摘 要：分析了调节阀在复杂工况下调节性能差的原因，阐述了碟片小孔复合式节流套的设计思路和方案，给出了百万超超临界机组再热器喷水调节阀碟片小孔复合式节流套的设计过程和计算方法。

关键字：调节阀 迷宫式碟片 流量系数 流速 单个碟片流通系数

1 概述

在火力发电机组上，常用调节阀调节设备所需的压差和流量，从而保证系统安全运行。随着火电机组向着高参数高效能的发展，对调节阀性能的要求越来越高，仅用一只调节阀满足机组各个工况下的运行难度很大。如锅炉刚刚启动时，虽然所需给水流量较小，但是压差较大，为防止闪蒸和汽蚀现象的发生，需采用多级节流套结构的给水旁路调节阀。当锅炉给水流量达到70%左右时，所需给水流量大大增加而压差却大幅度减小，需切换到单级节流套结构的主给水调节阀。为保证调节阀在各工况下都具备良好的调节性能，即在高压差下不会发生闪蒸和汽蚀，在大流量时又能有足够的通流面积，节流套的设计非常重要。本文以1050MW超超临界机组再热器喷水调节阀为例，介绍一种下部采用迷宫式碟片，上部采用单级小孔或窗口型结构的碟片小孔复合式节流套。

2 设计

超超临界再热器减温水调节阀在锅炉机组的不同工况下，流量和压差截然不同（表1）。在流量很小（BMCR最小）工况下，压差却很大。在流量很大（BMCR最大）工况下，压差却较小。碟片小孔复合式节流套利用下部迷宫的层层弯道，实现多级节流，避免阀门达到极限压差，防止闪蒸和汽蚀的发生，利用上部单级小孔或窗口形结构，保证足够的通流面积，从而满足大流量的需求。

2.1 迷宫式碟片减压级数

迷宫式碟片的出口流速V为

    （1）

式中  V———出口流速，m/s

g———重力加速度（g=9.81），m/s²

ΔP———压差，MPa

υ———比容，m³/kg

n———碟片减压级数

表1 1050MW超超临界机组再热器喷水调节阀的两个极限工况参数

依据BMCR_最小工况参数，P₁=13.69MPa，温度T=194℃，比容v=0.001138m³/kg，已知ΔP=7.8MPa，假定减压级数n为10级，由式（1）可求得，V=42.147m/s。

虽然，通过设定的级数求得的碟片出口流速稍高，但是考虑到阀门口径已定，中腔内径不能过大，所以，通过碟片材料解决流速较高问题。

2.2 迷宫式碟片K_V值

迷宫式碟片的流量系数K_V值为

    （2）

式中  Q———流量，t/h

依据调节阀BMCR_最小工况下参数，可求得所需流量系数K_V=0.4485。

2.3 碟片

碟片流量系数K_V1值为

K_V1=M×N×H×W×K    （3）

式中  M———碟片片数

N———碟片弯道组数

H———碟片弯道深度，mm

W———碟片第二个弯道宽度（一般入口多一个冗余入口，总宽度会大于第二道口宽度，所以最小宽度为第二道口），mm

K———单个碟片流通系数，一般由试验取得

调节阀受中腔内径和结构等的影响，实际K_V值会小于理论计算所求得的K_V值，因此，在计算KV1时，都根据试验和经验数据使其数值大于K_V值。依据理论计算值K_V=0.4485设计碟片（图1）。取碟片片数M=3，碟片弯道组数N=3，碟片弯道深度H=3mm，碟片第二道口弯道宽度W=1.5mm，依据碟片出口流速V=42.147m/s和压差ΔP=7.8MPa，查得K=0.01386（试验数据），因此，K_V1=0.56133。当流量特性设计成直线特性时，一般取1.25K_V1。当流量特性设计成等百分比特性时，则取1.67K_V1。

图1 碟片

2.4 小孔KV2值

当BMCR_最大工况时，节流套下部碟片流量已远远不能满足工况所需要的流量，此时，需要继续开大阀门行程，由节流套上部的单级小孔解决（图2）。小孔需要流过的流量Q2等于总流量Q，即此工况下碟片所能通过的流量Q1。

图2 碟片小孔复合式节流套筒

在BMCR_最大工况下，P1=11.9MPa，T=194℃，比容v=0.00139m³/kg，已知ΔP=4.21MPa，依据式（1），可求得碟片出口流速，V=30.978m/s。依据碟片出口流速V和压差ΔP，查表求得单个碟片流量系数K=0.01029。根据式（3），碟片流量系数K_V1=0.4167。依据KV1和v，以及ΔP，则BMCR_最大工况时，碟片所能通过的流量Q1为

    （4）

由式（4），可求得Q1=2.559t/h，则节流套小孔所需流过流量Q2为

Q2=74.92－2.559=72.361    （5）

依据压差ΔP和v，可求得节流套小孔流量系数KV2为

    （6）

由式（6），可求得KV2=11.785。当流量特性设计成直线特性时，一般取1.25KV1。当流量特性设计成等百分比特性，则取1.67KV1。

3 结语

碟片小孔复合式节流套很好地解决了调节阀在复杂工况下调节性能差的问题，实现了一只调节阀可以同时兼顾大流量小压差和小流量大压差的两种极限调节工况，使调节性能得到很大提升，既简化了锅炉系统又节约了锅炉制造成本。