分析汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的通流與損失特性

2013-07-21 屈波 邵陽學(xué)院

  本文針對設(shè)計數(shù)據(jù),在多種壓比條件和升程條件下,對汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的流場特性進(jìn)行數(shù)值模擬,閥碟下部空穴區(qū)占有通流面積,降低了通流面積,對汽輪機(jī)通流閥的通流水平造成影響,閥碟周圍是全壓損失十分嚴(yán)重的部分,占總損失的百分之六十以上,閥腔的全壓損失較少,如果相對升程小于百分之六,壓比小于0.8,在環(huán)形通道的末端會形成激波,激波能夠造成嚴(yán)重的全壓損失,為了使通流水平得到提高,應(yīng)該使相對升程有效提高。

  隨著我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人民生活水平得到提高,汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)提高,機(jī)組功率增加,硬件成本投資增長迅速,業(yè)主對機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性要求和安全性要求不斷提高。

1、調(diào)節(jié)閥通流和損失特征

  在經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā),汽輪機(jī)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(jī)研究開發(fā)的過程中,應(yīng)該不斷降低調(diào)節(jié)閥的壓損,在安全性角度出發(fā),雖然系統(tǒng)調(diào)節(jié)的自動化水平不斷提高,但是配汽系統(tǒng)并沒有隨之大幅度提高,在管理閥門的過程中,雖然從業(yè)者提出了相關(guān)建議和意見,但是在實(shí)際操作的過程中,沒有有效的實(shí)施。

  配汽系統(tǒng)的事故和壓力損失無法得到有效抑制,會產(chǎn)生因閥桿斷裂、閥座拔起和閥桿震動而產(chǎn)生的負(fù)荷波動,甚至導(dǎo)致汽輪機(jī)超速飛車,在研究其涉及因素的過程中,很難對機(jī)理性進(jìn)行準(zhǔn)確的定量界限,導(dǎo)致基礎(chǔ)研究和實(shí)驗研究的發(fā)展十分患難,調(diào)節(jié)閥事故在調(diào)查的過程中,過于重視定性判斷。但是發(fā)電行業(yè)和汽輪機(jī)制造行業(yè)的操作人員都清楚的認(rèn)識到,調(diào)節(jié)閥的安全性和工作效率具有較大的發(fā)展?jié)撃埽疚尼槍ξ覈称髽I(yè)的設(shè)計數(shù)據(jù),對調(diào)節(jié)閥的三維流場性能進(jìn)行數(shù)值模擬,對流動損失的分布規(guī)律進(jìn)行研究,闡述對通流水平產(chǎn)生影響的因素,在局部和整體等多個方面對調(diào)節(jié)閥的損失特征進(jìn)行研究,具有較高的準(zhǔn)確性。

2、調(diào)節(jié)閥通流和損失特性計算方式及結(jié)果分析

  我國目前電廠中所使用GX-1型調(diào)節(jié)閥,基本結(jié)構(gòu)由以下幾部分構(gòu)成:閥座、閥碟、閥腔、進(jìn)口和出口等,三維坐標(biāo)中,水平軸對應(yīng)進(jìn)口方向,垂直軸對應(yīng)出口的逆方向,通過右手定則對Z軸方向進(jìn)行確定。調(diào)節(jié)閥一般在高壓高溫蒸汽條件下進(jìn)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(jìn)行計算。因為調(diào)節(jié)閥腔結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性特征,本文使用分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò),由于閥門結(jié)構(gòu)具有對稱性,在計算的過程中計算一半即可得出準(zhǔn)確結(jié)論。

  在保證通流性的前提下,不斷降低在閥門內(nèi)部氣流的流動損失,使機(jī)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(diào)節(jié)閥的出口壓力水平越高,在我國目前施工中使用的調(diào)節(jié)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(jī)組在額定工況中的正常運(yùn)行,應(yīng)該保證相對升程在百分之四十以上。調(diào)節(jié)閥內(nèi)部通道形狀十分復(fù)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(huán)形通道喉部位置是調(diào)節(jié)閥流場面積最小的部分,但是伴隨升程的增加,環(huán)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(diào)節(jié)閥流道結(jié)構(gòu)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(diǎn),在進(jìn)入調(diào)節(jié)閥腔中較大空間的時候,氣流的流動參數(shù)變化很小,例如靜壓的變化等,但是在氣流進(jìn)入環(huán)形通道后,在很短的行程中,蒸汽會產(chǎn)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(kuò)壓段流入,靜壓水平會不斷提高直到出口位置。環(huán)形通道進(jìn)口到閥座喉部的區(qū)域,是流場中具有最大流動損失的地區(qū),閥腔和閥座擴(kuò)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(shù)很大,尤其在p1和p0的比值小于0.8的時候,此區(qū)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(huán)形通道尾端會形成激波,能量損失十分巨大。

3、調(diào)節(jié)閥通流和損失特性改善措施

  應(yīng)該提高調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥全開的時候,將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(shù)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(qū)會對通流面積產(chǎn)生影響,使有效通流面積不斷下降,影響實(shí)際通流水平。閥門流場內(nèi)部接近閥碟的部門是氣動損失最大的地區(qū),占整個損失的67%左右,小升程的時候,達(dá)到了82%以上,在小升程的時候,如果進(jìn)出口的壓比小于0.8,在環(huán)形通道的尾部會產(chǎn)生激波,帶來十分嚴(yán)重的總壓損失。

4、結(jié)語

  總之,本文針對我國某企業(yè)的設(shè)計數(shù)據(jù),對調(diào)價發(fā)的三維流場性能進(jìn)行數(shù)值模擬,對流動損失的分布規(guī)律進(jìn)行研究,闡述對通流水平產(chǎn)生影響的因素,在局部和整體等多個方面對調(diào)節(jié)閥的損失特征進(jìn)行研究,具有較高的準(zhǔn)確性。