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分析汽輪機調節閥的通流與損失特性

[來源:原創] [作者:admin] [日期:15-04-29] [點擊:]

  随着我國社會主義市場經濟的飛速發展,人民生活水平得到提高,汽輪機的進汽參數提高,機組功率增加,硬件成本投資增長迅速,業主對機組的經濟性要求和安全性要求不斷提高。
    1 調節閥通流和損失特征
    在經濟性角度出發,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,在汽輪機研究開發的過程中,應該不斷降低調節閥的壓損,在安全性角度出發,雖然系統調節的自動化水平不斷提高,但是配汽系統并沒有随之大幅度提高,在管理閥門的過程中,雖然從業者提出了相關建議和意見,但是在實際操作的過程中,沒有有效的實施。
    配汽系統的事故和壓力損失無法得到有效抑制,會産生因閥杆斷裂、閥座拔起和閥杆震動而産生的負荷波動,甚至導緻汽輪機超速飛車,在研究其涉及因素的過程中,很難對機理性進行準确的定量界限,導緻基礎研究和實驗研究的發展十分患難,調節閥事故在調查的過程中,過于重視定性判斷。但是發電行業和汽輪機制造行業的操作人員都清楚的認識到,調節閥的安全性和工作效率具有較大的發展潛能,本文針對我國某企業的設計數據,對調節閥的三維流場性能進行數值模拟,對流動損失的分布規律進行研究,闡述對通流水平産生影響的因素,在局部和整體等多個方面對調節閥的損失特征進行研究,具有較高的準确性。
    2 調節閥通流和損失特性計算方式及結果分析
    我國目前電廠中所使用GX-1型調節閥,基本結構由以下幾部分構成:閥座、閥碟、閥腔、進口和出口等,三維坐标中,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軸方向進行确定。調節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。因為調節閥腔結構具有複雜性特征,本文使用分塊結構化網絡,由于閥門結構具有對稱性,在計算的過程中計算一半即可得出準确結論。
在保證通流性的前提下,不斷降低在閥門内部氣流的流動損失,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,氣流調節閥的出口壓力水平越高,在我國目前施工中使用的調節閥,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。調節閥内部通道形狀十分複雜,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,環形通道喉部位置是調節閥流場面積最小的部分,但是伴随升程的增加,環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。
    調節閥流道結構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,在進入調節閥腔中較大空間的時候,氣流的流動參數變化很小,例如靜壓的變化等,但是在氣流進入環形通道後,在很短的行程中,蒸汽會産生劇烈的膨脹,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。環形通道進口到閥座喉部的區域,是流場中具有最大流動損失的地區,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很大,尤其在p1和p0的比值小于0.8的時候,此區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,在環形通道尾端會形成激波,能量損失十分巨大。
    3 調節閥通流和損失特性改善措施
    應該提高調節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,在調節閥全開的時候,将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%。
    閥碟下部的空穴區會對通流面積産生影響,使有效通流面積不斷下降,影響實際通流水平。閥門流場内部接近閥碟的部門是氣動損失最大的地區,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,在環形通道的尾部會産生激波,帶來十分嚴重的總壓損失。
    4 結語
    總之,本文針對我國某企業的設計數據,對調節閥的三維流場性能進行數值模拟,對流動損失的分布規律進行研究,闡述對通流水平産生影響的因素,在局部和整體等多個方面對調節閥的損失特征進行研究,具有較高的準确性。

 

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