分析了150Tz668Y- 450W 型最小流量調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生液體動(dòng)力噪聲的原因，介紹了調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，論述了應(yīng)用CFD 數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)和計(jì)算噪聲的流程和分析結(jié)果，提供了最小流量調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)和性能提升的理論依據(jù)。

1、概述

　　超(超) 臨界火電機(jī)組的最小流量調(diào)節(jié)閥在高壓差時(shí)閥體振動(dòng)劇烈，噪聲嚴(yán)重，閥內(nèi)部流速高，空化和氣蝕對(duì)閥內(nèi)件沖刷嚴(yán)重，并伴隨嚴(yán)重的空化噪聲。調(diào)節(jié)閥的工作介質(zhì)為液體，其噪聲包括機(jī)械振動(dòng)噪聲和液體動(dòng)力噪聲。機(jī)械振動(dòng)噪聲主要來(lái)自閥芯和閥桿等零件的振動(dòng)，這些噪聲聲音較小，除非有故障發(fā)生。液體動(dòng)力噪聲主要是流體流過(guò)閥門節(jié)流區(qū)產(chǎn)生高壓降，使介質(zhì)位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，速度變大，產(chǎn)生湍流和渦流，從而引起閥門噪聲。液體動(dòng)力噪聲通常分為紊流噪聲和空化噪聲。高壓差下調(diào)節(jié)閥液體動(dòng)力噪聲往往會(huì)超過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限制值，需對(duì)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其噪聲值限制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。但改進(jìn)后的調(diào)節(jié)閥噪聲需經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，其測(cè)試設(shè)備價(jià)格高，程序繁雜，并要做出樣機(jī)后才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，延長(zhǎng)了產(chǎn)品研發(fā)周期。本文采用CFD 數(shù)值模擬方法對(duì)調(diào)節(jié)閥所產(chǎn)生的液體噪聲進(jìn)行理論預(yù)測(cè)，并對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)最小流量調(diào)節(jié)閥噪聲產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了研究。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　150Tz668Y-450W 型最小流量調(diào)節(jié)閥(圖1)主要由閥體、閥座、節(jié)流盤、迷宮式閥芯、閥蓋和閥桿等部件組成，該閥專門應(yīng)用于超( 超) 臨界火電機(jī)組鍋爐管路系統(tǒng)或過(guò)熱器減溫水等流量調(diào)節(jié)裝置中的高壓降工況，工作介質(zhì)多為高溫水。閥內(nèi)采用的迷宮式多級(jí)降壓節(jié)流組件是由多個(gè)迷宮式盤片采用特殊工藝制成的一體化結(jié)構(gòu)。流體在迷宮流道中曲折流動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)逐步穩(wěn)定降壓、限制流速上升過(guò)快，從而減輕流體對(duì)閥內(nèi)件的沖刷，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為可以有效地防止閃蒸及汽蝕危害，延長(zhǎng)使用壽命。

圖1 最小流量調(diào)節(jié)閥

3、預(yù)測(cè)流程

　　最小流量迷宮式調(diào)節(jié)閥液體動(dòng)力噪聲預(yù)測(cè)的具體計(jì)算流程如圖2 所示。首先利用CFD 軟件對(duì)其進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬，獲得迷宮流道內(nèi)部壓力分布云圖，得到迷宮盤片每一級(jí)進(jìn)、出口壓力大小，再根據(jù)IEC 60534-8-4-2010 中多級(jí)多流路閥內(nèi)件調(diào)節(jié)閥的噪聲預(yù)測(cè)公式進(jìn)行噪聲的理論計(jì)算。由于迷宮式調(diào)節(jié)閥內(nèi)件是由同一類型的迷宮盤片堆砌而成，且迷宮盤片8 條流道呈中心對(duì)稱排列，故可只取單個(gè)迷宮流道利用CFD 軟件進(jìn)行內(nèi)部數(shù)值模擬，得到壓力場(chǎng)分布，進(jìn)而進(jìn)行噪聲預(yù)測(cè)理論計(jì)算。

圖2 液動(dòng)動(dòng)力噪聲理論預(yù)測(cè)流程

4、迷宮盤片流場(chǎng)分析

　　4.1、建立流道模型及網(wǎng)格劃分

　　利用SolidWorks三維實(shí)體建模軟件，對(duì)迷宮盤片建立了流道模型。應(yīng)用ICEM -CFD 軟件對(duì)流道模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。由于迷宮盤片內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)十分復(fù)雜，采用四面體/混合網(wǎng)格的方式進(jìn)行劃分。為了計(jì)算結(jié)果更加精確，對(duì)迷宮盤片中的拐彎流道分別進(jìn)行了加密處理(圖3) ，網(wǎng)格總數(shù)約5 萬(wàn)。

圖3 迷宮盤片單流道網(wǎng)格

　　4.2、數(shù)值模擬計(jì)算及結(jié)果分析

　　選取實(shí)際運(yùn)行工況中最為苛刻的狀態(tài)。介質(zhì)為高溫水，其入口溫度為138 ～187℃，介質(zhì)平均密度為903.9kg /m³，邊界條件設(shè)置為壓力進(jìn)口和壓力出口，進(jìn)口壓力為41.3MPa，出口壓力為1.3MPa。在穩(wěn)態(tài)不可壓縮條件下，對(duì)流道模型中的流動(dòng)在Fluent中進(jìn)行數(shù)值模擬求解，迷宮盤片單流道內(nèi)的壓力分布情況如圖4。由圖中可以看出迷宮流道中流體由外側(cè)流至內(nèi)側(cè)，壓力呈現(xiàn)出逐級(jí)下降的趨勢(shì)，壓力下降速率均勻。閥內(nèi)迷宮盤片中壓力逐級(jí)穩(wěn)定下降，較好的達(dá)到了分段逐級(jí)降壓的預(yù)期效果。

圖4 迷宮盤片單流道壓力分布云圖(Pa)

5、結(jié)語(yǔ)

　　應(yīng)用CFD數(shù)值模擬方法及IEC 噪聲標(biāo)準(zhǔn)對(duì)150Tz668Y-450W 型最小流量調(diào)節(jié)閥液體動(dòng)力噪聲進(jìn)行理論計(jì)算和預(yù)測(cè)，表明多級(jí)降壓迷宮盤片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。一方面為迷宮式調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)和性能提升提供了理論依據(jù)，另一方面為迷宮式調(diào)節(jié)閥噪聲預(yù)測(cè)提供了一種新的方法。