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摘要：核电机组给水泵最小流量阀内工质受管系工艺系统特点影响，很容易出现空化现象。基于此，本文将简单介绍最小流量阀空化产生原理，并基于核电机组给水泵最小流量阀布置方案，深入探讨最小流量阀布置位置对阀门空化的影响。
关键词：核电机组;给水泵;空化;最小流量阀
前言：如核电机组给水泵在运行过程中存在产生空化现象的最小流量阀内工质，密封面及阀内件将因此损坏，阀门及相连管道的噪声和振动也会随之出现。为优化核电机组给水泵最小流量阀布置，正是本文研究的关键所在。
1.原理分析
设定调节阀前、后液体压力分别为P1、P2，同时存在Pv的液体工作温度对应饱和压力。对于流过调节阀节流处的液体来说，流速会因通流面积减小而提升，在节流处及其下游，液体压力将低于该液体工作温度对应的Pv值（饱和蒸汽压）。对于流通面积不断增大的调节阀下游来说，在流道内压力不断升高、流速不断下降的过程中，如工作温度下饱和蒸汽压低于流道内压力，逐渐溃裂破灭为液体的气泡会随之出现，这种溃灭的过程即为空化。调节阀的阀芯及相关部件会因调节阀内产生空化而受到严重的冲刷和损坏，点蚀和材料缺失等現象会出现于阀芯、附属部件的表面。对于压力较高的给水泵出口、压力较低的除氧器来说，最小流量阀前后会因此出现较大压差，由于除氧器压力下饱和温度为阀门内工质温度，除氧器压力略低于阀后压力，但二者基本接近，这种情况下工质在阀门最后一级节流件内很容易空化，并损坏密封件及阀内件，噪声和振动也会随之出现。结合相关研究可以了解到，调节阀空化消除可采用控制压力降、减小或隔离破坏、改变工艺系统或布置等不同方法，本文研究仅分析研究最小流量阀布置位置，以此实现最小流量阀空化的消除[1]。
2.核电机组给水泵最小流量阀布置方案
对于很容易产生空化的核电机组给水泵最小流量阀来说，汽水两相流很容易出现于阀后管道，并导致冲蚀产生。为减小阀后管道冲蚀受到的汽水两相流影响，可采用最小流量阀高位布置方案，即在除氧器上方再循环接口附近布置给水最小流量阀，同时需保证阀后管道尽量短，该方案中除氧器压力与阀后压力基本相同。此外，还可以采用最小流量阀低位布置方案，即在除氧层地面上布置前后隔离阀及最小流量阀，同时需保证除氧器上方进水的除氧器再循环接口改为底部进水，并保证最小流量阀低于除氧器液面标高[2]。
3.核电机组给水泵最小流量阀布置位置影响
3.1工作参数计算
为明确核电机组给水泵最小流量阀布置位置影响，需首先计算最小流量阀工作参数，以某核电厂3台33.3%电动定速给水泵组为例，单台给水泵组流量、扬程在额定工况下分别为2717t/h、877mH2O，额定工况下除氧器运行压力及温度、泵组所需最小流量分别为1.026MPa.a、181℃、890t/h。给水泵组中心线标高、除氧器正常液位标高分别为-7.5m、23.5m，低位、高位布置方案的最小流量阀标高分别为20m、26.5m。流体力学计算模型建设结合给水再循环管道布置情况，以此完成最小流量阀在最小流量下的前后压差计算，具体计算采用AFTFathom软件。基于计算可以确定，低位布置方案的阀后压力、阀前压力、阀门压降分别为1.071MPa.a、9.626MPa.a、8.555MPa.a，高位布置方案则分别为1.033MPa.a、9.56MPa.a、8.527MPa.a。综合对比可以发现，建立一段静水柱压差于最小流量阀后的低位布置可提高约0.04MPa的阀后压力。
3.2空化数值模拟计算
基于相关参数，针对性研发由真空钎焊多层金属盘片组成的多级迷宫式最小流量阀，多级节流槽由电火花切割迷宫盘片表面形成。流经一系列的直角弯道，阀门入口高压给水可在强大的流阻作用下完全控制流速，多级节流槽逐级分担整个阀门的压降。对于较小的每一级节流槽压降来说，局部最大压降会在节流过程中相应减小，给水最小局部压力会在整个节流过程中提高，最小流量阀中噪声、振动、空化问题可得到有效缓解。基于三维实体建模软件Solidworks进行内部流道（最小流量阀）三维建模，可得到由迷宫式节流件流道和阀体流道组成的三维模型。模型的数值模拟基于CFD进行，并基于上文中的计算结果进行介质和边界条件设置。在定常条件下，具体采用标准k-ε湍流模型和三维不可压缩流体N-S方程，三维模型网格划分需在CFD使用前开展，以此向CFD软件中导入生成的网格，并完成相关边界条件设置。模拟计算需基于低位、高位布置方案分包开展，对于前压力较高的最小流量阀，考虑到除氧器温度对应的饱和压力远低于最小流量阀前压力，因此可得到相关模拟结果。基于模拟可以确定，最后一级或两级节流槽内最容易发生空化。深入分析可以发现，最后一级流道转角处空化存在于高位方案中，低位方案未出现空化。基于计算结果可以发现，由于低位布置方案将一段静水柱压差建立于最小流量阀后，因此低位布置方案相较于高位布置方案的阀后压力实现了约0.04MPa的提升，辅以迷宫式节流槽分级降压作用，核电机组给水泵最小流量阀空化问题即可由此解决。
结论：综上所述，核电机组给水泵最小流量阀布置位置带来的影响较为深远，本文涉及的工作参数计算、空化数值模拟计算等内容直观展示了这种影响。为更好处理阀门空化问题，最小流量阀的优化升级、优化布置必须得到重视。
参考文献：
[1]侯志华，韩光辉，张兵.某核电机组水压试验泵汽轮发电机组启动试验不成功分析处理[J].汽轮机技术，2020，62（01）：70-72.
[2]龙晟.国内M310核电机组汽动辅助给水泵超速保护试验分析[J].机电信息，2019（15）：41+43.
作者简介：姓名：董纯策（1976.01.09），性别：男，民族：汉，籍贯：大连长海县，学历：本科，现有职称：初级工程师，研究方向：机械设计及其自动化。
关键词：核电机组;给水泵;空化;最小流量阀
前言：如核电机组给水泵在运行过程中存在产生空化现象的最小流量阀内工质，密封面及阀内件将因此损坏，阀门及相连管道的噪声和振动也会随之出现。为优化核电机组给水泵最小流量阀布置，正是本文研究的关键所在。
1.原理分析
设定调节阀前、后液体压力分别为P1、P2，同时存在Pv的液体工作温度对应饱和压力。对于流过调节阀节流处的液体来说，流速会因通流面积减小而提升，在节流处及其下游，液体压力将低于该液体工作温度对应的Pv值（饱和蒸汽压）。对于流通面积不断增大的调节阀下游来说，在流道内压力不断升高、流速不断下降的过程中，如工作温度下饱和蒸汽压低于流道内压力，逐渐溃裂破灭为液体的气泡会随之出现，这种溃灭的过程即为空化。调节阀的阀芯及相关部件会因调节阀内产生空化而受到严重的冲刷和损坏，点蚀和材料缺失等現象会出现于阀芯、附属部件的表面。对于压力较高的给水泵出口、压力较低的除氧器来说，最小流量阀前后会因此出现较大压差，由于除氧器压力下饱和温度为阀门内工质温度，除氧器压力略低于阀后压力，但二者基本接近，这种情况下工质在阀门最后一级节流件内很容易空化，并损坏密封件及阀内件，噪声和振动也会随之出现。结合相关研究可以了解到，调节阀空化消除可采用控制压力降、减小或隔离破坏、改变工艺系统或布置等不同方法，本文研究仅分析研究最小流量阀布置位置，以此实现最小流量阀空化的消除[1]。
2.核电机组给水泵最小流量阀布置方案
对于很容易产生空化的核电机组给水泵最小流量阀来说，汽水两相流很容易出现于阀后管道，并导致冲蚀产生。为减小阀后管道冲蚀受到的汽水两相流影响，可采用最小流量阀高位布置方案，即在除氧器上方再循环接口附近布置给水最小流量阀，同时需保证阀后管道尽量短，该方案中除氧器压力与阀后压力基本相同。此外，还可以采用最小流量阀低位布置方案，即在除氧层地面上布置前后隔离阀及最小流量阀，同时需保证除氧器上方进水的除氧器再循环接口改为底部进水，并保证最小流量阀低于除氧器液面标高[2]。
3.核电机组给水泵最小流量阀布置位置影响
3.1工作参数计算
为明确核电机组给水泵最小流量阀布置位置影响，需首先计算最小流量阀工作参数，以某核电厂3台33.3%电动定速给水泵组为例，单台给水泵组流量、扬程在额定工况下分别为2717t/h、877mH2O，额定工况下除氧器运行压力及温度、泵组所需最小流量分别为1.026MPa.a、181℃、890t/h。给水泵组中心线标高、除氧器正常液位标高分别为-7.5m、23.5m，低位、高位布置方案的最小流量阀标高分别为20m、26.5m。流体力学计算模型建设结合给水再循环管道布置情况，以此完成最小流量阀在最小流量下的前后压差计算，具体计算采用AFTFathom软件。基于计算可以确定，低位布置方案的阀后压力、阀前压力、阀门压降分别为1.071MPa.a、9.626MPa.a、8.555MPa.a，高位布置方案则分别为1.033MPa.a、9.56MPa.a、8.527MPa.a。综合对比可以发现，建立一段静水柱压差于最小流量阀后的低位布置可提高约0.04MPa的阀后压力。
3.2空化数值模拟计算
基于相关参数，针对性研发由真空钎焊多层金属盘片组成的多级迷宫式最小流量阀，多级节流槽由电火花切割迷宫盘片表面形成。流经一系列的直角弯道，阀门入口高压给水可在强大的流阻作用下完全控制流速，多级节流槽逐级分担整个阀门的压降。对于较小的每一级节流槽压降来说，局部最大压降会在节流过程中相应减小，给水最小局部压力会在整个节流过程中提高，最小流量阀中噪声、振动、空化问题可得到有效缓解。基于三维实体建模软件Solidworks进行内部流道（最小流量阀）三维建模，可得到由迷宫式节流件流道和阀体流道组成的三维模型。模型的数值模拟基于CFD进行，并基于上文中的计算结果进行介质和边界条件设置。在定常条件下，具体采用标准k-ε湍流模型和三维不可压缩流体N-S方程，三维模型网格划分需在CFD使用前开展，以此向CFD软件中导入生成的网格，并完成相关边界条件设置。模拟计算需基于低位、高位布置方案分包开展，对于前压力较高的最小流量阀，考虑到除氧器温度对应的饱和压力远低于最小流量阀前压力，因此可得到相关模拟结果。基于模拟可以确定，最后一级或两级节流槽内最容易发生空化。深入分析可以发现，最后一级流道转角处空化存在于高位方案中，低位方案未出现空化。基于计算结果可以发现，由于低位布置方案将一段静水柱压差建立于最小流量阀后，因此低位布置方案相较于高位布置方案的阀后压力实现了约0.04MPa的提升，辅以迷宫式节流槽分级降压作用，核电机组给水泵最小流量阀空化问题即可由此解决。
结论：综上所述，核电机组给水泵最小流量阀布置位置带来的影响较为深远，本文涉及的工作参数计算、空化数值模拟计算等内容直观展示了这种影响。为更好处理阀门空化问题，最小流量阀的优化升级、优化布置必须得到重视。
参考文献：
[1]侯志华，韩光辉，张兵.某核电机组水压试验泵汽轮发电机组启动试验不成功分析处理[J].汽轮机技术，2020，62（01）：70-72.
[2]龙晟.国内M310核电机组汽动辅助给水泵超速保护试验分析[J].机电信息，2019（15）：41+43.
作者简介：姓名：董纯策（1976.01.09），性别：男，民族：汉，籍贯：大连长海县，学历：本科，现有职称：初级工程师，研究方向：机械设计及其自动化。