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1、第43卷第5期化工机械585蒸汽蓄热器配套调节阀的选型与验证胡佰龙+苏镜元魏强王永亮田春雨(中国航天空气动力技术研究院)摘要根据蒸汽喷射试验系统的工作原理,从流量系数判定、闽型选择和阀体材料选择3方面研究了调节阀的选型方案,并从流量和噪声两方面对调节闲进行了验证,结果表明:基于所提方案选择的蒸汽蓄热器配套调节阀能够满足蒸汽喷射试验系统的工作要求。关键词蒸汽蓄热器蒸汽喷射试验系统调节阀选型验证中圈分类号TQ051.5文献标识码A文章编号0254..6094(2016)05-0585-04蒸汽喷射试验系统由蒸汽发生器、蒸汽蓄热器、控制阀和
2、管道组成,在航空航天领域产品试验中占据着举足轻重的地位。蒸汽喷射试验系统需要稳定大流量饱和蒸汽,然而蒸汽发生器产生的蒸汽是脉动的,而且流量并不足以完成喷射试验¨“1。因此,需要在试验工位与蒸汽发生器之间配置蒸汽蓄热器。蒸汽蓄热器是一种高效的节能设备,会储存一定量的饱和水,当蒸汽发生器产生的高温高压蒸汽通人蓄热器内的饱和水中,并与腔内水充分混合后,蓄热器腔内水的压力和温度逐渐升高,最终形成具有一定压力的饱和水与饱和蒸汽H“1。蒸汽蓄热器腔内压力和阀门后端温度由调节阀控制,饱和蒸汽温度、压力一一对应¨q一。调节阀虽然在闪蒸过程中具有重要作
3、用,但它会产生噪声、振动及冲刷等不利因素,对阀体和后端管道产生严重破坏。因此,选择一台与蒸汽蓄热器匹配的调节阀对于蒸汽喷射试验系统至关重要。笔者从流量系数判定、阀型选择和阀体材料选择3方面研究了蒸汽蓄热器配套调节阀的选型方案,并对该方案下选择的调节阀进行了验证,以保障蒸汽蓄热器的安全稳定运行。1系统描述蒸汽喷射试验系统原理如图1所示,试验产品压力0—12MPa,流量15t/h。t,Za气动截止阀Ip闻I}动截止阁It>'q止川阀l是I,c动硼渊图1蒸汽喷射试验系统原理·胡佰龙,男,1985年2月生,工程师。北京市,100074。586
4、化工机械2016拄根据蒸汽喷射试验系统的要求,选定的满足工艺需求的调节阀技术参数为:流量15t/h介质饱和蒸汽阀前压力12MPa阀后压力0—12MPa后端压力根据不同型号产品的要求,通过调节阀实现降压稳流。2调节阀选型2.1流量系数判定饱和蒸汽的绝热指数y=1.135,则饱和蒸汽临界压力比p。为:卢。=(南)寿=。.58(1)阀前压力P。=12MPa,根据临界压力比卢。得到阀后压力P:在(0~0.58p,)一(0.58p。一P,)范围内,则流量系数C。为"一3:Ccv“·167×西蟊(2)C1cv-1·167×嚣×丽蒜(3’式中G。—
5、—质量流量,kg/h;△p——阀前阀后压差,MPa。依据式(2)、(3)得到阀后压力P:与流量系数C。的关系曲线如图2所示。流量系数以临界压力比0.58为分割点,当阀后压力P:≤0.58p。时,阀门流量系数c。与流量和阀前压力有关(式(2));当阀后压力P:>0.58p.时,阀门流量系数C。与流量、阀前压力和阀后压力有关(式(3))。一般情况下阀前压力和流量是确定的,阀门流量系数随着P:的减小(P。一0.58p。)而逐渐增加,直到,),=0.58p,,阀门流景系数不变.形成阻塞流。图2阀后压力P:与流量系数C,的关系曲线2.2阀型选择
6、由于蒸汽喷射试验系统需要快速调节,因此选择调节反馈时间短的气动驱动式调节阀作为系统调节阀,其参数如下:介质饱和蒸汽温度325℃压力前端12MPa,后端0~10MPa接管规格DN65mm连接形式法兰材料主体高温合金,阀芯硬化合金驱动型式气动控制气压力0.8MPa规格型号501G50AX40A流量系数C。25根据试验需求,笔者最终选用直通单座型等百分比式调节阀作为蒸汽喷射试验系统调压核心控制元件。直通单座型调节阀蒸汽出口流动方向与人口流动方向一致,流阻较小,在相同通径规格时具有较大的C。值。等百分比式调节阀能够更好地保证对试验系统压力的控
7、制,便于试验操作,最佳开度范围为30%一90%,其流量特性曲线如图3所示。图3等百分比式调节阀的流量特性曲线2.3阀体材料选择12MPa下饱和蒸汽温度为325。C,为此选择调节阀阀体材料为高温合金,根据其温压曲线,阀门出入口压力选择磅级为Class15001b。阀体材料越硬,抗冲蚀能力越强。然而并不存在长时间抵抗严重蒸汽冲刷而不受损伤的材料。为此,考虑到阀芯、阀座更换的问题,从抗高压蒸汽冲蚀的角度出发,选用硬化工具钢和钴钨第43卷第5期化工机械587合金钢作为制造阀芯、阀座的材料,特殊表面进行硬化处理哺’7’91。按不同的使用条件,硬
8、化表面可局限于阀芯与阀座的密封线处,也可以在整个表面进行硬化处理。3调节阀验证3.1流量验证调节阀选型后,需要对调节阀流量与试验系统的流量要求进行验证。调节阀阀前压力P。=12MPa,若p:/p。≥0.58,则阀门额定质
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