600MW超临界机组给水泵最小流量阀的改进 (1).doc
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1、成人与继续教育学院 毕 业 设 计(论 文)课 题 600MW超临界机组给水泵最小流量阀的改进 专 业 机械设计基础及其自动化 学 历 层 次 本科 学 生 姓 名 张一博 学 生 学 号 142519711 指 导 教 师 徐锋 接 受 任 务 日 期:2017 年 1 月 7 日完成设计(论文)日期:2017 年 5 月 21 日学生姓名: 张一博 班级: 14机械S7 毕业设计(论文)任务书一、毕业设计(论文)的任务和具体要求:随着600MW超临界及1000MW超临界机组的不断投运,由于机组的参数更加高,必定对调节阀设备提出更高的要求。迷宫式调节阀由于其卓越的抗气蚀能力,稳定的节流减压效
2、果以及精确的调节线形精度,将会在大机组上有所作为。通过通过调节阀的介绍,简单的分析,提出了迷宫式调节阀,很好地解决调节阀气蚀、闪蒸、调节灵敏度不高的难点。 二、毕业设计(论文)说明书应包含的内容1.前言绪论2.给水泵最小流量阀的介绍3.给水泵最小流量阀的工作原理及结构特点4.国产给水泵最小流量阀与进口最小流量阀的差异5.对于产生汽蚀,闪蒸,震动,噪音的原因6.如何对于产生的不良影响进行改进7.给水泵最小流量阀的实际应用8.参考文献三、毕业设计结束应提交的内容:1.论文:8687字,21页,电子版一份2.图纸:5张3.光盘一张四、其他要求:无五、毕业设计(论文)的期限:自 2017 年 1 月
3、7 日至 2017 年 5 月 21 日 指导老师 (签字) 日 期 毕业设计(论文)说明书(一)毕业设计(论文)题目:600MW超临界机组给水泵最小流量阀的改进(二)毕业设计(论文)要解决的问题和使用的原始数据:随着600MW超临界及1000MW超临界机组的不断投运,由于机组的参数更加高,必定对调节阀设备提出更高的要求。迷宫式调节阀由于其卓越的抗气蚀能力,稳定的节流减压效果以及精确的调节线形精度,将会在大机组上有所作为。通过调节阀的介绍,简单的分析,提出了迷宫式调节阀,很好地解决调节阀气蚀、闪蒸、调节灵敏度不高的难点(三)毕业设计(论文)的内容:1.前言绪论2.给水泵最小流量阀的介绍3.给水
4、泵最小流量阀的工作原理及结构特点4.国产给水泵最小流量阀与进口最小流量阀的差异5.对于产生汽蚀,闪蒸,震动,噪音的原因6.如何对于产生的不良影响进行改进7.给水泵最小流量阀的实际应用8.参考文献一 前言摘要:随着600MW超临界及1000MW超超临界机组大规模建设,笼罩式及孔板式结构调节阀已经无法适应高压差、高流速的工况条件。而采用迷宫技术的调节阀给出了很好的解决方案。本文提出了迷宫式调节阀的工作原理、独特结构特点和理论依据,并通过与孔板式笼罩式调节阀的比较,展现其极高的调节性能关键词:调节阀 迷宫式芯包 气蚀 围堰 流量 节流减压Abstract: with the construction
5、 of 600MW supercritical and ultra supercritical 1000MW unit, the shrouded and orifice plate structure control valve has been unable to adapt to the conditions of high pressure and high flow rate. And the use of labyrinth technology control valve gives a good solution. In this paper, the working prin
6、ciple, the unique structural characteristics and the theoretical basis of the labyrinth regulating valve are presented) 1.背景概述我国的阀门发展也有几十年的历史,阀门的厂家也由小变大,在研制,开发,生产上不断进步,在上世纪八十年代只能生产600多个品种,2700多个规格。上世纪末以来,阀门行业有了较大的发展,已经能生产闸阀,截止阀,调节阀等12个大类。3000多个型号,40000多种规格主要市场集中在大型输油管道,核电以及核化市场,石油石化市场,电力市场以及煤化市场,随着中
7、国经济的高速发展,国内工业和民用的用电量大幅上升,加之政府号召节能减排降耗,以往的常规机组,如125MW、135MW和300MW已无法满足现状要求,600MW超临界机组和1000MW超超临界机组随之孕育而生。目前国内1000MW超超临界机组使用的给水泵再循环调节阀都是购买进口阀门,费用及维修费用相当高,所以研制开发国产的给水泵再循环调节阀来进行替换就成为了迫切的需求。给水泵最小流量调节阀位于电厂的高压给水系统内,是最关键的调节阀。由于其进口压力高和进出口压差高,使得阀门很容易发生汽蚀等现象,造成对阀门的阀芯阀座的吹损和破坏。而且给水流速非常高,很容易造成阀门的振动和噪音。随着我国经济的高速发展
8、,居民用电量的急剧攀升,我国各地的新建电厂如雨后春笋不断孕育而生。“低碳经济”的来临及全球的节能减排浪潮的席卷,能耗更低、发电效率更高的600MW超临界机组及1000MW超超临界机组将成为发展的必然趋势,300MW及以下机组将被取代甚至关停。虽然超临界及超超临界机组工作效率高、能耗少,但是由于其工作压力及温度要求更高,相应对设备要求也提出了更高的要求。调节阀作为电站常规设备,在电站内被大量使用,其作用就是调节系统内的流量、压力等的变化,其调节的灵敏度及调节线型的精确性对电厂系统内部的能耗也起着极其重要的作用,扮演着重要的角色。600MW超临界机组及1000MW超超临界机组的高参数及恶劣工况对调
9、节阀精确调节提出了挑战。同时也给如何防止气蚀、闪蒸、紊流等现象对调节阀的致命破坏,振动及噪音对安全的影响出了一道难题2. 绪论随着我国经济的高速发展,居民用电量的急剧攀升,我国各地的新建电厂如雨后春笋不断孕育而生。“低碳经济”的来临及全球的节能减排浪潮的席卷,能耗更低、发电效率更高的600MW超临界机组及1000MW超超临界机组将成为发展的必然趋势,300MW及以下机组将被取代甚至关停。虽然超临界及超超临界机组工作效率高、能耗少,但是由于其工作压力及温度要求更高,相应对设备要求也提出了更高的要求。调节阀作为电站常规设备,在电站内被大量使用,其作用就是调节系统内的流量、压力等的变化,其调节的灵敏
10、度及调节线型的精确性对电厂系统内部的能耗也起着极其重要的作用,扮演着重要的角色。600MW超临界机组及1000MW超超临界机组的高参数及恶劣工况对调节阀精确调节提出了挑战。同时也给如何防止气蚀、闪蒸、紊流等现象对调节阀的致命破坏,振动及噪音对安全的影响出了一道难题二给水泵最小流量阀的介绍1调节阀是一种能根据控制要求,借助执行器来调节阀芯升降,从而改变芯包流通尺寸,使流程管路中介质压力,流量发生变化或保持一定的装置。从流体力学的观点看,调节阀相当于一个局部局部阻力可变的节流原件,因此能适应不同条件和工况变化的需要 近年来的研究显示,电厂获得2-5%的潜在利润,都是由于改进调节阀的原因。因此,使用
11、性能卓越的调节阀可以使电厂系统运行有保证,更能起到节能降耗的作用,普通的阀门,介质进入阀门时其工况条件为:压力为P1,流速为v1,当介质流动到阀芯部分时,由于阀芯与阀座的节流作用,产生颈缩现象,因此速度会迅速增加至V2,而压力会迅速降低至P2,低于该介质的饱和蒸汽压力PV。在这种情况下,介质汽化,形成气泡。当介质流过阀芯和阀座形成的颈缩部后,由于通道的改变,工况条件也发生了改变,压力回升动能转换为势能,此时的压力回复为P3,速度回复为V3,当压力超过该介质的饱和蒸汽压力Pv时,刚才形成的气泡就会发生破裂,产生极强的局部压力。气泡破裂时产生的巨大能量能在瞬间对阀芯、阀座等节流元件产生严重的破坏,
12、形成所谓的汽蚀现象。这样势必造成阀门的损坏、冲蚀,产生泄漏,并会产生严重的噪音以及引起阀门内件的震动,从而影响整个系统的安全性和效率。由于汽蚀现象发生时,会产生很大的表面应力,因此单纯靠采用提高阀芯、阀座的表面硬度是无法从根本上解决汽蚀现象所造成的后果。从上可以发现,恶劣工况下阀门问题的产生主要来源于过高流速的介质流过阀芯。汽蚀、冲刷、高噪音及管道振动都是介质流速未能得到控制的典型现象。 笼罩式阀门在卧式安装情况下,由于笼罩具有导向作用,使阀芯、阀座、密封面定心稳定,密封效果不会因为安装的方式而改变。笼罩式阀门在高温、高压工况下工作时,液体按指向牌从进口流入,经过阀座在流过笼罩时,由于笼罩经过
13、特殊设计,具有一定的节流作用,能够保证阀芯、阀座不发生吹损、汽化等现象。笼罩式阀门阀门除阀体外的所有零件都可方便拆卸。阀盖的密封形式、内部组件的类型及密封的选择都符合高温高压应用场合及工况条件要求。阀盖及阀体之间的密封采用压缩密封垫圈得到。密封垫圈由多层不锈钢及石墨制成。膨胀石墨具有很好的密封性能。不锈钢支撑石墨并提供温度变化所需的弹力。阀体、阀盖采用整体锻造结构,保证阀门材质的致密性,消除了夹渣、缩孔等缺陷,粗加工后经过超声波探伤,精加工后进行耐压试验,从而使阀体、阀盖经久耐用。阀芯采用不锈钢材料锻造而成,密封面处堆焊司太立6号,硬度为HRC4245,在与盘更接触处进行镀铬处理,消除了盘更材
14、料对阀杆的腐蚀,延长了阀杆的寿命,并消除了此处泄漏的可能性。阀座同样采用不锈钢材料锻造而成,密封面处堆焊司太立12号,硬度为HRC4548。司太立合金具有红硬性的特点,在高温状态下(600度),其硬度能基本保持不变,保证密封的持久性。阀芯和阀杆在加工完成后,利用高精度外圆磨进行磨削,精度能达到0.005mm。同时阀芯和阀座采用不同的密封角度,使得密封状况下为线接触密封,在同样密封力的条件下,线接触密封比面接触密封产生更大的密封比压,使密封更可靠。 可换式阀座:一般调节阀的阀座都是焊死在阀体上,而且进口阀门的备品价格贵,周期长对维修造成极大的不便,而可换式阀座装配形式为互换性设计,在维修时可快速
15、更换阀座、阀芯,维修极其方便。更换下的阀座、阀芯可以进行修复,降低备品的订购费用。三给水泵最小流量阀的工作原理及结构特点调节阀工作原理给水泵最小流量调节阀位于电厂的高压给水系统内,是最关键的调节阀。由于其进口压力高和进出口压差高,使得阀门很容易发生汽蚀等现象,造成对阀门的阀芯阀座的吹损和破坏。而且给水流速非常高,很容易造成阀门的振动和噪音 普通的阀门,介质进入阀门时其工况条件为:压力为P1,流速为V1,当介质流动到阀芯部分时,由于阀芯与阀座的节流作用,产生颈缩现象,因此速度会迅速增加至V2,而压力会迅速降低至P2,低于该介质的饱和蒸汽压力PV。在这种情况下,介质汽化,形成气泡。当介质流过阀芯和
16、阀座形成的颈缩部后,由于通道的改变,工况条件也发生了改变,压力回升动能转换为势能,此时的压力回复为P3,速度回复为V3,当压力超过该介质的饱和蒸汽压力PV时,刚才形成的气泡就会发生破裂,产生极强的局部压力。气泡破裂时产生的巨大能量能在瞬间对阀芯、阀座等节流元件产生严重的破坏,形成所谓的汽蚀现象。如图1所示。这样势必造成阀门的损坏、冲蚀,产生泄漏,并会产生严重的噪音以及引起阀门内件的震动,从而影响整个系统的安全性和效率。由于汽蚀现象发生时,会产生很大的表面应力,因此单纯靠采用提高阀芯、阀座的表面硬度是无法从根本上解决汽蚀现象所造成的后果。从上可以发现,恶劣工况下阀门问题的产生主要来源于过高流速的
17、介质流过阀芯。汽蚀、冲刷、高噪音及管道振动都是介质流速未能得到控制的典型现象。图1 流速与压力的变化迷宫式调节阀门的抗汽蚀设计是利用迷宫式芯包多级降压的原理,通过强制介质流经一系列的直角弯道使流速得到完全的控制,达到逐级降压的目的。无论压降大小,这些弯道的阻力使得介质流速流出芯包的速度受到限制。经过多级降压,使介质的压力始终维持在介质的汽化压力PV之上,从而避免了汽蚀现象,消除了不安全因素。迷宫式芯包(图2)包括很多迷宫片,经过电腐蚀加工形成很多通道,而每个通道能通过定量介质。通道内由一系列的直角弯道提供介质阻力,根据电厂各种机组不同的参数,经过精确的计算,选定不同弯道数,使得流经迷宫式芯包的
18、介质速度始终限制在30m/s。参照国外的成熟经验,当流速小于30m/s时,对节流元件的冲蚀影响最小。迷宫式阀芯把流体分为很多平行的流道,每一流道有特定数量的直角转弯迷宫,而每一个直角都减低流道介质的速度头。如“N”代表直角数量,则截流器速度V=便变成新的方程。图2 迷宫式芯包这原理用于迷宫阀门的阀芯盘片,使每一盘片每一通道的介质速度得以控制在预定范围,利用阀塞打开不同盘片数量,整个阀门行程控制都完全把介质速度限制在预定值。这种设计跟多孔截流式阀芯是两种完全的对比:截流器只把位能转换为动能,但这样便有惊人的速度上升。迷宫阀芯能控制速度,保证收缩断口压力在汽化压力以上(阀后压力高于汽化压力),便可
19、防止汽蚀和闪蒸现象的形成。2 独特结构特点2.1加压阀芯在高温工况下,对关闭性又要求很高时,加压式阀芯就被采用在迷宫式调节阀中。加压式阀芯可提供非平衡式阀芯的封闭性能,而对执行机构推力要求只相当于平衡式阀芯。迷宫式加压阀芯组件包括:一个先导阀、一个主阀芯及一个平衡密封件。一个很小的得到控制的流量由阀门入口通过阀帽流入阀盖空间,对先导阀及主阀芯加压。当阀门关闭时先导阀关闭,从而使整个阀芯成为一个不平衡阀芯。加压式阀芯可达到很高的关闭要求。在阀盖空间阀芯之上的关闭压力,施加在阀芯上而关紧阀门。执行器只要具有关闭先导阀在主阀上的力即可。图3 围堰设计当阀门收到开启信号时,执行器提起先导阀杆,打开先导
20、阀。先导阀使在阀盖空间的压力迅速消失,阀芯得到平衡。阀杆继续开启,拉起主阀芯。执行器只需具有提升平衡式阀芯的力即可。2.2围堰迷宫片还有一个显著的特点就是采用围堰结构(图3所示)。其主要作用:均匀阀芯周围压力,保持阀芯对中;上层盘片与下层盘片出口处介质相互作用,降低介质流动速度;避免下层盘片出口介质对阀座的直接冲刷。3 迷宫式调节阀实际应用3.1具体要求 某电厂600MW超临界火电机组锅炉给水泵再循环系统调节阀,能承受较大的压降,调节灵敏性较好。3.2基本参数表1 迷宫式调节阀基本参数温度进口压力MPa出口压力Mpa压差Mpa正常流量t/h特性曲线200350.60.834270线性3.3选型
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