ZJY46H組合式減壓閥在電廠穩(wěn)定運行

                       ZJY46H組合式減壓閥在電廠穩(wěn)定運行

                          上海申弘閥門有限公司

摘 要：ZJY46H組合式減壓閥在電廠穩(wěn)定運行減壓閥是一種自動降低管路工作壓力的專門裝置。它可將閥前管路較高的壓力減到所需的合適壓力，保護(hù)減壓閥閥后的其他元件不被高壓所破壞，同時保護(hù)出口壓力的穩(wěn)定。ZJY46H組合式減壓閥在電廠穩(wěn)定運行可以從中感受到作者在對閥門相關(guān)內(nèi)容的闡述時，處處都是與水力發(fā)電工程的生產(chǎn)運行相、相融合的，這對于在機械制造行業(yè)中從事閥門產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的人員深入理解水電站用閥門的技術(shù)特點是非常寶貴的。因為ZJY46H組合式減壓閥的工作原理的優(yōu)異性，所以ZJY46H組合式減壓閥大減壓比可以達(dá)到12:1本文主要介紹改造前減壓閥存在的問題和改造后新裝置的技術(shù)特點、結(jié)構(gòu)、工作原理以及調(diào)試。
關(guān)鍵字：減壓閥技術(shù)特點 結(jié)構(gòu) 工作原理 ZJY46H組合式減壓閥在電廠穩(wěn)定運行

之前介紹ZJY46H組合式減壓閥減靜壓技術(shù)探討，現(xiàn)在介紹珊溪電廠位于浙江省溫州市文成縣境內(nèi)的飛云江上，電廠總裝機容量200MW，安裝4臺混流式水輪發(fā)電機組，年平均發(fā)電量3.55億kW·h，電廠出線由220kV電壓等級接入華東電網(wǎng)，在華東電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)相和緊急事故備用等作用。全廠設(shè)有一條技術(shù)供水總管，它主要擔(dān)負(fù)著機組的上導(dǎo)、空冷器、推力軸承、水導(dǎo)、主軸密封、下導(dǎo)及變壓器冷卻、消防、生活用水等方面的重要任務(wù)。為了使它們的壓力在正常范圍內(nèi)，這些設(shè)備不被高壓所破壞，在每臺機組的鋼管引水總濾過器出水閥后裝有一臺減壓閥裝置。而原減壓閥采用的是200X型老式組合式減壓閥，由于該閥減壓效果不好造成出口壓力大于機組運行的允許值?，F(xiàn)改為ZJY46H—25Q（Ⅳ）DN400型減壓閥裝置。該減壓閥具有高減壓比、大流量、進(jìn)口壓力適應(yīng)能力強、低噪聲、使用壽命長等優(yōu)點。ZJY46H組合式減壓閥的工作原理是由反饋系統(tǒng)上的控制閥、射流泵控制調(diào)節(jié)腔壓力，使壓力調(diào)節(jié)腔的壓力與主彈簧壓力形成平衡。由于主彈簧壓力不受進(jìn)口壓力P1的影響，所以當(dāng)P1進(jìn)口壓力和流量變化時，總能迅速調(diào)節(jié)主彈簧壓力與壓力調(diào)節(jié)腔的壓力的平衡，使P2出口壓力和流量保持穩(wěn)定。組合式減壓閥是一種在復(fù)雜多變的工況下亦可利用水壓進(jìn)行自我調(diào)節(jié)的減壓閥穩(wěn)壓閥，在進(jìn)口壓力和流量產(chǎn)生變化的時候保持出口的壓力和流量穩(wěn)定。其*實現(xiàn)自力控制，調(diào)試簡單，運行可靠。今天我們來了解一下組合式減壓閥在水電站運行中反沖排污的原理。
    紹了國外以及我國建國以來水電站閥門技術(shù)的發(fā)展情況，系統(tǒng)總結(jié)了作者50年來從事水電站閥門科研、設(shè)計、安裝、運行、維修的實踐經(jīng)驗；對水電站閥門的水力與強度的研究方法及研究成果、結(jié)構(gòu)特點、適用場合、安裝方法、運行經(jīng)驗等作了較完整的闡述；提供了相關(guān)閥門的水力特性數(shù)據(jù)以及已在實踐中采用的各種零部件的結(jié)構(gòu)；詳細(xì)分析了各類閥門及各種零部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)、缺點，提出了我國水電站各類閥門技術(shù)的發(fā)展方向。對于相關(guān)專業(yè)的大中專院校、設(shè)計科研部門、水電設(shè)備制造企業(yè)、閥門制造企業(yè)、水電站等的相關(guān)人員具有較高的參考價值。上海申弘閥門有限公司生產(chǎn)相關(guān)的產(chǎn)品有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,從ZJY46H型組合式減壓閥的工作原理上看，它具有*的的減壓、穩(wěn)壓性能。與常規(guī)差壓橡膠膜片式的減壓閥相比，介質(zhì)過流方向是從上往下，具有更佳的流態(tài)。
但是由于能量消耗的形式體現(xiàn)，運行噪聲和氣蝕的現(xiàn)象不可避免。時代中基的工程師認(rèn)為：通過對ZJY46H組合式減壓閥的工作原理分析，合理的過流面積的幾何形狀可有效地減流阻，同時有效地減少噪聲和氣蝕程度。
因為氣蝕的發(fā)生總是伴隨著噪聲增大，故通過測試閥內(nèi)水流噪聲而可間接判斷氣蝕性能。
通過對試驗臺上的參數(shù)計算，我們對節(jié)流錐的過流面角度進(jìn)行了優(yōu)化升級，并在電站現(xiàn)場試驗中，由2.5MPa減壓至0.7MPa的過程中，成功降低了22.5dB的噪音值?！端娬鹃y門》幾乎包容了國內(nèi)外所有與水電站閥門相關(guān)的技術(shù)，還包含了國內(nèi)很少采用而在國外被廣泛采用的閥種的設(shè)計資料和試驗數(shù)據(jù)，內(nèi)容翔實、分析精辟、數(shù)據(jù)可靠，是一部手冊式專著。本書對進(jìn)行水電站的閥門設(shè)計和科研工作，都具有較高的實用價值。水電站的運行工況比較復(fù)雜，尤其水質(zhì)的好壞直接關(guān)系到設(shè)備的安全運行。針對泥沙含量較大的水電站，除了在減壓閥的過流位置采用不銹鋼材質(zhì)并堆焊鎳基合金防磨蝕外，減壓閥的反沖排污裝置亦能有效地防止反饋控制系統(tǒng)的堵塞，使減壓閥在多泥沙雜物的水質(zhì)中保持良好的工況。（反沖排污系統(tǒng)標(biāo)配為手動控制，根據(jù)水質(zhì)實際情況把握反沖排污頻率，或直接采用PLC自動反沖排污裝置。）設(shè)計、制造、試驗、安裝、運行的全過程，積累了豐富的專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗，書中詳盡地介紹了水力發(fā)電工程中各種閥門的結(jié)構(gòu)特點、工作原理、技術(shù)要求、設(shè)計計算以及驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)和形式試驗方法等。

1 改造前減壓閥裝置存在的一些問題
a.減壓閥經(jīng)過近十年運行，故障率明顯升高，同時備品備件采購日益困難，嚴(yán)重威脅著機組安全運行。b.由于減壓閥采用的時膜片式結(jié)構(gòu)，壓力比為2∶1，出口壓力隨著進(jìn)口壓力的變化、流量的變化而變化；尤其當(dāng)壓力波動較大時，會對閥組造成一定的沖擊、對機組造成很大的損傷，膜片容易被惡劣的工況擊穿，不利于安全運行。
c.反饋系統(tǒng)中的管道與射流泵、控制閥的連結(jié)大小不一，需用過渡連結(jié)，系統(tǒng)的維護(hù)與拆卸不方便。
d.雙反饋系統(tǒng)的切換較為復(fù)雜，要通過四個球閥的切換。
e.反沖排污的操作也顯得較為復(fù)雜，要通過三個球閥的切換。
f.反饋系統(tǒng)控制閥的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相對滑動零部件的摩擦系數(shù)大，影響控制閥的靈敏度。
g.主閥的過流面部分出現(xiàn)氣蝕。
基于減壓裝置存在的以上多種缺陷，電廠技術(shù)人員經(jīng)過討論研究決定利用每臺機組大修的機會，對該裝置進(jìn)行升級改造。
2改造后的減壓裝置的技術(shù)特點
a.減壓比大：原減壓閥的減壓比為3∶1，本閥可達(dá)到8∶1。
b.全活塞式結(jié)構(gòu)，安全可靠性高：主閥和控制閥均為金屬活塞式結(jié)構(gòu)，防止了橡膠膜片因老化而可能出現(xiàn)的安全故障。
c.調(diào)壓范圍大：本減壓閥出口壓力可在0.15～1.2MPa范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，而珊溪電廠的只需在0.3～0.8MPa。
d.過流量大：過流設(shè)計具有*的結(jié)構(gòu)形式，過流面積比同口徑的管道大，過流能力*可以適應(yīng)設(shè)計中已選管道的需要。
e.出口壓力穩(wěn)定：由于采用大剛度彈簧加載和射流泵技術(shù)，從而保證了不管進(jìn)口壓力和出口流量如何變化，減壓閥始終能夠保證出口壓力的穩(wěn)定。
f.對水質(zhì)的適應(yīng)能力強：過流面采用特殊材料和結(jié)構(gòu)，在控制閥上裝有排污裝置，故減壓閥可以適用于任何的水質(zhì)，不會產(chǎn)生氣蝕、磨蝕和堵塞現(xiàn)象。
g.可靠性高：由于裝有雙反饋系統(tǒng)和出口壓力自鎖定裝置，可以保證減壓閥在工作狀態(tài)下相互切換反饋系統(tǒng)，并保證出口壓力不超限，以保護(hù)閥后設(shè)備的安全。
h.運行中，減壓閥無噪音、無振動、無壓力漂移、無卡阻現(xiàn)象。
i.使用壽命長：由于主要部件均采用不銹鋼材料，主彈簧不與水接觸，且無橡膠受力件，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于前減壓閥。
j.安裝、調(diào)試、運行、維護(hù)方便。
3 改造減壓閥裝置的構(gòu)成及原理


3.1減壓閥的型號
珊溪電廠減壓裝置采用的是ZJY46H—25Q（Ⅳ）DN400型減壓閥裝置。其中：
ZJ—公司代號
Y—減壓閥
4—法蘭連結(jié)
6—組合式
H—閥座材料為不銹鋼
25—公稱壓力（MPa）
Q—球墨鑄鐵
Ⅳ—雙反饋、可反沖排污、內(nèi)鎖定保護(hù)型
3.2減壓閥的結(jié)構(gòu)
減壓閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝置為ZJY46H－250Q（Ⅳ）雙反饋減壓閥，主要由主閥、主用反饋系統(tǒng)和備用反饋系統(tǒng)組成。兩個反饋系統(tǒng)呈并聯(lián)式組合。在減壓閥的正常工況下，兩套反饋系統(tǒng)可互為切換，互為備用。而備用的反饋系統(tǒng)，可進(jìn)行拆卸檢修。兩套反饋系統(tǒng)功能均一樣，無主次之分。在工作狀態(tài)中的反饋系統(tǒng)如發(fā)生堵塞，（出口壓力下降）可在減壓閥的工作狀態(tài)中進(jìn)行反饋系統(tǒng)的反向沖洗排污，將污垢排出系統(tǒng)外，使減壓閥恢復(fù)正常工況。



圖1 改造減壓閥結(jié)構(gòu)
3.3減壓閥的工作原理及主要輔助功能介紹
3.3.1 改造減壓閥的工作原理
如圖2所示，P1為減壓閥的進(jìn)口壓力；P2為減壓閥的出口壓力；Pt為減壓閥主閥的彈簧壓力；Pk為減壓閥主閥的壓力調(diào)節(jié)腔壓力；P't為反饋系統(tǒng)控制閥彈簧壓力；Pk'為反饋系統(tǒng)控制閥壓力調(diào)節(jié)腔壓力；H為減壓閥閥座和節(jié)流錐的開啟高度（相當(dāng)于主閥的過流面積）。減壓閥正常工況時，Pt=Pk，控制閥Pt'=Pk'，此時主閥和控制閥的閥座與節(jié)流錐開啟高度H和L都是一個定值（即：過流面積一定、過流量一定）。因此，減壓閥出口壓力相對是一個低壓值P2。



圖2 減壓閥工作原理
在進(jìn)口壓力P1變化時，出口壓力P2是不變的，工作原理如下：
當(dāng)P1上升時，減壓閥的P2+ΔP2首先表現(xiàn)為上升，其值通過反饋系統(tǒng)出口管傳到控制閥，使Pt'+ΔPt'，ΔPt'與Pk'的力達(dá)到新的平衡，控制閥L減?。幌鄳?yīng)ΔPk'壓力增大，經(jīng)壓力導(dǎo)管，使主閥的Pk+ΔPk，Pt=Pk+ΔPk壓力達(dá)到新的平衡，主閥H減小、ΔP2值恢復(fù)為原P2值。當(dāng)進(jìn)口壓力P1下降時，主閥與控制閥的工況則與上述的工況相反。
當(dāng)出口流量Q增大時，減壓閥的工況相當(dāng)于P1下降時的工況。當(dāng)出口流量Q減小時，減壓閥的工況相當(dāng)于P1上升時的工況。
3.3.2 ZJY46H型減壓閥的主要輔助功能介紹
ZJY46H型減壓閥不同于原減壓閥之處在于：反饋系統(tǒng)的抗泥沙、反沖排污、反饋系統(tǒng)的切換及出口壓力安全鎖定功能。
3.3.2.1改造反饋系統(tǒng)的反沖排污工作原理
當(dāng)控制閥的濾網(wǎng)堵塞超過一定程度時，控制閥進(jìn)口的壓力L升高，導(dǎo)致主閥的PK值升高，導(dǎo)致主閥過流面減小，出口壓力P2值減小。此時只要進(jìn)行反沖排污操作，系統(tǒng)就可恢復(fù)正常。如圖3所示：首先關(guān)閉Fa（由于主活塞下方壓力腔被封閉和水的不可壓縮性，主閥的過流面積不變，減壓閥的P2值仍是一個低壓）；其次將控制閥下的三通閥旋轉(zhuǎn)90°，將反饋系統(tǒng)的順向水流關(guān)閉，同時排污口打開；在減壓閥出口壓力的作用下，水流反向，控制閥出口變成進(jìn)口，水流從濾網(wǎng)內(nèi)向外，經(jīng)三通閥排出系統(tǒng)外，同時帶走附著在濾網(wǎng)外的雜質(zhì)；后按關(guān)閉三通閥、打開Fa的順序操作，反饋系統(tǒng)恢復(fù)正常。



圖3 改造反饋系統(tǒng)的反沖排污工作原理
3.3.2.2減壓閥的雙控制反饋系統(tǒng)
為保證減壓閥的安全可靠性，ZJY46H型減壓閥采用雙反饋控制系統(tǒng)（如圖3所示）。在減壓閥工作時互為備用；在工作系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過切換就可投入備用系統(tǒng)；故障系統(tǒng)可在減壓閥的工況下維修，維修完畢，又可作為備用。從而大限度地保證了減壓閥運行的不間斷性。工作原理如圖3所示：系統(tǒng)A處于工作狀態(tài)；系統(tǒng)B處于備用狀態(tài)。系統(tǒng)B的壓力導(dǎo)管控制閥處于關(guān)閉工況；三通切換閥Fc1、Fc2的通道連通A系統(tǒng)。使A系統(tǒng)關(guān)閉、B系統(tǒng)工作的切換時順序為：關(guān)閉Fa，同時旋轉(zhuǎn)Fc1和Fc2至90°；打開Fb。至此，切換完成。
3.3.2.3 減壓閥的安全鎖定
如圖4所示：減壓閥的安全鎖定裝置是由安全拉桿、雙鎖定螺母、調(diào)節(jié)螺桿和活塞組成。在正常工況下，經(jīng)調(diào)整雙鎖定螺母，使其下面與調(diào)節(jié)螺桿的上面留有一個合適的間隙h。減壓閥正常工作時，安全拉桿為空載，不影響正常工況。當(dāng)意外Pk的失壓，在主彈簧的大剛度壓力下節(jié)流錐和閥座的開度為大值時P1、P2壓力相等，高壓水會破壞用水設(shè)備。由于本減壓閥裝有安全鎖定裝置，故在出現(xiàn)上述工況時，h自動消失，節(jié)流錐和閥座的開度被鎖定在一定位置，P2壓力不會與P1等壓，保護(hù)了用水設(shè)備的安全。

改造 組合式減壓閥在水電站運行中反沖排污的原理如下：
1、關(guān)閉球閥：由于水的不可壓縮性，出口壓力P2仍是低壓； 
2、旋轉(zhuǎn)三通排污閥90°，順向水流切斷，在出口壓力P2的作用下水流反向，同時沖出附著在濾網(wǎng)外的雜質(zhì)； 
3、關(guān)閉三通排污閥，打開球閥，反沖排污完成。

組合式減壓閥Y46T是一種利用介質(zhì)自身能量來調(diào)節(jié)與控制管路壓力的智閥門。該閥門減壓，性能穩(wěn)定、安全可靠、安裝調(diào)節(jié)方便，使用壽命長。組合式減壓閥用于生活供水、其它工業(yè)給水系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)閥減壓導(dǎo)閥，即可調(diào)節(jié)主閥的出口壓力。出口壓力不因進(jìn)口壓力、進(jìn)口流量的變化而變化，安全可靠地將出口壓力維持在設(shè)定植上，并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)設(shè)定值達(dá)到減壓的目的。
改造組合式減壓閥Y46T
組合式減壓閥Y46T技術(shù)參數(shù)：
1、公稱壓力：1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa
2、殼體試驗壓力：P=1.5PN
3、密封試驗壓力：P=1.1PN
4、出口壓力：PN1.0MPa調(diào)節(jié)閥0.09~0.8MPa
        PN1.6MPa調(diào)節(jié)閥0.10~1.2MPa
        PN2.5MPa調(diào)節(jié)閥0.15~1.6MPa
5、適用介質(zhì)：水
6、適用溫度：0℃～80℃

圖4 改造減壓閥安全鎖定裝置
4 改造減壓閥的調(diào)試

經(jīng)過ZJY46H組合式減壓閥減壓后的流體通過濾水器過濾后，再通過水力控制閥進(jìn)入各個用水點。如果管道超壓，泄壓閥會充分打開并及時泄壓。 

1、組合式減壓閥在確保機組用水量的前提下，為閥后用水點提供穩(wěn)定可靠的低壓冷卻水。其減壓比大可達(dá)12:1。組合式減壓閥上裝備的反沖排污系統(tǒng)可以適用較差介質(zhì)，安全鎖定系統(tǒng)則可以確保在系統(tǒng)遭受嚴(yán)重?fù)p壞時出口端壓力仍保持低壓。
  2、技術(shù)供水系統(tǒng)上安裝的濾水器，可以為機組提供清潔水源，以防雜質(zhì)進(jìn)入機組造成損壞。濾水器如果安裝在組合式減壓閥之后，用戶可以選擇較小壓力級別的濾水器，但是過多的雜質(zhì)會影響到減壓閥性能的穩(wěn)定發(fā)揮。

3、技術(shù)供水系統(tǒng)上的水力控制閥可以通過快速開啟和緩慢關(guān)閉達(dá)到截斷管道介質(zhì)流動及消除管道水錘壓力的目的。性能良好的水力控制閥在開啟和關(guān)閉的同時可以進(jìn)行反沖排污，確保工況時不卡阻。
  4、技術(shù)供水系統(tǒng)上的泄壓閥能準(zhǔn)確地保持管道的安全壓力，一旦管道超過整定壓力，泄壓閥會充分打開并及時泄壓。性能良好的泄壓閥除了具有反饋系統(tǒng)外，也帶有強制開啟手柄，在萬一的故障時可切換反饋系統(tǒng)或直接手動排放。

a.打開減壓閥后出口閥門1/3左右的開度。
b.逐漸打開減壓閥前進(jìn)口閥門，同時注意進(jìn)、出口壓力表的變化。
c.適當(dāng)調(diào)節(jié)主閥調(diào)節(jié)桿的位置。
d.打開排氣螺栓，排出空氣，再擰緊排氣螺栓。
e.調(diào)節(jié)控制閥調(diào)節(jié)帽，順時針壓力上升逆時針壓力下降，調(diào)到所需壓力，再擰緊調(diào)節(jié)帽上的鎖定螺釘。f.調(diào)整主閥鎖定桿上的鎖定螺母，留一定間隙后緊鎖定螺母。
g.逐漸全開出口閥門，同時留意出口壓力表的變化，其壓力值基本不變。

改造組合式減壓閥Y46T安裝說明：
1、組合式減壓閥前應(yīng)安裝過濾器，以防介質(zhì)中的雜物進(jìn)入減壓閥，影響其性能。
2、裝組合式減壓閥之前必須對管路系統(tǒng)進(jìn)行沖洗清理。以防焊渣，氧化皮等贓物流入閥內(nèi)，影響閥門正常工作。
3、閥應(yīng)安裝在便于操作和維修的地方，并且必須直立安裝在水平管道上，應(yīng)注意使管路中介質(zhì)的流向與閥體上箭頭所示方向一致，切勿反裝。
4、減壓閥在安裝使用時，應(yīng)把旁通管道的截止閥打開，排除管路中的冷凝水和汽水的混合物，以防減壓閥開啟時產(chǎn)生水圾現(xiàn)象損壞減壓閥，當(dāng)無異常現(xiàn)象后，按順時針方向緩慢旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘，將出口壓力調(diào)至所需的壓力(以閥后表壓為準(zhǔn))，調(diào)整后，將鎖緊螺母背緊，擰上防護(hù)罩。
5、減壓閥通常有DN50～DN100等多種規(guī)格，閥前、后的工作壓力分別為＜1MPa和0．1～0．5MPa，調(diào)壓范圍誤差為±5％～10％。
5 結(jié)語
新減壓裝置的設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型、加工工藝等各方面均比原減壓裝置有了很大的提高。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，改造后的減壓裝置更為安全、可靠。易于操作、故障率低、維護(hù)量小，為珊溪電廠和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行奠定了堅實的基礎(chǔ)。與本文相關(guān)的論文：組合式減壓閥如何減靜壓