通風(fēng)蝶閥在煤礦粉層應(yīng)用
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