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節(jié)流孔�
閱讀�2515�(shí)間:2022-03-31 14:09:44

    管道的前后壓差較大時(shí),往往采用增加節(jié)流孔板的方式,其原理�:流體在管道中流動(dòng)�(shí),由于孔板的局部阻�,使得流體的壓力降低,能量損�,該�(xiàn)象在熱力�(xué)上稱為節(jié)流現(xiàn)�。該方式比采��(diào)節(jié)�要簡�,但必須選擇得當(dāng),否�,液體容易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)�,影響管道的安全�(yùn)��

汽蝕�(xiàn)�

    節(jié)流孔板的作用

    節(jié)流孔板的作用,就是在管道的適�(dāng)?shù)胤綄⒖讖阶冃?�?dāng)液體�(jīng)過縮�,流束會(huì)變細(xì)或收縮。流束的小橫斷面出現(xiàn)在實(shí)際縮口的下游,稱為縮流斷�。在縮流斷面�,流速是大的,流速的增加伴隨著縮流斷面處壓力的大大降低。當(dāng)流束�(kuò)展�(jìn)入更大的區(qū)�,速度下降,壓力增加,但下游壓力不�(huì)完全恢復(fù)到上游的壓力,這是由于較大�(nèi)部紊流和能量消耗的�(jié)�。如果縮流斷面處的壓力pvc降到液體對應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓力pv以下,流束中就有蒸汽及溶解在水中的氣體逸出,形成蒸汽與氣體混合的小汽泡,壓力越�,汽泡越�。如果孔板下游的壓力p2仍低于液體的飽和蒸汽壓力,汽泡將在下游的管道繼續(xù)�(chǎn)生,液汽兩相混合存在,這種�(xiàn)象就是閃蒸。如果下游壓力恢�(fù)到高于液體的飽和蒸汽壓力,汽泡在高壓的作用下,迅速凝�(jié)而破�,在汽泡破裂的瞬�,產(chǎn)生局部空�,高壓水以極高的速度流向這些原汽泡占有的空間,形成一�(gè)沖擊�。由于汽泡中的氣體和蒸汽來不及在瞬間全部溶解和凝�(jié),在沖擊力作用下又分成小汽泡,再被高壓水壓縮、凝�(jié),如此形成多次反�(fù),并�(chǎn)生一種類似于我們可以想象的砂石流過管道的噪�,此種現(xiàn)象稱為空�。流道材料表面在水擊壓力作用下,形成疲勞而遭到嚴(yán)重破�。我們把汽泡的形�、發(fā)展和破裂以致材料受到破壞的全部過程稱為汽蝕現(xiàn)��

    閃蒸和空�

    閃蒸和空化的主要區(qū)別在于汽泡是否破裂。存在閃蒸現(xiàn)象的系統(tǒng)管道,由于介�(zhì)為汽水兩相流,介�(zhì)比容和流速成倍增�,沖刷表面磨損相�(dāng)厲害,其表現(xiàn)為沖刷面有平滑拋光的外形。閃蒸也�(chǎn)生噪音和振動(dòng),但其聲�(jí)值一般為80 dB以下,不超出�(guī)范規(guī)定的許可范圍??栈瘎t不然,汽泡破裂和高�?zèng)_擊會(huì)引起�(yán)重的噪音,管道振�(dòng)大,在流道表面極微小的面積上,沖擊力形成的壓力可高達(dá)幾百甚至上千兆帕,沖擊頻率可�(dá)每秒幾萬次,在短�(shí)間內(nèi)就可能引起沖刷面的嚴(yán)�?fù)p�,其表現(xiàn)為沖刷面�(huì)�(chǎn)生類似于煤渣的粗糟表�。而且,由液體中逸出的氧氣等活性氣體,借助汽泡凝結(jié)�(shí)放出熱量,也�(huì)對金屬起化學(xué)腐蝕作用�

    不管是閃蒸還是空�,都�(huì)對管道造成不同程度的損害,對安全運(yùn)行均是不利的,因�,選擇節(jié)流孔板時(shí)�(yīng)避免這兩種情況的�(fā)生。由于孔板下游的壓力往往高于液體的飽和蒸汽壓�,因此,選擇節(jié)流孔板時(shí),主要是防止空化的產(chǎn)��


防止流體�(chǎn)生汽蝕的方法

    對于汽蝕,沖刷面換用材料不是徹底解決問題的辦�,控制縮流斷面處的壓力pvc,保持該壓力不低于液體的飽和蒸汽壓力pv,才是防止汽蝕產(chǎn)生的一�(xiàng)根本措施。對于壓降較大的管道,可通過多級(jí)降壓,確保介�(zhì)�(jīng)過每一�(gè)縮流斷面�(shí)壓力都大于液體的飽和蒸汽壓力�

壓差的計(jì)�

    Δps

    為了�(jì)算節(jié)流孔板的壓差,需引入一�(gè)新的概念--阻塞流壓差Δps。當(dāng)孔板兩端的壓差Δp增加�(shí),流量qm也增�,當(dāng)壓差Δp增大到一定值時(shí),縮口處的壓力pvc下降到流體飽和蒸氣壓力pv以下,一部分流體汽化,管道流量不再隨壓差增加而增�,即形成所謂阻塞流�(xiàn)�。此�(shí),孔板兩端的壓差稱為阻塞流壓差Δps。當(dāng)節(jié)流孔板的�(shí)際壓差Δp小于其對�(yīng)的Δps�(shí),就可避免閃蒸或汽蝕的發(fā)�。當(dāng)管道兩端壓差較大�(shí),可采用多級(jí)減壓,但每一�(jí)節(jié)流孔板的�(shí)際壓差Δp均應(yīng)小于本級(jí)入口對應(yīng)的Δps�

    根據(jù)文獻(xiàn),多�(jí)節(jié)流孔板的的壓降按幾何�(jí)�(shù)遞減,當(dāng)?shù)?�(jí)節(jié)流孔板實(shí)際壓降為Δp1�(shí),第2�(jí)孔板減壓至Δp1/2,第3�(jí)孔板減壓至Δp1/2?,第4�(jí)孔板減壓至Δp1/2^3,…�,第n+1�(jí)孔板減壓至Δp1/2^n,直減到末級(jí)孔板后壓力接近所需壓力為止�

    以某廠凝�(bǔ)泵再循環(huán)管為例,在機(jī)組運(yùn)行過程中,發(fā)�(xiàn)管道振動(dòng)�。分析原�?yàn)?凝補(bǔ)泵在正常�(yùn)行時(shí),出口壓力約1.5 MPa,補(bǔ)給水箱�(jìn)口處的壓力約0.12 MPa,當(dāng)泵出口的除鹽水經(jīng)再循�(huán)管回流至�(bǔ)給水箱時(shí),由于壓差較�,且管道上只裝了一�(gè)電動(dòng)閘閥而非�(diào)節(jié)�,因此引起振�(dòng)。為了減少振�(dòng),在第一次設(shè)�(jì)變更�,采用增加節(jié)流孔板的方式,實(shí)際運(yùn)行后,泵出口的管道振�(dòng)有所改善,但節(jié)流孔板后的管道出�(xiàn)汽蝕�(xiàn)�。說明靠增加節(jié)流孔板來�(jìn)行降壓的思路是對�,但孔板的選擇應(yīng)有所�(diào)��

    折疊孔板�(jí)�(shù)

    考慮管道受靜壓差44.012 kPa的影�,孔板兩端最大壓�

    �(1)至式(3)�:

    p1--孔板入口壓力;

    pc--熱力�(xué)臨界壓力,對于水,pc=22.5 MPa;

    FL--液體壓力恢復(fù)系數(shù),暫定為0.9;

    FF--臨界壓力比系�(shù)�

    由于p1=1.5 MPa,p2=0.165 MPa�20 ℃時(shí)pv=2.338 5 kPa,根�(jù)�(1)至式(3),得Δp=1?335 MPa,Δps=1?213 MPa。由于Δp>Δps,且p2>pv,所以采�1�(jí)節(jié)流孔板將�(chǎn)生汽蝕現(xiàn)�。為了避免汽蝕的�(fā)�,至少應(yīng)�2�(jí)節(jié)流孔��

    折疊孔板壓降

    根據(jù)前面的分�,當(dāng)采用1�(jí)節(jié)流時(shí),孔板壓差大于阻塞流壓差,采用多�(jí)節(jié)流降壓后,第1�(jí)節(jié)流孔板的�(shí)際壓差應(yīng)小于阻塞流壓差,其壓差的大小取決于第2�(jí)孔板,多�(jí)節(jié)流孔板的壓降按幾何級(jí)�(shù)遞減。因�,若采用2�(jí)節(jié)流孔�,則

    其中Δp1=0.89 MPa,Δp2=Δp1/2=0.445 MPa�

    為了防止節(jié)流孔板發(fā)生汽�,應(yīng)以阻塞流壓差Δps為準(zhǔn)�,驗(yàn)算各�(jí)節(jié)流孔板壓�:第一�(jí)孔板的阻塞流壓差Δps1=1.213 MPa>Δp1;第二�(jí)孔板的阻塞流壓差Δps2=0.92×[(1.5-0.89)MPa-0.957×0.002 338 5MPa=0.492 3 MPa>Δp2。因�,每�(jí)節(jié)流孔板后都不�(huì)出現(xiàn)汽蝕�(xiàn)�,采�2�(jí)節(jié)流孔板是合理��


4節(jié)流孔板孔徑的�(jì)�

    根據(jù)DL/T 5054-1996《火力發(fā)電廠汽水管道�(shè)�(jì)技�(shù)�(guī)定�,水管道節(jié)流孔板孔徑可按下式計(jì)�:

    (4)

    式中:dk--節(jié)流孔板的孔徑;

    ρ--水的密度�

    舉�(gè)例子,根�(jù)�(xiàn)場的�(shí)際運(yùn)行數(shù)�(jù),正常運(yùn)行時(shí)熱井的補(bǔ)水量�20 t/h,泵出口壓力�1.5 MPa,扣除泵�(jìn)口壓�,揚(yáng)程約134 m,查性能曲線,對�(yīng)的流量為136.8 t/h,即�(jīng)再循�(huán)管回流至�(bǔ)給水箱的除鹽水量�116 t/h。根�(jù)�(4)�:�1�(jí)節(jié)流孔板孔徑dk1=40.68 mm,取40.7 mm;�2�(jí)節(jié)流孔板孔徑dk2=48.37 mm,取48.5 mm�

    在該管道的第一次設(shè)�(jì)變更�(shí),流量按常規(guī)泵的再循�(huán)�(最大流量的30%)選取,取60 t/h,且壓降沒按幾何�(jí)�(shù)遞減考慮,兩�(jí)孔板孔徑均為33 mm。根�(jù)�(shí)際運(yùn)行情�,經(jīng)再循�(huán)管回流至�(bǔ)給水箱的除鹽水量�(yīng)�116 t/h,但由于節(jié)流孔板的限流作用,流�(jīng)再循�(huán)管的水量最大只能是�2�(jí)節(jié)流孔板阻塞流�(shí)的流量。因�2�(jí)節(jié)流孔板后的壓力大于液體的飽和蒸汽壓力,故�2�(jí)節(jié)流孔板后出現(xiàn)汽蝕�(xiàn)象,管道�(chǎn)生較大振�(dòng)和噪��


�(shí)際應(yīng)�

    在實(shí)際工程應(yīng)用中,將多級(jí)節(jié)流孔板用于減壓系�(tǒng)是切�(shí)可行的,為了防止管道�(fā)生汽�,選擇節(jié)流孔板時(shí),一定要根據(jù)管道的實(shí)際情�,計(jì)算出孔板�(shù)量和孔徑

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