最小流量调节阀液体动力噪声理论预测分析

　　分析了150Tz668Y- 450W 型最小流量调节阀产生液体动力噪声的原因，介绍了调节阀的结构特点，论述了应用CFD 数值模拟方法预测和计算噪声的流程和分析结果，提供了最小流量调节阀结构改进和性能提升的理论依据。

1、概述

　　超(超) 临界火电机组的最小流量调节阀在高压差时阀体振动剧烈，噪声严重，阀内部流速高，空化和气蚀对阀内件冲刷严重，并伴随严重的空化噪声。调节阀的工作介质为液体，其噪声包括机械振动噪声和液体动力噪声。机械振动噪声主要来自阀芯和阀杆等零件的振动，这些噪声声音较小，除非有故障发生。液体动力噪声主要是流体流过阀门节流区产生高压降，使介质位能转变为动能，速度变大，产生湍流和涡流，从而引起阀门噪声。液体动力噪声通常分为紊流噪声和空化噪声。高压差下调节阀液体动力噪声往往会超过相关标准的限制值，需对调节阀内部结构进行改进，使其噪声值限制在规定的范围之内。但改进后的调节阀噪声需经过实验测试，其测试设备价格高，程序繁杂，并要做出样机后才能进行实验，延长了产品研发周期。本文采用CFD 数值模拟方法对调节阀所产生的液体噪声进行理论预测，并对相关结构最小流量调节阀噪声产生机理进行了研究。

2、结构特点

　　150Tz668Y-450W 型最小流量调节阀(图1)主要由阀体、阀座、节流盘、迷宫式阀芯、阀盖和阀杆等部件组成，该阀专门应用于超( 超) 临界火电机组锅炉管路系统或过热器减温水等流量调节装置中的高压降工况，工作介质多为高温水。阀内采用的迷宫式多级降压节流组件是由多个迷宫式盘片采用特殊工艺制成的一体化结构。流体在迷宫流道中曲折流动，可以实现多级逐步稳定降压、限制流速上升过快，从而减轻流体对阀内件的冲刷，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为可以有效地防止闪蒸及汽蚀危害，延长使用寿命。

图1 最小流量调节阀

3、预测流程

　　最小流量迷宫式调节阀液体动力噪声预测的具体计算流程如图2 所示。首先利用CFD 软件对其进行流场数值模拟，获得迷宫流道内部压力分布云图，得到迷宫盘片每一级进、出口压力大小，再根据IEC 60534-8-4-2010 中多级多流路阀内件调节阀的噪声预测公式进行噪声的理论计算。由于迷宫式调节阀内件是由同一类型的迷宫盘片堆砌而成，且迷宫盘片8 条流道呈中心对称排列，故可只取单个迷宫流道利用CFD 软件进行内部数值模拟，得到压力场分布，进而进行噪声预测理论计算。

图2 液动动力噪声理论预测流程

4、迷宫盘片流场分析

　　4.1、建立流道模型及网格划分

　　利用SolidWorks三维实体建模软件，对迷宫盘片建立了流道模型。应用ICEM -CFD 软件对流道模型进行网格划分。由于迷宫盘片内流动状态十分复杂，采用四面体/混合网格的方式进行划分。为了计算结果更加精确，对迷宫盘片中的拐弯流道分别进行了加密处理(图3) ，网格总数约5 万。

图3 迷宫盘片单流道网格

　　4.2、数值模拟计算及结果分析

　　选取实际运行工况中最为苛刻的状态。介质为高温水，其入口温度为138 ～187℃，介质平均密度为903.9kg /m³，边界条件设置为压力进口和压力出口，进口压力为41.3MPa，出口压力为1.3MPa。在稳态不可压缩条件下，对流道模型中的流动在Fluent中进行数值模拟求解，迷宫盘片单流道内的压力分布情况如图4。由图中可以看出迷宫流道中流体由外侧流至内侧，压力呈现出逐级下降的趋势，压力下降速率均匀。阀内迷宫盘片中压力逐级稳定下降，较好的达到了分段逐级降压的预期效果。

图4 迷宫盘片单流道压力分布云图(Pa)

5、结语

　　应用CFD数值模拟方法及IEC 噪声标准对150Tz668Y-450W 型最小流量调节阀液体动力噪声进行理论计算和预测，表明多级降压迷宫盘片的结构设计合理。一方面为迷宫式调节阀结构改进和性能提升提供了理论依据，另一方面为迷宫式调节阀噪声预测提供了一种新的方法。