进口最小流量调节阀结构特点

150Tz668Y－450W型最小流量调节阀（图1）主要由阀体、阀座、节流盘、迷宫式阀芯、阀盖和阀杆等部件组成，该阀专门应用于超（超）临界火电机组锅炉管路系统或过热器减温水等流量调节装置中的高压降工况，工作介质多为高温水。阀内采用的迷宫式多级降压节流组件是由多个迷宫式盘片采用特殊工艺制成的一体化结构。流体在迷宫流道中曲折流动，可以实现多级逐步稳定降压、限制流速上升过快，从而减轻流体对阀内件的冲刷，有效地防止闪蒸及汽蚀危害，延长使用寿命。

1．阀盖2．阀杆3．迷宫阀芯4．节流盘5．阀座6．阀体

图1 最小流量调节阀

3 预测流程

最小流量迷宫式调节阀液体动力噪声预测的具体计算流程如图2所示。首先利用CFD软件对其进行流场数值模拟，获得迷宫流道内部压力分布云图，得到迷宫盘片每一级进、出口压力大小，再根据IEC60534－8－4－2010中多级多流路阀内件调节阀的噪声预测公式进行噪声的理论计算。由于迷宫式调节阀内件是由同一类型的迷宫盘片堆砌而成，且迷宫盘片8条流道呈中心对称排列，故可只取单个迷宫流道利用CFD软件进行内部数值模拟，得到压力场分布，进而进行噪声预测理论计算。

图2 液动动力噪声理论预测流程

4 迷宫盘片流场分析

4.1 建立流道模型及网格划分

利用SolidWorks三维实体建模软件，对迷宫盘片建立了流道模型。应用ICEM－CFD软件对流道模型进行网格划分。由于迷宫盘片内流动状态十分复杂，采用四面体/混合网格的方式进行划分。为了计算结果更加精确，对迷宫盘片中的拐弯流道分别进行了加密处理（图3），网格总数约5万。

图3 迷宫盘片单流道网格

4.2 数值模拟计算及结果分析

选取实际运行工况中最为苛刻的状态。介质为高温水，其入口温度为138～187℃，介质平均密度为903.9kg/m³，边界条件设置为压力进口和压力出口，进口压力为41.3MPa，出口压力为1.3MPa。在稳态不可压缩条件下，对流道模型中的流动在Flu-ent中进行数值模拟求解，迷宫盘片单流道内的压力分布情况如图4。由图中可以看出迷宫流道中流体由外侧流至内侧，压力呈现出逐级下降的趋势，压力下降速率均匀。阀内迷宫盘片中压力逐级稳定下降，较好的达到了分段逐级降压的预期效果。

图4 迷宫盘片单流道压力分布云图（Pa）

5 噪声理论预测

以第一级迷宫盘片单流道计算为例。已知进口压力为41.3MPa，出口压力为40.0MPa。饱和蒸汽压Pv=476200Pa，压力恢复系数F_L=0.85，质量流量为151.99kg/s，管道壁厚t_p=4.35mm，迷宫盘片第一级噪声理论计算压差比x_F、修正压降比x_FzpI、射流速度U_vc、内部声压级L_pi、总传递损失TL_turb和1m处噪声值_{LpAe，lm，i}为

    （1）

    （2）

    （3）

    （4）

    （5）

    （6）

通过计算可得迷宫盘片第一级辐射总声压级为59.17dB。其他各级采用同样的计算方法，该迷宫盘片共计55级。最后对不同级数总声压进行叠加计算，结果为

    （7）

通过叠加计算得出最小流量调节阀在阀体下游1m处辐射噪声的总声压级大小为71.65dB（A），满足标准对工业企业噪声控制90dB（A）的要求，故此工况下可以采用多级降压迷宫盘片最小流量调节阀。

从噪声预测计算公式中可得出各种参数对液体动力噪声的影响，其中压差和速度的影响最大。速度越高，噪声越大。压差越大，噪声越大。当然，流量系数、直径、壁厚和温度等因素也会产生影响。

6 结语

应用CFD数值模拟方法及IEC噪声标准对150Tz668Y－450W型最小流量调节阀液体动力噪声进行理论计算和预测，表明多级降压迷宫盘片的结构设计合理。一方面为迷宫式调节阀结构改进和性能提升提供了理论依据，另一方面为迷宫式调节阀噪声预测提供了一种新的方法。