摘要：核電機組給水泵最小流量閥內工質受管系工藝系統(tǒng)特點影響，很容易出現(xiàn)空化現(xiàn)象?；诖?，本文將簡單介紹最小流量閥空化產(chǎn)生原理，并基于核電機組給水泵最小流量閥布置方案，深入探討最小流量閥布置位置對閥門空化的影響。

關鍵詞：核電機組;給水泵;空化;最小流量閥

前言：如核電機組給水泵在運行過程中存在產(chǎn)生空化現(xiàn)象的最小流量閥內工質，密封面及閥內件將因此損壞，閥門及相連管道的噪聲和振動也會隨之出現(xiàn)。為優(yōu)化核電機組給水泵最小流量閥布置，正是本文研究的關鍵所在。

1.原理分析

設定調節(jié)閥前、后液體壓力分別為P1、P2，同時存在Pv的液體工作溫度對應飽和壓力。對于流過調節(jié)閥節(jié)流處的液體來說，流速會因通流面積減小而提升，在節(jié)流處及其下游，液體壓力將低于該液體工作溫度對應的Pv值（飽和蒸汽壓）。對于流通面積不斷增大的調節(jié)閥下游來說，在流道內壓力不斷升高、流速不斷下降的過程中，如工作溫度下飽和蒸汽壓低于流道內壓力，逐漸潰裂破滅為液體的氣泡會隨之出現(xiàn)，這種潰滅的過程即為空化。調節(jié)閥的閥芯及相關部件會因調節(jié)閥內產(chǎn)生空化而受到嚴重的沖刷和損壞，點蝕和材料缺失等現(xiàn)象會出現(xiàn)于閥芯、附屬部件的表面。對于壓力較高的給水泵出口、壓力較低的除氧器來說，最小流量閥前后會因此出現(xiàn)較大壓差，由于除氧器壓力下飽和溫度為閥門內工質溫度，除氧器壓力略低于閥后壓力，但二者基本接近，這種情況下工質在閥門最后一級節(jié)流件內很容易空化，并損壞密封件及閥內件，噪聲和振動也會隨之出現(xiàn)。結合相關研究可以了解到，調節(jié)閥空化消除可采用控制壓力降、減小或隔離破壞、改變工藝系統(tǒng)或布置等不同方法，本文研究僅分析研究最小流量閥布置位置，以此實現(xiàn)最小流量閥空化的消除[1]。

2.核電機組給水泵最小流量閥布置方案

對于很容易產(chǎn)生空化的核電機組給水泵最小流量閥來說，汽水兩相流很容易出現(xiàn)于閥后管道，并導致沖蝕產(chǎn)生。為減小閥后管道沖蝕受到的汽水兩相流影響，可采用最小流量閥高位布置方案，即在除氧器上方再循環(huán)接口附近布置給水最小流量閥，同時需保證閥后管道盡量短，該方案中除氧器壓力與閥后壓力基本相同。此外，還可以采用最小流量閥低位布置方案，即在除氧層地面上布置前后隔離閥及最小流量閥，同時需保證除氧器上方進水的除氧器再循環(huán)接口改為底部進水，并保證最小流量閥低于除氧器液面標高[2]。

3.核電機組給水泵最小流量閥布置位置影響

3.1工作參數(shù)計算

為明確核電機組給水泵最小流量閥布置位置影響，需首先計算最小流量閥工作參數(shù)，以某核電廠3臺33.3%電動定速給水泵組為例，單臺給水泵組流量、揚程在額定工況下分別為2717t/h、877mH2O，額定工況下除氧器運行壓力及溫度、泵組所需最小流量分別為1.026MPa.a、181℃、890t/h。給水泵組中心線標高、除氧器正常液位標高分別為-7.5m、23.5m，低位、高位布置方案的最小流量閥標高分別為20m、26.5m。流體力學計算模型建設結合給水再循環(huán)管道布置情況，以此完成最小流量閥在最小流量下的前后壓差計算，具體計算采用AFTFathom軟件?；谟嬎憧梢源_定，低位布置方案的閥后壓力、閥前壓力、閥門壓降分別為1.071MPa.a、9.626MPa.a、8.555MPa.a，高位布置方案則分別為1.033MPa.a、9.56MPa.a、8.527MPa.a。綜合對比可以發(fā)現(xiàn)，建立一段靜水柱壓差于最小流量閥后的低位布置可提高約0.04MPa的閥后壓力。

3.2空化數(shù)值模擬計算

基于相關參數(shù)，針對性研發(fā)由真空釬焊多層金屬盤片組成的多級迷宮式最小流量閥，多級節(jié)流槽由電火花切割迷宮盤片表面形成。流經(jīng)一系列的直角彎道，閥門入口高壓給水可在強大的流阻作用下完全控制流速，多級節(jié)流槽逐級分擔整個閥門的壓降。對于較小的每一級節(jié)流槽壓降來說，局部最大壓降會在節(jié)流過程中相應減小，給水最小局部壓力會在整個節(jié)流過程中提高，最小流量閥中噪聲、振動、空化問題可得到有效緩解?；谌S實體建模軟件Solidworks進行內部流道（最小流量閥）三維建模，可得到由迷宮式節(jié)流件流道和閥體流道組成的三維模型。模型的數(shù)值模擬基于CFD進行，并基于上文中的計算結果進行介質和邊界條件設置。在定常條件下，具體采用標準k-ε湍流模型和三維不可壓縮流體N-S方程，三維模型網(wǎng)格劃分需在CFD使用前開展，以此向CFD軟件中導入生成的網(wǎng)格，并完成相關邊界條件設置。模擬計算需基于低位、高位布置方案分包開展，對于前壓力較高的最小流量閥，考慮到除氧器溫度對應的飽和壓力遠低于最小流量閥前壓力，因此可得到相關模擬結果。基于模擬可以確定，最后一級或兩級節(jié)流槽內最容易發(fā)生空化。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，最后一級流道轉角處空化存在于高位方案中，低位方案未出現(xiàn)空化?；谟嬎憬Y果可以發(fā)現(xiàn)，由于低位布置方案將一段靜水柱壓差建立于最小流量閥后，因此低位布置方案相較于高位布置方案的閥后壓力實現(xiàn)了約0.04MPa的提升，輔以迷宮式節(jié)流槽分級降壓作用，核電機組給水泵最小流量閥空化問題即可由此解決。

結論：綜上所述，核電機組給水泵最小流量閥布置位置帶來的影響較為深遠，本文涉及的工作參數(shù)計算、空化數(shù)值模擬計算等內容直觀展示了這種影響。為更好處理閥門空化問題，最小流量閥的優(yōu)化升級、優(yōu)化布置必須得到重視。

參考文獻：

[1]侯志華，韓光輝，張兵.某核電機組水壓試驗泵汽輪發(fā)電機組啟動試驗不成功分析處理[J].汽輪機技術，2020，62（01）：70-72.

[2]龍晟.國內M310核電機組汽動輔助給水泵超速保護試驗分析[J].機電信息，2019（15）：41+43.

作者簡介：姓名：董純策（1976.01.09），性別：男，民族：漢，籍貫：大連長海縣，學歷：本科，現(xiàn)有職稱：初級工程師，研究方向：機械設計及其自動化。