最小流量调节阀内部流场及流量特性模拟研究.pdf

2 0 1 4年第 4 2卷第 5期 流体机械 3 1 文章编号 1 0 0 5 0 3 2 9 2 0 1 4 0 5 0 0 3 1 0 4 最小流量调节阀内部流场及流量特性模拟研究 宋忠荣 ， 陶国庆 ， 刘建峰 。 张绍华， 靳淑军 ， 余宏兵 合肥通用机械研究院， 安徽合肥 2 3 0 0 3 1 摘要 通过数值模拟的方法， 模拟高压差运行工况， 对设计的最小流量调节阀的调节特性进行分析研究。模拟试验 的结果表明迷宫流道结构能达到均匀降压， 提高节流副的阻力系数， 减小流体在阀门流道中产生汽蚀的可能性， 为保证 阀门的使用寿命和可靠性提供理论依据。 关键词 最小流量阀； 流量特性； 数值模拟； 迷宫流道 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5- 0 3 2 9 ． 2 0 1 4 ． 0 5 ． 0 0 7 I nt e r na l Fl o w Fi e l d a nd Si mul a t i o n S t u dy o n Fl u x Ch a r a c t e r o f M i ni m u m Fl o w Re g u l at i n g Val v e S O N G Z h o n g r o n g ， T A O G u o q i n g ， L I U J i a n f e n g ， Z H A N G S h a o h u a ， J I N S h u - j u n ， Y U H o n g - b i n g H e f e i G e n e r a l Ma c h i n e r y R e s e a r c h I n s t i t u t e ， H e f e i 2 3 0 0 3 1 ， C h i n a Abs t r a c t T h e fl u x c h a r a c t e r o f mi n i mu m fl o w r e g u l a t i n g v a l v e i s r e s e a r c h e d， s i mu l a t e d t h e h i g h d i ff e r e n t i a l p r e s s u r e c o n d i t i o n b y me t h o d s o f d i g i t al s i mu l a t i o n ． T h e s i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o n s t r u c t i o n o f l a b y r i n t h c h a n n e l s c a n r e d u c e p r e s s u r e e v e n l y ， a n d i n c r e a s e fl o w r e s i s t a n c e c o e f f i c i e n t t o r e d u c e t h e p o s s i b i l i t y o f c a v i t a t i o n ． T h e r e s e a r c h p r o v i d e s t h e o r e t i c al b asi s f o r gua r - a n t e e i n g t h e l o n g l i f e a n d r e l i a b i l i t y o f t h e v alv e ． Ke y w o r d s mi n i m u m fl o w r e gul a t i n g v a l v e ； fl u x c h a r a c t e r ； n u m e c a l s i mu l a t i o n ； l a b n t h c h a n n e l 1 引言 超超临界火 电机组最小流量调节阀又称锅炉 给水泵再循环 阀。在 电厂中安装在给水泵出 口， 连接至除氧器。锅炉给水泵把水从除氧器里吸出 送往锅炉。为防止给水泵过热和汽蚀 ， 要求给水 泵的流量在任何情况下都必须不小于某一个规定 的安全流量 ， 也就是最小流量。当锅炉给水需要 流量很小时， 需及时打开最小流量阀 ， 把一部分高 压水 由泵出口处 回流到除氧器 ， 以保证给水泵 的 安全运行 。 最小流量调节阀运行 [ 况非常恶劣 。在最小 流量调节 阀处于开启状态时 ， 需要将高温高压 的 水逐级降压， 在降压过程中尽可能减少汽蚀发生。 处于关闭状态时 ， 需承受高达 3 5 M P a甚至更 高的 静压差 ， 做到关闭严密 。 最小流量 阀因其使用工况恶劣 ， 其节流副应 能通过控制 流道面积和节 流级数而控制介 质流 收稿 日期 2 0 1 40 41 6 修稿 日期 2 0 1 40 4 2 4 速， 以及提高节流副阻力系数达到减小流体在阀 门流道 中产生汽蚀 的可能性。由于节流副的主要 构成件迷宫盘其尺寸较小 ， 结构复杂 ， 实物试 验不便。因而数值模拟技术用于研究该种结构可 能更方便 、 准确 。 2节流副结构 阀门结构及节流副结构如图 1和图 2所示。 图 1 最小流量阀结构 F LUI D MACHI NERY Vo 1 ． 4 2， No ． 5， 2 01 4 m／ s 1 i 图 1 2速度矢量 图 通过速度矢量图分析可知 ， 流体在 阀腔中的 流动呈螺旋状 ， 这可能由于迷宫盘的串联型迷宫 人 口与盘的柱面不是完全垂直而是成一定的角度 的原 因造成的。 从 X Y剖面上速度云图来看 ， 整个流道 除节 流副附近变化较大外， 其余速度变化均很缓慢。 靠近出口流道 的迷宫盘 的出 口部分， 最上部两片 迷宫盘的流速较大。 通过分别建立 1 0 ％ 一 9 0 ％ 每 1 0 ％建立 行 程的调节阀流道模型， 并对其进行模拟分析 ， 得出 压力、 速度等参数， 最后通过相关公式计算得出流 动系数及流阻系数， 从而分析流量特性是否满足 预期要求。 通过对 1 0 ％行程的流道进行模拟 ， 得到速度 及压力等参数 阀门前后管道压差 △ P7 ． 9 3 6 k P a ， 阀门入 口 速度 0 ． O l m ／ s 。 计算流量系数 ] K 3 6 0 0 Q [ p ／ 1 0 A P ] 1 式中 流量系数 Q体积流量， m ／ s P 流体密度， k g ／ m 。 △ P阀门的压力损失 ， MP a 各数值代人 1 得出 Ky1 2 6． 8 9 计算流阻系数 J 2 0 F 0 0 A P 2 。 v ‘ p 式中 卜流阻系数 平均速度 ， m ／ s 各数值代人式 2 得出 1 5 8． 7 2 通过计算可以看出， 流阻系数比一般调节阀 的流 阻系 数高 出 2～3倍 以上 ， 达 到 了预期 的 效果。 5结语 利用 S o l i d w o r k s 等建模软件建立阀门实体模 型 ， 利用 A N S Y S有限元分析软件 ， 建立 阀门有限 元分析模型 ， 通过控制流道 面积和节流级数而控 制介质流速， 分析流道的节流降压特性， 以及提高 节流副阻力系数达到减小流体在阀门流道中产生 汽蚀的可能性， 为保证阀门的使用寿命和可靠性 提供理论依据 参考文献 [ 1 ] 陆培文． 调节阀实用技术[ M] ． 北京 机械工业 出版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 刘元胜． 锅炉给水最小流量调节阀抖动的控制[ J ] ． 电力建设， 2 0 0 2 ， 2 3 9 4 9 - 5 1 ． [ 3 ] 贾汝民， 张伟政． 调节阀流场 C F D数值模拟与流道 优化[ J ] ． 化工机械 ， 2 0 0 9 ， 3 6 2 6 8 - 7 1 ． [ 4 ] 王兆然． 膜片式低压流量阀的设计与仿真研究[ J ] ． 机 电工 程 ， 2 0 1 3 ， 3 0 7 7 8 8 - 7 9 2 ． [ 5 ] 郭崇志， 刘佳． 安全阀稳态排量测试 新技术研究 [ J ] ． 压力容器， 2 0 1 4 ， 3 1 2 1 8 - 2 6 ． [ 6 ] 余新饧． 大熔量高精度全自动灌装设备的研制[ J ] ． 包装与食品机械 ， 2 0 1 2 ， 3 0 2 4 3 - 4 5 ． [ 7 ] 蒋 旭平 ， 王海 明， 钟 方胜 ， 等 ． 迷 宫式最 小流量 调节阀的流动特性研 究 [ J ] ． 流体机 械 ， 2 0 0 9， 3 7 5 1 5 1 8 ． [ 8 ] 钟方胜 ， 蒋旭平， 陈明涛． 锅炉给水泵迷宫式最小流 量调节阀流动性能的试验研 究[ J ] ． 阀门， 2 0 0 8 ， 2 2 3 - 2 6 ． [ 9 ] 王燕， 胡建华， 胡建． 多级套筒调节阀消声减振元件 设计研究[ J ] ． 流体机械 ， 2 0 1 3 ， 4 1 7 2 6 2 9 ． [ 1 O ]孙斌 ， 许安俊． 高压止回阀断裂失效分析[ J ] ． 压力 容器 ， 2 0 1 2 ， 2 9 1 6 7 - 7 2 ． [ 1 1 ]李洪洲 ， 徐光， 李松晶． 拉瓦尔式燃料流量调节阀流 量特性分 析 [ J ] ． 机 电工程， 2 0 1 2 ， 2 9 9 1 0 3 6 1 0 45． [ 1 2 ]杨艳玲 ， 石文彪， 李媛． 工艺管道调节阀组安装形式 探讨[ J ] ． 化工设备与管道 ， 2 0 1 2， 1 4 9 - 5 2 ． [ 1 3 ]杨源泉． 阀门设计手册 [ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 0 ． 作者简 介 宋忠荣 1 9 6 3一 ， 男 ， 高级工程 师 ， 主要从 事 阀门 新 产品开发及相关技术服务工作 ， 通讯 地址 2 3 0 0 3 1安徽 合肥市 长江西路 8 8 8号合肥通用机械研 究院阀门研究所 。 警