1 概述
超（超）臨界火電機組的zui小流量調節閥在高壓差時閥體振動劇烈，噪聲嚴重，閥內部流速高，空化和氣蝕對閥內件沖刷嚴重，并伴隨嚴重的空化噪聲。調節閥的工作介質為液體，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，除非有故障發生。液體動力噪聲主要是流體流過閥門節流區產生高壓降，使介質位能轉變為動能，速度變大，產生湍流和渦流，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。高壓差下調節閥液體動力噪聲往往會超過相關標準的限制值，需對調節閥內部結構進行改進，使其噪聲值限制在規定的范圍之內。但改進后的調節閥噪聲需經過實驗測試，其測試設備價格高，程序繁雜，并要做出樣機后才能進行實驗，延長了產品研發周期。本文采用CFD數值模擬方法對調節閥所產生的液體噪聲進行理論預測，并對相關結構zui小流量調節閥噪聲產生機理進行了研究。
2 結構特點
150Tz668Y－450W型zui小流量調節閥（圖1）主要由閥體、閥座、節流盤、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或過熱器減溫水等流量調節裝置中的高壓降工況，工作介質多為高溫水。閥內采用的迷宮式多級降壓節流組件是由多個迷宮式盤片采用特殊工藝制成的一體化結構。流體在迷宮流道中曲折流動，可以實現多級逐步穩定降壓、限制流速上升過快，從而減輕流體對閥內件的沖刷，有效地防止閃蒸及汽蝕危害，延長使用壽命。
1．閥蓋2．閥桿3．迷宮閥芯4．節流盤5．閥座6．閥體
圖1 zui小流量調節閥
3 預測流程
zui小流量迷宮式調節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軟件對其進行流場數值模擬，獲得迷宮流道內部壓力分布云圖，得到迷宮盤片每一級進、出口壓力大小，再根據IEC60534－8－4－2010中多級多流路閥內件調節閥的噪聲預測公式進行噪聲的理論計算。由于迷宮式調節閥內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軟件進行內部數值模擬，得到壓力場分布，進而進行噪聲預測理論計算。
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軟件對流道模型進行網格劃分。由于迷宮盤片內流動狀態十分復雜，采用四面體/混合網格的方式進行劃分。為了計算結果更加，對迷宮盤片中的拐彎流道分別進行了加密處理（圖3），網格總數約5萬。
圖3 迷宮盤片單流道網格
4.2 數值模擬計算及結果分析
選取實際運行工況中zui為苛刻的狀態。介質為高溫水，其入口溫度為138～187℃，介質平均密度為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。在穩態不可壓縮條件下，對流道模型中的流動在Flu-ent中進行數值模擬求解，迷宮盤片單流道內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流至內側，壓力呈現出逐級下降的趨勢，壓力下降速率均勻。閥內迷宮盤片中壓力逐級穩定下降，較好的達到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 噪聲理論預測
以*級迷宮盤片單流道計算為例。已知進口壓力為41.3MPa，出口壓力為40.0MPa。飽和蒸汽壓Pv=476200Pa，壓力恢復系數FL=0.85，質量流量為151.99kg/s，管道壁厚tp=4.35mm，迷宮盤片*級噪聲理論計算壓差比xF、修正壓降比xFzpI、射流速度Uvc、內部聲壓級Lpi、總傳遞損失TLturb和1m處噪聲值LpAe，lm，i為
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
通過計算可得迷宮盤片*級輻射總聲壓級為59.17dB。其他各級采用同樣的計算方法，該迷宮盤片共計55級。zui后對不同級數總聲壓進行疊加計算，結果為
（7）
通過疊加計算得出zui小流量調節閥在閥體下游1m處輻射噪聲的總聲壓級大小為71.65dB（A），滿足標準對工業企業噪聲控制90dB（A）的要求，故此工況下可以采用多級降壓迷宮盤片zui小流量調節閥。
從噪聲預測計算公式中可得出各種參數對液體動力噪聲的影響，其中壓差和速度的影響zui大。速度越高，噪聲越大。壓差越大，噪聲越大。當然，流量系數、直徑、壁厚和溫度等因素也會產生影響。
6 結語
應用CFD數值模擬方法及IEC噪聲標準對150Tz668Y－450W型zui小流量調節閥液體動力噪聲進行理論計算和預測，表明多級降壓迷宮盤片的結構設計合理。一方面為迷宮式調節閥結構改進和性能提升提供了理論依據，另一方面為迷宮式調節閥噪聲預測提供了一種新的方法。
