作 者： 邱宏軍 張乃波
摘 要： 介紹了調節閥在型線設計過程中，可以通過計算公式求得在每個開度下的壓差，論述了如何將調節閥在最小開度下的節流面積融合在總面積之中，使調節閥的特性曲線更趨于合理。

1 概述

鍋爐給水自動調節系統是鍋爐基本調節系統之一，它是控制鍋爐汽包水位，確保鍋爐安全運行的一個不可缺少的調節系統。給水調節閥是鍋爐給水自動調節系統中的一個重要的部件，它的性能直接影響到調節系統工作的可靠性和自動化的程度。由于在不同鍋爐上的調節閥，在調節過程中壓差變化也會不同，如使用定速泵和變速泵，其在啟動過程中，系統壓差相差幾倍或十幾倍，這樣，要用一種標準型線滿足所有工況條件是不可能的。因此，除了考慮高壓差的合理分配外，對于調節閥性能的優劣更是取決于其節流件型線的設計，是否與調節過程中因負荷變化，壓差隨之變化而相適應。根據研究確定，只要在設計節流件時，準確的把調節過程中壓差變化范圍和型線計算結合在一起考慮，就可以得到一種比較趨于合理的設計。

2 型線計算公式

調節閥節流件的型線設計，是指把調節閥的流通面積，按照一定的比例（直線、等百分比、拋物線等）分配到各個行程上的設計中去，這種比例就是要使調節閥在調節過程中和變化的壓差相適應，而使調節閥在預定的操作條件下（圖1），使通過它的流量與它的行程具有相對均勻的穩定性，而保證相對流量和相對行程的關系在直角坐標系內為一條直線。其比例關系式為

在調節閥的調節過程中，大多數情況下給水溫度不會發生較大的變化，其密度也不會受到壓力變化的影響，可以假定γ_i=γ_max，如果假設F₁=γ_iF_i、F=γ_maxF_max，則式（7）可以化簡為

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式中F₁———調節閥在任意開度下的有限流通截面積，m²

F———調節閥在全開度下的流通截面積，m²

調節閥在連續調節過程中，當壓差由Δp_i變化到Δpmax時，使調節閥的工作特性保持在線性狀態下，式（8）為在任意開度下的有效流通截面積的計算公式。而當Δp_i=Δ_pmax時，式（8）為定壓差下（在變速泵）調節閥運行時在任意開度下的流通截面積計算公式。

在運用式（8）時，其最大壓差Δ_pmax是由用戶給定，F₁按式（6）計算，調節比R按系統調節的要求選定，相對行程l/L由設計決定，而Δ_pi則根據機組啟動方式和鍋爐給水方式選用。

3 調節閥壓差

調節閥的壓差，特別是在每個開度下的壓差，是設計調節閥流通面積的一個重要的數據。一個準確的壓差數據，是決定調節閥調節性能能否滿足鍋爐給水系統自動化運行的保證。但壓差和鍋爐啟動方式、給水泵的特性以及給水系統的組成有著密切的關系。一般情況下，用戶或設計院將會提出較為準確的最大壓差，但不能提出調節閥在每個開度下的壓差，通過實踐，提出了近似的但基本上可以滿足運行要求的計算公式。

3.1 鍋爐定壓啟動時的計算公式

在鍋爐內的介質壓力與給水管內的壓力變化不大的運行情況下，調節閥的壓差僅受給水系統阻力的影響，可近似看作系統兩端壓力不變（圖2），其調節閥在每個開度下的壓差為

Δ_pi=p₁-p₂-Δ_p3 （9）

式中p₁———給水管內壓力，MPa

p₂———鍋爐汽包內介質壓力，MPa

Δ_p3———給水系統各部件的阻力，MPa

式中Q_i———通過給水系統的流量，t/hξ———給水泵系統總的阻力系數（由鍋爐汽水阻力計算而得）

g———重力加速度（g=9.8m/s²），m/s²

γ———介質密度，kg/m³

F₂———給水管道截面積，m²

將式（11）代入式（10）可得

式（13）可以用于在定壓啟動和水管制供水的機組上的調節閥，計算調節閥在各個開度的流量下的壓差。在使用式（13）時，應注意公式中的阻力系數ξ應是從給水泵出口至鍋爐汽包之間，包括彎頭、管道、省煤器等所有產生阻力部件的阻力系數之和。

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3.2 鍋爐滑壓啟動時的壓差

目前在大容量的高溫高壓發電機組，基本上采用滑壓啟動方式，在這類機組中鍋爐的供水方式比較復雜，有定速泵、變速泵、定速泵和變速泵交叉以及水管制供水等多種形式。因此，使調節閥在滑壓啟動中，其壓差變化范圍比較大，其中猶以定速泵供水為最大。因為，在機組啟動過程中，鍋爐汽包內的介質壓力是隨著鍋爐的蒸發量增加而提高，給水系統的阻力也是隨著給水量的增加而增加，而給水泵的出口壓力則是隨著流量的增加而降低（圖3），造成了調節閥的壓差隨著開度的增加而降低。

由于鍋爐升壓曲線和鍋爐蒸發量之間沒有固定的函數關系，給水泵的特性曲線也因其結構的不同不盡相同，因此，調節閥在調節工程中各個開度下的壓差不能用一個函數式表達。但可以從鍋爐機組上鍋爐升壓特性曲線和給水泵的特性曲線上，查出在同一流量下的鍋爐汽包壓力和給水泵出口壓力，其在不同開度下的壓差Δ_pi為

Δ_pi=Δ_p-Δ_p3 （14）

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式中Δ_p———在同一流量下給水泵出口壓力和鍋爐汽包壓力之差，MPa

Δ_p=p₃-p₄

Δ_p3———系統阻力，MPa

p₃———在鍋爐給水流量為Q_i時水泵出口壓力，MPa

p₄———在鍋爐給水流量為Q_i時鍋爐汽包壓力，MPa

在滑壓啟動機組中，鍋爐供水為水管制時，則式中的p₃為給水水管內的介質壓力，并可認為它是一個定值。如果機組使用調速泵供水，在計算給水旁路上的調節閥的壓差時，p₃可按調速泵最低轉速的特性曲線查得。此時，給水調節閥的壓差Δ_pi，可以做為一個常量，通常情況下，Δ_pi=0.15～0.12MPa。

3.3 簡化計算

在設計滑壓啟動機組上給水調節閥時，當無法取得鍋爐升壓曲線、水泵的特性曲線以及給水泵有關資料時，在用戶只能提供通過調節閥最大流量和最小流量的壓差時，可以把水泵和鍋爐的升壓特性曲線（圖4）看作是兩條直線，并認為給水系統的阻力也在這兩條線之內，由此，調節閥在任意開度下的壓差Δ_pi可以近似的計算，其計算結果基本上可以滿足調節閥型線設計的要求。

式中Δ_ps———調節閥流量為零時的壓差，MPa

Δ_pa———調節閥最小可調流量下的壓差，MPa

Δ_pb———調節閥最大流量下的壓差，MPa

按照式（14）計算調節閥在任意開度下的壓差，存在著調節閥實際流量特性曲線和理想特性曲線有一定的偏差。但是這種計算方法可以解決設計資料不足的困難，并且可以在縮小偏差的基礎上，滿足鍋爐給水系統自動化運行的要求，所以設計者經常采用。

3.4 可調比的計算與選擇

當用公式計算調節閥每開度下的壓差后，應該用最大壓差和最小壓差計算和選用調節閥的可調比。當調節閥的壓差隨流量的變化而變化時，可調比為

式中Q_max1———最大可調流量，t/h

Q_N1———最小可調流量，t/h

按式（17）計算的可調比，在實際應用時可以適當的加大，一般情況下保留兩位小數，末位數為0或5。對于鍋爐主給水調節閥和噴水減溫調節閥，由于其流量的起點不同，調節比的取值也應該不同，這主要因為，噴水減溫調節閥的工作狀態是從很小的開度下開始，并且要求是很精準和穩定的，如果運行狀況比較平穩，運行水平很高，則需要的噴水量基本上保持在一個常數上，這就需要其調節比很大，根據實際運行，調節比R=30～50。而鍋爐給水操縱臺一般由兩到三條管路組成，而主給水調節閥的投入大多在30%負荷以上才開始投入運行。以670t/h鍋爐為例，一投入運行，其流量就應該是200t/h以上，從可調比計算公式上也可以看出，在小開度下流通面積如果過小，就加大了給水旁路交接時調節開度，造成了主給水調節閥工作流量特性曲線斜率過大，不利其瞬時調節既可滿足鍋爐運行的需要，因此，對于鍋爐主給水調節閥的可調比建議采用R=10～20。

4 型線繪制

根據調節閥在每個開度下的壓差以及流通面積的計算，可以進行閥節流件型線的繪制。但是，不論采用矩形法還是梯形法繪制窗口型線時，總要出現圖5所示的形狀。形成這一現象的主要原因是當l/L=0時，，因此，在調節閥的行程l=0時，在加上閥瓣和套筒之間的制造間隙所固有的面積，無論是直線特性，還是等百分比特性，就已經存在了間隙的面積下的流量。它不僅影響了調節閥的工作特性曲線形成不了一條光滑的曲線，而且使小流量下，調節閥在運行過程中不易控制，并給加工帶來了一定的困難。因此，在型線設計時，應將l=0時存在的的面積扣除，如圖5中上部虛線部分放到下部，就可以使調節閥的工作流量特性曲線的邊光滑，同時提高了調節閥的可調比，解決了調節閥在小開度下的有效調節，并消除了加工上的困難。

5 結語

設計調節閥時，要針對不同的系統，掌握其工作條件以及在不同負荷下的流量和壓差變化范圍等參數，才能設計出理想的，適合系統運行的高質量的產品，這是一項比較復雜的工作，要經過多次試驗與反復修正才能達到完善。特別是新設計的調節閥，應對各種結構特性和運行工況進行有針對性的試驗，掌握其壓差變化的規律，才能達到設計一個較為理想的調節閥的目的。

參考文獻

（1）明賜東.調節閥計算選型使用（M）.四川：成都科技大學出版社，19991