本页关键词：进口气动调节阀, 进口电动调节阀,, 进口调节阀

超临界火电站机组最小流量调节阀通常使用工况介质压力为35MPa以上，温度为200℃，阀前后压差一般为15MPa左右，甚至更高。当高压差介质通过阀门时，在节流处将产生复杂的涡流与扰动，由此可能产生汽蚀、冲刷、机械振动和噪声等。为保证阀门在高压、高温及高流速下的使用寿命和可靠性，除了一方面阀门节流副采用高强度和耐磨性能好的材料外，另一方面还需合理设计节流副结构，提高节流副的阻力系数，增加阻力系数的可调幅度，降低流速，逐级降压，改善阀门的流量调节性能。

迷宫式最小流量调节阀通过控制流道面积和节流级数而控制介质流速，能有效地消除汽蚀、噪声、腐蚀及振动等问题。但由于其迷宫流道结构复杂，流通面积很小，测试要求远高于一般试验室所能提供的现场试验条件。

本文从数值模拟的角度出发，应用CFD方法，对设计的迷宫式调节阀内部流体流动特性进行模拟，得到阀内流场流动特性的可视化结果。通过研究介质在节流副中的流动及流场中压力、速度分布及其流量特性，为进一步的结构优化、深入分析奠定基础，使最小流量调节阀能更好地适应严苛工况要求，为实际生产制造提供理论依据。

2 迷宫式节流副结构

设计的迷宫式节流副如图1所示。阀笼由多片迷宫盘叠合而成。单片迷宫盘的上下面各分布6条由串联型流道与并联型流道组合而成的迷宫流道，如图2所示。迷宫节流副结构特点：迷宫流道入口设计为串联结构，经一定的转弯级数后变为并联结构。串联型流道的阻力较大，介质在较短的流道和较短的时间内压力迅速降低，然后再经过并联型流道，一方面使流体压力继续均匀降低，使降压速度减慢；另一方面，通过流量的均分，使流体的出口速度降低，这样就可以在保证节流降压的前提下，使流经迷宫盘上每个流道的流体，在出口处的相互干扰减小，以避免因扰动太大而导致阀体的剧烈振动。

图1 节流副结构

图2 单片迷宫盘结构

3 调节阀流道模型

利用实体建模软件建立DN200迷宫式调节阀的流道模型。阀笼（多片单迷宫盘）的流道结构较复杂，建模时忽略阀芯底部以上的阀笼流道，可得到10%～100%的开启状态模型。50%开启时的流道模型如图3和4所示。入口段管道与出口段管道部分均进行了延长。

图3 行程50%的流道模型（迷宫式节流副部分）

图4 行程50%时的流道模型

4 调节特性的分析

迷宫式调节阀的流量特性设计为线性，建立阀门模型，通过对节流副串联及并联型流道的流动进行数值模拟，得到其节流特性如图5和图6所示。

图5 串联型流道压降与入口速度的关系

图6 并联型流道压降与入口速度的关系

由图5和6可知，串联型流道较并联型流道阻力大，两者均具有均匀降低压力的功能。随着流量逐渐增大，压降均匀增加，符合迷宫式调节阀的逐级降压要求。逐级均匀降压能减少流体在阀门流道中局部空化和汽蚀，从而保证阀门安全运行。

建立10%行程的迷宫式调节阀流道模型。在AnsysWorkbench中对模型进行网格划分，边界条件设为速度入口与压力出口，湍流模型选择k－ε标准模型，设定其他参数及求解控制，初始化后分析求解。在CFD－Post中观察介质在流道中的流动情况，并获取所需的压降模拟值，通过相关公式计算流量系数。

分别进行20%、30%、…、100%行程时的流道模拟，得到各流量系数，最后计算得到调节阀的流量特性，即介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系。

以50%行程时的流道模拟为例分析说明如下：

对实体模型进行网格划分，节点数为565624，单元数为2184709，如图7所示。

图7 行程50%的流道有限元模型

设入口速度υ_in=0.15m/s，出口压力为0，选择k－ε标准湍流模型。迭代260次得到收敛解。在CFD－Post中观察到的流动情况如图8～11所示。

由图8～11可知，介质在经过节流副结构前后，速度稳定上升，压力逐级降低。从水平剖面看，在经过迷宫盘时，速度和压力的变化发生在每一个迷宫流道，串联和并联流道共同作用，将速度和压降的变化始终控制在合理范围内，避免汽蚀的形成。

图8 全流域上的速度矢量

图9 某水平剖面速度云图

图10 垂直剖面速度矢量

图11 垂直剖面压力云图

利用模拟软件的“探针”功能，可得阀前后管道压差ΔP=85.45kPa。另入口速度υ=0.15m/s。

流量系数计算公式为：

K_υ=3600Q［ρ/（10ΔP）］^1/2    （1）

式中   Q———体积流量，m³/s

ρ———流体密度，kg/m³

ΔP———阀门的压力损失，MPa

代入各数值得出：

K_υ=18.34

对10%、20%、30%、…、100%行程时的流道分别进行模拟，得到各流量系数，如表1所示。

表1 调节阀流量系数模拟值

得到相对流量系数Kv/Kvmax，从而可绘制该迷宫式调节阀的流量特性如图12所示。

图12 调节阀流量特性

由图12可知，该迷宫式调节阀流量特性为线性特性，符合预期目标。

5 结论

（1）对串联型和并联型流道分别进行了模拟，研究各自降压节流特性，并通过它们的组合，实现理想的逐级降压功能；

（2）建立了迷宫式调节阀在10%、20%、…、100%行程时的流道有限元模型，分别对模型进行了模拟数值计算，获取流场压力和速度分布，研究在各行程时，压力和速度的变化规律；

（3）根据压力、速度的模拟值，计算了各行程时的流量系数，从而得到该迷宫式调节阀的流量特性为线性特性，符合预期目标；

（4）通过研究介质在节流副中的流动及流场中压力、速度分布，为下一步的工作打下了良好的基础。