節(jié)流孔板的原理

1、節(jié)流孔板的原理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，其原理是：流體在管道中流動(dòng)時(shí)，由于孔板的局部阻力，使得流體的壓力降低，能量損耗，該現(xiàn)象在熱力學(xué)上稱為節(jié)流現(xiàn)象。該方式比采用調(diào)節(jié)閥要簡(jiǎn)單，但必須選擇得當(dāng)，否則，液體容易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，影響管道的安全運(yùn)行。 1汽蝕現(xiàn)象 節(jié)流孔板的作用，就是在管道的適當(dāng)?shù)胤綄⒖讖阶冃?，?dāng)液體經(jīng)過(guò)縮口，流束會(huì)變細(xì)或收縮。流束的最小橫斷面出現(xiàn)在實(shí)際縮口的下游，稱為縮流斷面。在縮流斷面處，流速是最大的，流速的增加伴隨著縮流斷面處壓力的大大降低。當(dāng)流束擴(kuò)展進(jìn)入更大的區(qū)域，速度下降，壓力增加，但下游壓力不會(huì)完全恢復(fù)到上游的壓力，這是由于較大內(nèi)部紊流和能量消耗的結(jié)果

2、。如果縮流斷面處的壓力pvc降到液體對(duì)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，壓力越低，汽泡越多。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)產(chǎn)生，液汽兩相混合存在，這種現(xiàn)象就是閃蒸。如果下游壓力恢復(fù)到高于液體的飽和蒸汽壓力，汽泡在高壓的作用下，迅速凝結(jié)而破裂，在汽泡破裂的瞬間，產(chǎn)生局部空穴，高壓水以極高的速度流向這些原汽泡占有的空間，形成一個(gè)沖擊力。由于汽泡中的氣體和蒸汽來(lái)不及在瞬間全部溶解和凝結(jié)，在沖擊力作用下又分成小汽泡，再被高壓水壓縮、凝結(jié)，如此形成多次反復(fù)，并產(chǎn)生一種類似于我們可以想象的砂石流過(guò)管道的

3、噪音，此種現(xiàn)象稱為空化（見(jiàn)圖2）。流道材料表面在水擊壓力作用下，形成疲勞而遭到嚴(yán)重破壞。我們把汽泡的形成、發(fā)展和破裂以致材料受到破壞的全部過(guò)程稱為汽蝕現(xiàn)象。 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，由于介質(zhì)為汽水兩相流，介質(zhì)比容和流速成倍增加，沖刷表面磨損相當(dāng)厲害，其表現(xiàn)為沖刷面有平滑拋光的外形。閃蒸也產(chǎn)生噪音和振動(dòng)，但其聲級(jí)值一般為80 dB以下，不超出規(guī)范規(guī)定的許可范圍?？栈瘎t不然，汽泡破裂和高速?zèng)_擊會(huì)引起嚴(yán)重的噪音，管道振動(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，沖擊頻率可達(dá)每秒幾萬(wàn)次，在短時(shí)間內(nèi)就可能引起沖刷面的嚴(yán)重?fù)p壞，其表現(xiàn)為沖刷

4、面會(huì)產(chǎn)生類似于煤渣的粗糟表面。而且，由液體中逸出的氧氣等活性氣體，借助汽泡凝結(jié)時(shí)放出熱量，也會(huì)對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕作用。 不管是閃蒸還是空化，都會(huì)對(duì)管道造成不同程度的損害，對(duì)安全運(yùn)行均是不利的，因此，選擇節(jié)流孔板時(shí)應(yīng)避免這兩種情況的發(fā)生。由于孔板下游的壓力往往高于液體的飽和蒸汽壓力，因此，選擇節(jié)流孔板時(shí)，最主要是防止空化的產(chǎn)生。 2 防止流體產(chǎn)生汽蝕的方法 對(duì)于汽蝕，沖刷面換用高級(jí)材料不是徹底解決問(wèn)題的辦法，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)生的一項(xiàng)根本措施。對(duì)于壓降較大的管道，可通過(guò)多級(jí)降壓，確保介質(zhì)經(jīng)過(guò)每一個(gè)縮流斷面時(shí)壓力都大于液體的飽和蒸汽壓力

5、。 3 節(jié)流孔板壓差的計(jì)算 為了計(jì)算節(jié)流孔板的壓差，需引入一個(gè)新的概念阻塞流壓差ps。當(dāng)孔板兩端的壓差p增加時(shí)，流量qm也增加，當(dāng)壓差p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加，即形成所謂阻塞流現(xiàn)象。此時(shí)，孔板兩端的壓差稱為阻塞流壓差ps。當(dāng)節(jié)流孔板的實(shí)際壓差p小于其對(duì)應(yīng)的ps時(shí)，就可避免閃蒸或汽蝕的發(fā)生。當(dāng)管道兩端壓差較大時(shí)，可采用多級(jí)減壓，但每一級(jí)節(jié)流孔板的實(shí)際壓差p均應(yīng)小于本級(jí)入口對(duì)應(yīng)的ps。 根據(jù)文獻(xiàn)，多級(jí)節(jié)流孔板的的壓降按幾何級(jí)數(shù)遞減，當(dāng)?shù)?級(jí)節(jié)流孔板實(shí)際壓降為p1時(shí)，第2級(jí)孔板減壓至p1/2，第3級(jí)孔板減壓至p1

6、/22，第4級(jí)孔板減壓至p1/23，第n+1級(jí)孔板減壓至p1/2n，直減到末級(jí)孔板后壓力接近所需壓力為止。 以某廠凝補(bǔ)泵再循環(huán)管為例，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)管道振動(dòng)大。分析原因?yàn)椋耗a(bǔ)泵在正常運(yùn)行時(shí)，出口壓力約1.5 MPa，補(bǔ)給水箱進(jìn)口處的壓力約0.12 MPa，當(dāng)泵出口的除鹽水經(jīng)再循環(huán)管回流至補(bǔ)給水箱時(shí)，由于壓差較大，且管道上只裝了一個(gè)電動(dòng)閘閥而非調(diào)節(jié)閥，因此引起振動(dòng)。為了減少振動(dòng)，在第一次設(shè)計(jì)變更中，采用增加節(jié)流孔板的方式，實(shí)際運(yùn)行后，泵出口的管道振動(dòng)有所改善，但節(jié)流孔板后的管道出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。說(shuō)明靠增加節(jié)流孔板來(lái)進(jìn)行降壓的思路是對(duì)的，但孔板的選擇應(yīng)有所調(diào)整。 3.1孔板級(jí)數(shù)的確定 考慮管

7、道受靜壓差44.012 kPa的影響，孔板兩端最大壓差 式（1）至式（3）中： p1孔板入口壓力； pc熱力學(xué)臨界壓力，對(duì)于水，pc=22.5 MPa； FL液體壓力恢復(fù)系數(shù)，暫定為0.9； FF臨界壓力比系數(shù)。 由于p1=1.5 MPa，p2=0.165 MPa，20 時(shí)pv=2.338 5 kPa，根據(jù)式（1）至式（3），得p=1335 MPa，ps=1213 MPa。由于pps，且p2pv，所以采用1級(jí)節(jié)流孔板將產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。為了避免汽蝕的發(fā)生，至少應(yīng)裝2級(jí)節(jié)流孔板。 3.2孔板壓降的確定 根據(jù)前面的分析，當(dāng)采用1級(jí)節(jié)流時(shí)，孔板壓差大于阻塞流壓差，采用多級(jí)節(jié)流降壓后，第1級(jí)節(jié)流孔板的實(shí)際

8、壓差應(yīng)小于阻塞流壓差，其壓差的大小取決于第2級(jí)孔板，多級(jí)節(jié)流孔板的壓降按幾何級(jí)數(shù)遞減。因此，若采用2級(jí)節(jié)流孔板，則 其中p1=0.89 MPa，p2=p1/2=0.445 MPa。 為了防止節(jié)流孔板發(fā)生汽蝕，應(yīng)以阻塞流壓差ps為準(zhǔn)則，驗(yàn)算各級(jí)節(jié)流孔板壓差：第一級(jí)孔板的阻塞流壓差ps1=1.213 MPap1；第二級(jí)孔板的阻塞流壓差ps2=0.92×(1.50.89)MPa0.957×0.002 338 5MPa=0.492 3 MPap2。因此，每級(jí)節(jié)流孔板后都不會(huì)出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，采用2級(jí)節(jié)流孔板是合理的。 4節(jié)流孔板孔徑的計(jì)算 根據(jù)DL/T 50541996火力發(fā)電廠汽水管

9、道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定，水管道節(jié)流孔板孔徑可按下式計(jì)算： （4）式中：dk節(jié)流孔板的孔徑； 水的密度。 舉個(gè)例子，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，正常運(yùn)行時(shí)熱井的補(bǔ)水量約20 t/h，泵出口壓力約1.5 MPa，扣除泵進(jìn)口壓力，揚(yáng)程約134 m，查性能曲線，對(duì)應(yīng)的流量為136.8 t/h，即經(jīng)再循環(huán)管回流至補(bǔ)給水箱的除鹽水量約116 t/h。根據(jù)式（4）得：第1級(jí)節(jié)流孔板孔徑dk1=40.68 mm，取40.7 mm；第2級(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)計(jì)變更時(shí)，流量按常規(guī)泵的再循環(huán)量（最大流量的30%）選取，取60 t/h，且壓降沒(méi)按幾何級(jí)數(shù)遞減考慮，兩級(jí)孔板孔

10、徑均為33 mm。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，經(jīng)再循環(huán)管回流至補(bǔ)給水箱的除鹽水量應(yīng)約116 t/h，但由于節(jié)流孔板的限流作用，流經(jīng)再循環(huán)管的水量最大只能是第2級(jí)節(jié)流孔板阻塞流時(shí)的流量。因第2級(jí)節(jié)流孔板后的壓力大于液體的飽和蒸汽壓力，故第2級(jí)節(jié)流孔板后出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，管道產(chǎn)生較大振動(dòng)和噪音。 在實(shí)際工程應(yīng)用中，將多級(jí)節(jié)流孔板用于減壓系統(tǒng)是切實(shí)可行的，為了防止管道發(fā)生汽蝕，選擇節(jié)流孔板時(shí)，一定要根據(jù)管道的實(shí)際情況，計(jì)算出孔板數(shù)量和孔徑限流孔板限流孔板是在工藝流程中，為了限制某種介質(zhì)的流量時(shí)，而在介質(zhì)管路中安裝具有極小孔徑的限流元件，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 安裝方便，限流性能可靠的優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛采用。根據(jù)用戶要求可以

11、單獨(dú)供應(yīng)限流件，也可以配套供應(yīng)安裝法蘭，還可以供應(yīng)前后直管段。主要技術(shù)參數(shù)：1、 公稱壓力：1.032MPa2、 公稱通徑:10500mm單片限流孔板LGBX-10300單級(jí)限流孔板LGBX-30/6969/69高溫節(jié)流桿LGBX-15/6929/69疏水管多級(jí)限流孔板LGBX-1/6914/69給水泵再循環(huán)多級(jí)節(jié)流孔板LGBX-1/3131/31單片限流孔板LGBX-10300疏水管用多級(jí)節(jié)流孔板LGBX-1/6914/69高溫節(jié)流桿LGBX-15/6929/69單級(jí)節(jié)流孔板LGBX-30/6969/69 給水泵再循環(huán)多級(jí)節(jié)流裝置LGBX-1/3131/3111、LGKJ系列環(huán)形孔板環(huán)形孔板主要由測(cè)量管及與測(cè)量管同軸的圓板節(jié)流件所組成,兩者之間在節(jié)流件下游側(cè)用支撐架連接,因此在測(cè)量管與圓板節(jié)流件之間形成了一個(gè)環(huán)形流通截面,稱之為環(huán)形孔板,從根本上消除了常規(guī)孔板的滯流區(qū)和積存區(qū),特別適用于測(cè)量煤氣、廢氣、紙漿、礦漿、原油、污水、化工溶液等介質(zhì)流量。供貨范圍公稱壓力：0.632MPa公稱直徑：403000環(huán)形孔板 典型型號(hào)：    LGKJ-200（219×6）-4保溫形環(huán)形孔板 40Dn600 典型型號(hào)：   LGKJ-400（426×8）-4