最小流量調(diào)節(jié)閥液體動力噪聲理論預測分析

最小流量調(diào)節(jié)閥液體動力噪聲理論預測分析分析了150Tz668Y-450W型最小流量調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生液體動力噪聲的原因，介紹了調(diào)節(jié)閥的構(gòu)造特點，論述了應用CFD數(shù)值模擬方法預測和計算噪聲的流程和分析結(jié)果，提供了最小流量調(diào)節(jié)閥構(gòu)造改良和性能提升的理論依據(jù)。1、概述

超(超)臨界火電機組的最小流量調(diào)節(jié)閥在高壓差時閥體振動劇烈，噪聲嚴重，閥內(nèi)部流速高，空化和氣蝕對閥內(nèi)件沖刷嚴重，并伴隨嚴重的空化噪聲。調(diào)節(jié)閥的工作介質(zhì)為液體，其噪聲包括機械振動噪聲和液體動力噪聲。機械振動噪聲主要來自閥芯和閥桿等零件的振動，這些噪聲聲音較小，除非有故障發(fā)生。液體動力噪聲主要是流體流過閥門節(jié)流區(qū)產(chǎn)生高壓降，使介質(zhì)位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，速度變大，產(chǎn)生湍流和渦流，從而引起閥門噪聲。液體動力噪聲通常分為紊流噪聲和空化噪聲。高壓差下調(diào)節(jié)閥液體動力噪聲往往會超過相關(guān)標準的限制值，需對調(diào)節(jié)閥內(nèi)部構(gòu)造開展改良，使其噪聲值限制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。但改良后的調(diào)節(jié)閥噪聲需經(jīng)過實驗測試，其測試設備價格高，程序繁雜，并要做出樣機后才能開展實驗，延長了產(chǎn)品研發(fā)周期。本文采用CFD數(shù)值模擬方法對調(diào)節(jié)閥所產(chǎn)生的液體噪聲開展理論預測，并對相關(guān)構(gòu)造最小流量調(diào)節(jié)閥噪聲產(chǎn)生機理開展了研究。2、構(gòu)造特點

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，該閥專門應用于超(超)臨界火電機組鍋爐管路系統(tǒng)或過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)采用的迷宮式多級降壓節(jié)流組件是由多個迷宮式盤片采用特殊工藝制成的一體化構(gòu)造。流體在迷宮流道中曲折流動，可以實現(xiàn)多級逐步穩(wěn)定降壓、限制流速上升過快，從而減輕流體對閥內(nèi)件的沖刷，真空技術(shù)網(wǎng)(http:///)認為可以有效地防止閃蒸及汽蝕危害，延長使用壽命。

圖1最小流量調(diào)節(jié)閥3、預測流程

最小流量迷宮式調(diào)節(jié)閥液體動力噪聲預測的具體計算流程如圖2所示。首先利用CFD軟件對其開展流場數(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進、出口壓力大小，再根據(jù)IEC60534-8-4-20**中多級多流路閥內(nèi)件調(diào)節(jié)閥的噪聲預測公式開展噪聲的理論計算。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條流道呈中心對稱排列，故可只取單個迷宮流道利用CFD軟件開展內(nèi)部數(shù)值模擬，得到壓力場分布，進而開展噪聲預測理論計算。

圖2液動動力噪聲理論預測流程4、迷宮盤片流場分析

4.1、建立流道模型及網(wǎng)格劃分

利用SolidWorks三維實體建模軟件，對迷宮盤片建立了流道模型。應用ICEM-CFD軟件對流道模型開展網(wǎng)格劃分。由于迷宮盤片內(nèi)流動狀態(tài)十分復雜，采用四面體/混合網(wǎng)格的方式開展劃分。為了計算結(jié)果更加準確，對迷宮盤片中的拐彎流道分別開展了加密處理(圖3)，網(wǎng)格總數(shù)約5萬。

圖3迷宮盤片單流道網(wǎng)格

4.2、數(shù)值模擬計算及結(jié)果分析

選取實際運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，邊界條件設置為壓力進口和壓力出口，進口壓力為41.3MPa，出口壓力為1.3MPa。在穩(wěn)態(tài)不可壓縮條件下，對流道模型中的流動在Fluent中開展數(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)出逐級下降的趨勢，壓力下降速率均勻。閥內(nèi)迷宮盤片中壓力逐級穩(wěn)定下降，較好的到達了分段逐級降壓的預期效果。

圖4迷宮盤片單流道壓力分布云圖(Pa)5、結(jié)語

應用CFD數(shù)值模擬方法及IEC噪聲標準對150Tz668Y-450W型最小流量調(diào)節(jié)閥液體動力