解決組合式減壓閥氣蝕問題

                                 解決組合式減壓閥氣蝕問題

                                    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題試驗(yàn)思路
 解決組合式減壓閥氣蝕問題 因?yàn)闅馕g的發(fā)生總是伴隨著噪聲增大，故通過測試閥內(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)，液體中氣核成長為汽泡，汽泡的聚積、流動(dòng)、分裂、潰滅過程的總稱。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。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：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)場試驗(yàn)。通過對(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為被測減壓閥；C為安全泄壓閥。試驗(yàn)系統(tǒng)開啟后，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)，通過給定出口壓力、調(diào)節(jié)進(jìn)口壓力，測試主閥不同開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流部件遭受到破壞的過程就是水泵中的汽蝕過程。水泵產(chǎn)生汽蝕后除了對(duì)過流部件會(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)，液體中氣核成長為汽泡，汽泡的聚積、流動(dòng)、分裂、潰滅過程的總稱。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。

注：P1為進(jìn)口壓力(MPa)；P2為出口壓力(MPa)；K為主閥開程(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)不足以說明問題。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)場試驗(yàn)。
四 現(xiàn)場試驗(yàn)
1.計(jì)堵河水電站及減壓閥使用情況簡介
  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)場試驗(yàn)簡介
  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）過長，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，而減壓閥前沒有，也沒有流量計(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)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)及初步判斷
現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果見表二和表三：
表二             現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果（一）

注：1)符號(hào)同表一。2)減壓閥主閥全開程為28mm。3)調(diào)節(jié)桿預(yù)壓高度為89mm。
由表二可知，出口閥開度從全開到1/2開時(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)通過減壓閥的水流噪聲有較大降低。
表三             現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果（二）

注：1)符號(hào)同表一。2)減壓閥主閥全開程為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
  一般來說，減壓閥的水流噪聲與水通過節(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節(jié)流錐過流面的流速（實(shí)際上是流阻損失減少）。通過這種方式，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