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给水泵最小流量阀选型探讨 |
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作者：广东省电力设计研究院 黄尚平 |
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摘要：对湛江电厂1号机组电动给水泵FCU最小流量阀寿命短、漏流量大的原因进行了剖析，指出其设计上有严重的缺陷。同时介绍了一种国外生产的DRAG再循环阀，该阀设计上有特色，可弥补FCU最小流量阀的不足。
关键词：给水泵 最小流量阀 再循环系统 设计 选型
湛江电厂一期1号机组是国产300MW汽轮发电机组，其电动给水泵型号为沈阳水泵厂50CHTA/6型。
就电动给水泵而论，正常运行时，给水泵流量不允许低于160 m3/h。为了保证给水泵在给水流量小于160 m3/h时也能安全运行，设置了一套再循环系统，由最小流量阀控制。最小流量阀设计选型为FCU80-180/260型电动节流控制阀，由国内某公司研制。该锅炉给水泵最小流量阀的主要作用是：当给水泵流量小于一定值时，保证给水泵再循环及时打开，防止给水泵内部由于局部过热汽化产生汽蚀。投运以来，最小流量阀存在寿命短、漏流量大的问题。
1 最小流量阀寿命短、漏流量大的原因
湛江电厂1号机组的这套最小流量控制装置由5部分组成，主要包括堵转力矩电机、齿轮减速箱、杠杆弹簧传动机构、节流控制阀和控制系统。该装置存在的主要问题是：最小流量阀及阀内件(图1)使用寿命太短，运行中漏流量太大。该阀在运行中，长期处于漏流状态，阀芯与阀座腐蚀很快，阀体经常外漏。把损坏的最小流量阀进行解体，发现阀体受到严重冲刷腐蚀，节流件在阀体内的密封面和定位面被冲坏，给水在节流件外短路，使节流件失去节流作用。
图1 FCU阀体内部结构
分析认为，造成最小流量阀寿命短、漏流量大的主要原因是：
a)最小流量阀的阀内节流组件由两部分组成，即三节合一的节流阀座和节流孔轴，两部分间由柔性石墨盘根连接和密封。由于当阀座上部密封面发生汽蚀损坏后，随着腐蚀加重，阀座将失去定位，阀座在阀内松动，造成连接密封盘根松动和泄漏，柔性石墨盘根在高压水的作用下，很快被给水冲掉，阀座等节流件失去固定，给水在节流件外短路，造成最小流量阀大量泄漏无法控制。同时阀体受到短路高压水的冲刷，阀体内表面被冲坏，由于阀体腔深尺寸小，无法焊补修复，随着时间的推移，阀体减薄，造成外漏流量大。
b)最小流量阀的工作介质为高压给水，阀体工作在大压差的节流环境下，工作条件恶劣，易汽蚀冲刷，对阀门部件的结构设计和材料要求较高。在设计上要同时兼顾处理极高压降、闪蒸，防止汽蚀，降低冲刷和嘈音等问题比较困难。
c)由于该阀是下进上出结构，阀芯和阀座的密封面位于节流的末端，处于最易产生汽蚀的部位，工作条件最差。该阀的阀座与阀芯采用刚性密封，由于阀芯靠盘根导向，自动对中能力较差。当阀杆受力不均发生轻微偏移，密封面局部研磨不好或阀座安装不同心，造成阀门在关闭状态下，密封面局部发生微漏。开始时因泄漏量较小，节流孔通流面积相对泄漏间隙大得多，节流孔基本无节流作用，整个节流压差几乎全部作用在密封面上，使得此处流体的流速很大。从流体力学中的伯努利方程得知，流体在节流的缩径处静压达到最低。当静压低于给水温度的饱和压力时，给水汽化，产生汽蚀，密封面受到破坏。因此，这种结构设计，不仅使阀座(密封面)受到高压水的冲刷，而且还受到汽蚀的破坏，使泄漏越来越大，阀座很快损坏。
综上所述，FCU最小流量阀在设计上有严重缺陷，而造成设置锅炉给水泵最小流量系统的设计意图很难实现。
2 DRAG再循环阀
国外有一种新型的再循环阀，由CCI制造，称为“DRAG锅炉给水泵再循环阀”。笔者在此作一介绍。
2.1 控制介质流速的设计
2.1.1 迷宫盘片层叠式设计
该阀为迷宫盘片层叠式阀门，具有特殊、复杂结构的盘片，阀体结构见图2。它利用多个盘片上的少通道、多级90度拐弯进行续步降压，每一个盘片通道都固定在阀芯内，无论阀门开度多少，高压给水通过每个通道都是限制在30 m/s以下。
图2 DRAG型角型阀体
2.1.2 阀塞与阀芯间隙的流量速度控制
a)迷宫盘片交替式层叠，下层盘片出口给水把上层向下流动介质速度相互降低，见图3。
b)每一盘片内圆周出口处都有堰，使四周压力平均，下层盘片出口给水不会把介质直接冲击在阀座上，如图3、图4。
c)为了避免在低流量(低阀门开度)时产生线切割现象，损坏阀座及阀塞，执行器装备一套快关控制装置，当开度低于10%时马上把阀门迅速关紧。
图3 层叠布置盘片
图4 迷宫式盘片
2.2 加压阀座设计
a)在关阀时，阀塞上的压力平衡通道给堵塞，而阀盖有小通道让阀前压力贯通阀塞上腔，大大增加金属阀塞在阀座上的力量，再加上原来的执行器力量，便把阀门关得很严密。
b)当阀杆往上升，打开阀塞上的平衡通道，它便变成平衡式，根据信号要求调节阀门开度。
c)阀座及阀塞接合面之间有3°表面角度差，关闭时，二者为线接触，把阀门关得更加严密，见图5。
图5 阀塞与阀座在关闭时为线接触
3 结束语
通过分析比较，笔者认为在锅炉给水泵最小流量阀的选型上，如选用迷宫盘片层叠式阀门，能克服FCU型最小流量阀的不足，真正很好地实现锅炉给水泵最小流量系统的设计意图。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(11/17/2004) |
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