CN103244203B - 一种节流阀系统及其工作方法 - Google Patents

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本发明公开了一种节流阀系统及其工作方法，该系统包括若干路并联至上游直管段的通道，每一路通道均包括依次连接的包括若干路并联至上游直管段的通道，每一路通道均包括依次连接的流量调节器、流量喷嘴以及快速转换阀，并且，每一路的快速转换阀均通过缓冲器与下游直管段连通，快速转换阀包括全开和全关两种状态。本发明符合工程热力学基本理论，能够连续改变通流面积，从而调节流体流量，并有效降低了节流损失，尽量满足节能减排的需要。

Description

一种节流阀系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种节流阀系统，具体涉及一种节流阀系统及其工作方法。
背景技术
节流过程的工程应用除利用其冷效应进行制冷外，还可以用来调节发动机的功率、测量流体的流量等。因为绝热节流是不可逆绝热过程，所以工质熵必然增加，因此节流后工质的做功能力必将减少。
人们通常认为，质量就是产品满足用户要求的程度。产品越能满足用户要求，其质量就越好。因此，目前节流阀的特点是结构简单、耗材少，没有充分考虑由于节流造成的安全与经济问题（尤其是偏离设计时），这种设计思路造成了现有技术的缺陷，以现有的超临界汽轮机为例：以节流阀作为配汽机构，控制汽轮机进汽流量，由于阀门处于半开位置，造成气流扰流形成漩涡，造成气流激振、偏振，造成汽轮机振动影响机组安全，同时形成旋涡造成了能量的损失，使机组做功能力减少。随着节能减排的深入推进，需要改变思路。并且，日本统计学家田口玄一博士认为，质量是产品上市后给社会带来的损失，质量好的产品，上市后给社会带来的损失小，反之亦然。一位顾客总期望他购买的产品在给定的使用条件下和寿命期内，使用该产品时，都能有既定的目标性能，同时又无有害的副作用，这便是顾客心目中的“理想质量”，也是人们评价质量的参考点。由于产品间的差异、使用环境的不同或产品老化提前等原因，实际中的产品会偏离理想的质量。这种偏离不仅给使用者带来损失，也给制造商造成损失，甚至给社会带来不同程度的损失，这些损失统称为社会损失。如今国际上都认为，应该用这种损失大小来度量产品的质量。理想产品的损失为零，损失愈小，质量愈高，从而购买的人会愈多，厂家的利润也愈丰厚，这种损失与利润相统一的观点在激烈的市场竞争中被愈来愈多的人所接受。
现有的节流阀一般只能用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合，这是因为常见的节流阀只能通过控制单个阀门的开启、关闭或者半开、半关来实现流通面积的改变，而且，在阀门的调整过程中，容易造成绕流、漩涡等，严重影响流体通过时的稳定性和连续性。因此，现在急需一种节流损失小，操作方便，结构相对简单的节流阀系统。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种节流阀系统。
本发明还提供了该节流阀系统的工作方法。
本发明符合工程热力学基本理论，能够连续改变通流面积，从而调节流体流量，并有效降低了节流损失，尽量满足节能减排的需要。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种节流阀系统，包括若干路并联至上游直管段的通道，每一路通道均包括依次连接的流量调节器、流量喷嘴以及快速转换阀，并且，每一路的快速转换阀均通过缓冲器与下游直管段连通，所述快速转换阀包括全开和全关两种状态。
所述流量调节器，用于缩减上游直管段长度，并使流体稳定流动；所述流量喷嘴用于产生压差，并测量流体流量；所述快速转换阀包括全开和全关两种状态，这两种状态能够在极短时间内转换；所述缓冲器能够缓冲1%的流量幅度变化所造成的压力波动。
所述流量调节器安装于流量喷嘴上游20倍管道直径处，所述快速转换阀安装于流量喷嘴下游10倍管道直径处。
所述流量喷嘴为长颈喷嘴或ISA1932喷嘴，并且，所有流量喷嘴的压损以及型式相同。
所述通道有7路，其流通面积分别为1%，2%，3%，7%，14%，28%，55%。
上述节流阀系统的工作方法，具体步骤如下：
步骤（1）：选定若干个基本数据，作为每一路快速转换阀流通面积的百分比，额定参数下的通流面积为S，则100×S/110作为额定通流面积，这些基本数据需满足：保证快速转换阀以不同的组合方式全部开启时，在进出口参数相同的情况下，流体流量能够从0，以每1%的幅度增加到110%，或者以相同的幅度从110%减少到0；
步骤（2）：确定阀位表：对每一路快速转换阀编号，通过控制快速转换阀的开启或关闭，实现流通面积的改变；
步骤（3）：通过步骤（2）确定的阀位表查询实现不同流通面积的快速转换阀开启或关闭情况，从而根据实际需要进行操作。
所述步骤（1）中，选定1，2，3，7，14，28，55，共7个基本数据，作为通流面积的百分比；额定参数下的通流面积为S，则100×S/110作为额定通流面积；S/2作为55%额定通流面积；28×S/110作为28%额定通流面积；14×S/110作为14%额定通流面积；7×S/110作为7%额定通流面积；3×S/110作为3%额定通流面积；2×S/110作为2%额定通流面积；1×S/110作为1%额定通流面积；以常温下S/2、28×S/110、14×S/110、7×S/110、3×S/110、2×S/110、1×S/110的通流面积作为流量喷嘴的喉部面积，根据国家标准制造相同压损的7台相同型式的流量喷嘴，以保证七个快速转换阀以不同的组合方式全部开启时，在进出口参数相同的情况下，流体流量能够从0，以每1%的幅度增加到110%，或者以相同的幅度从110%减少到0。
所述额定参数包括压力、温度和流量。
本发明的有益效果是，本发明通过改变通流面积提供定量的流体流量，以满足发动机在不同负荷段的功率输出要求，尤其在偏离设计的部分负荷时，能够减少节流损失以提高发动机的效率。本发明依据阀位表所确定的运行方式，通过改变通流面积，能够稳定、连续、定量的控制流体通过。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
其中1.流量调节器，2.流量喷嘴，3.快速转换阀，4.缓冲器，5.上游直管段，6.下游直管段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
如图1所示，本发明包括7路并联至上游直管段5的通道，其流通面积分别为1%，2%，3%，7%，14%，28%，55%，每一路通道均包括依次连接的流量调节器1、流量喷嘴2以及快速转换阀3，并且，每一路的快速转换阀3均通过缓冲器4与下游直管段6连通，快速转换阀3包括全开和全关两种状态。
流量调节器1，用于缩减上游直管段5长度，并使流体稳定流动；
流量喷嘴2，用于产生压差，并测量流体流量；
快速转换阀3，其包括全开和全关两种状态，这两种状态能够在极短时间内转换；
缓冲器4能够缓冲1%的流量幅度变化所造成的压力波动。
流量调节器1安装于流量喷嘴2上游20倍管道直径处，快速转换阀3安装于流量喷嘴2下游10倍管道直径处。
流量喷嘴2为长颈喷嘴或ISA1932喷嘴，并且，流量喷嘴2的压损以及型式相同。
本发明的工作方法是：
步骤（1）：选定7个基本数据，作为每一路快速转换阀3流通面积的百分比，额定参数下的通流面积为S，则100×S/110作为额定通流面积，这些基本数据需满足：保证快速转换阀3以不同的组合方式全部开启时，在进出口参数相同的情况下，流体流量能够从0，以每1%的幅度增加到110%，或者以相同的幅度从110%减少到0；其具体方法是：
步骤（11）：选定基本数据：1、2、3，对其进行排列组合形成6个数据，1，2，3，1+3=4，2+3=5，1+2+3=6；
步骤（12）：选定基本数据：7，与步骤（1）形成的6个数据组成，7+1=8，7+2=9，7+3=10，7+1+3=11，7+2+3=12，7+1+2+3=13；
步骤（13）：选定基本数据14，与前两步形成的13个数据组成，14+1=15，14+2=16，14+3=17，14+1+3=18，14+2+3=19，14+1+2+3=20，14+7=21,14+7+1=22，14+7+2=23，14+7+3=24，14+7+1+3=25，14+7+2+3=26，14+7+1+2+3=27；
步骤（14）：选定基本数据28，与前三步形成的27个数据组成，28+1=29，28+2=30，28+3=31，28+1+3=32，28+2+3=33，28+1+2+3=34，28+7=35，28+7+1=36，28+7+2=37，28+7+3=38，28+7+1+3=39，28+7+2+3=40，28+7+1+2+3=41，28+14=42，28+14+1=43，28+14+2=44，28+14+3=45，28+14+1+3=46，28+14+2+3=47，28+14+1+2+3=48，28+14+7=49，28+14+7+1=50，28+14+7+2=51，28+14+7+3=52，28+14+7+3+1=53，28+14+7+3+2=54，28+14+7+3+2+1=55；
步骤（15）：选定基本数据55，与前四步形成的55个数据组成，55+1=56，55+2=57，55+3=58，55+1+3=59，55+2+3=60，55+1+2+3=61，55+7=62，55+7+1=63，55+7+2=64，55+7+3=65，55+7+1+3=66，55+7+2+3=67，55+7+1+2+3=68，55+14=69，55+14+1=70，55+14+2=71，55+14+3=72，55+14+3+1=73，55+14+2+3=74，55+14+1+2+3=75，55+14+7=76，55+14+7+1=77，55+14+7+2=78，55+14+7+3=79，55+14+7+1+3=80，55+14+7+2+3=81，55+14+7+1+2+3=82，55+28=83，55+28+1=84，55+28+2=85，55+28+3=86，55+28+1+3=87，55+28+2+3=88，55+28+1+2+3=89，55+28+7=90，55+28+7+1=91，55+28+7+2=92，55+28+7+3=93，55+28+7+1+3=94，55+28+7+2+3=95，55+28+7+1+2+3=96，55+28+14=97，55+28+14+1=98，55+28+14+2=99，55+28+14+3=100，55+28+14+1+3=101，55+28+14+2+3=102，55+28+14+1+2+3=103，55+28+14+7=104，55+28+14+7+1=105，55+28+14+7+2=106，55+28+14+7+3=107，55+28+14+7+3+1=108，55+28+14+7+3+2=109，55+28+14+7+3+2+1=110；
步骤（16）：选定1，2，3，7，14，28，55作为7个基本数据，作为通流面积的百分比。即：假定额定参数下的通流面积为S，则100×S/110作为额定通流面积；S/2作为55%额定通流面积；28×S/110作为28%额定通流面积；14×S/110作为14%额定通流面积；7×S/110作为7%额定通流面积；3×S/110作为3%额定通流面积；2×S/110作为2%额定通流面积；1×S/110作为1%额定通流面积。
步骤（17）：根据额定参数包括（压力、温度、流量），以常温下S/2、28×S/110、14×S/110、7×S/110、3×S/110、2×S/110、1×S/110的通流面积作为流量喷嘴2的喉部面积，根据国家标准制造相同压损的7台相同型式的流量喷嘴2，以保证七个快速转换阀3以不同的组合方式全部开启时，在进出口参数相同的情况下，流体流量能够从0，以每1%的幅度增加到110%，或者以相同的幅度从110%减少到0。
步骤（18）：在每个流量喷嘴2上游20倍管道直径处安装流量调节器1，流量喷嘴2下游10倍管道直径处安装快速转换阀（本快速转换阀3只有全开、全关，两种状态能够在极短时间内转换），7根管道连接到一个缓冲器4中，它能够缓冲1%的流量幅度变化所造成的压力波动。
步骤（2）：确定阀位表：对每一路快速转换阀3编号，通过控制快速转换阀3的开启或关闭，实现流通面积的改变，结果参看表1；
表1.阀位表
步骤（3）：通过步骤（2）确定的阀位表查询实现不同流通面积的快速转换阀开启或关闭情况，从而根据实际需要进行操作。依据阀位表所确定的运行方式，通过改变通流面积，能够稳定、连续、定量的控制流体通过。
试验例：
以热力发电厂蒸汽轮机为例，均为一百万千瓦机组，结果如下：
对照组：采用节流调节，无调节级，额定负荷供电煤耗率为281.5g/kW·h，70%额定负荷供电煤耗率为288.53g/kW·h；
试验组：采用实施例1的节流阀系统节流调节，额定负荷供电煤耗率为280.8g/kW·h，70%额定负荷供电煤耗率为282g/kW·h。
结论：
采用实施例1的节流阀系统后，使机组在部分负荷时供电煤耗率接近额定负荷，大大降低了机组供电煤耗率。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种节流阀系统，其特征在于，包括若干路并联至上游直管段的通道，每一路通道均包括依次连接的流量调节器、流量喷嘴以及快速转换阀，并且，每一路的快速转换阀均通过缓冲器与下游直管段连通，所述快速转换阀包括全开和全关两种状态；
所述通道有7路，流量喷嘴流通面积分别为1％，2％，3％，7％，14％，28％，55％；
假定额定参数下的通流面积为S，则100×S/110作为额定通流面积；S/2作为55％额定通流面积；28×S/110作为28％额定通流面积；14×S/110作为14％额定通流面积；7×S/110作为7％额定通流面积；3×S/110作为3％额定通流面积；2×S/110作为2％额定通流面积；1×S/110作为1％额定通流面积。
2.根据权利要求1所述的一种节流阀系统，其特征在于，所述流量调节器安装于流量喷嘴上游20倍管道直径处，所述快速转换阀安装于流量喷嘴下游10倍管道直径处。
3.根据权利要求1所述的一种节流阀系统，其特征在于，所述流量喷嘴为长颈喷嘴或ISA1932喷嘴，并且，所有流量喷嘴的压损以及型式相同。
4.权利要求1～3任一项所述的一种节流阀系统的工作方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤(1)：选定若干个基本数据，作为每一路快速转换阀流通面积的百分比，额定参数下的通流面积为S，则100×S/110作为额定通流面积，这些基本数据需满足：保证快速转换阀以不同的组合方式全部开启时，在进出口参数相同的情况下，流体流量能够从0，以每1％的幅度增加到110％，或者以相同的幅度从110％减少到0；
步骤(2)：确定阀位表：对每一路快速转换阀编号，通过控制快速转换阀的开启或关闭，实现流通面积的改变；
步骤(3)：通过步骤(2)确定的阀位表查询实现不同流通面积的快速转换阀开启或关闭情况，从而根据实际需要进行操作。
5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，所述步骤(1)中，选定1，2，3，7，14，28，55，共7个基本数据，作为通流面积的百分比；额定参数下的通流面积为S，则100×S/110作为额定通流面积；S/2作为55％额定通流面积；28×S/110作为28％额定通流面积；14×S/110作为14％额定通流面积；7×S/110作为7％额定通流面积；3×S/110作为3％额定通流面积；2×S/110作为2％额定通流面积；1×S/110作为1％额定通流面积；以常温下S/2、28×S/110、14×S/110、7×S/110、3×S/110、2×S/110、1×S/110的通流面积作为流量喷嘴的喉部面积，根据国家标准制造相同压损的7台相同型式的流量喷嘴，以保证七个快速转换阀以不同的组合方式全部开启时，在进出口参数相同的情况下，流体流量能够从0，以每1％的幅度增加到110％，或者以相同的幅度从110％减少到0。
6.根据权利要求4或5所述的工作方法，其特征在于，所述额定参数包括压力、温度和流量。
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