高水頭電站組合式減壓閥應(yīng)用
上海申弘閥門有限公司
之前介紹小型水電站減壓閥工作原理，現(xiàn)在介紹高水頭電站組合式減壓閥應(yīng)用摘要：
減壓閥的性能，直接影響機(jī)組技術(shù)供水的品質(zhì)，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文針對(duì)ZJY46H型減壓閥和膜片差壓式減壓閥在天生橋二級(jí)電站運(yùn)用的實(shí)際情況，對(duì)兩種類型減壓閥的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，并結(jié)合對(duì)ZJY46H型減壓閥本體及其控制回路的改進(jìn)，說明ZJY46H型減壓閥在高水頭電站運(yùn)用是可行的。
高水頭電站組合式減壓閥應(yīng)用關(guān)鍵詞：水電站 技術(shù)供水 組合式減壓閥 應(yīng)用
1. 概述：
天生橋二級(jí)電站位于廣西隆林縣與貴州安龍縣交界處的南盤江上，總裝機(jī)6×220MW，*機(jī)組于1992年12月投運(yùn)，1994年末一期4臺(tái)機(jī)組全部投運(yùn)，2000年二期2臺(tái)機(jī)組全部投運(yùn)。電站技術(shù)供水系統(tǒng)采用單元供水方式，即兩臺(tái)機(jī)組為一單元，電站初期運(yùn)行技術(shù)供水主供水采用水泵供水，一單元有兩臺(tái)工作泵，一臺(tái)備用泵，水泵運(yùn)行方式設(shè)計(jì)為循環(huán)備用，壓力鋼管減壓供水作為備用供水。在天生橋一級(jí)電站水庫投運(yùn)后，采用壓力鋼管減壓供水作為機(jī)組技術(shù)供水主供水，每臺(tái)機(jī)組壓力鋼管上設(shè)有一個(gè)取水口，各自經(jīng)減壓后接入供水聯(lián)絡(luò)管。但由于電站投運(yùn)初期由于河流內(nèi)泥沙含量較大，導(dǎo)致水泵軸套、密封頻繁損壞，故障率較高，因此在1994年將技術(shù)供水主供水改為壓力鋼管減壓供水，水泵供水為備用供水。
2. 電站相關(guān)參數(shù)：
機(jī)組型式：立軸單輪混流式 高水頭： 機(jī)組技術(shù)供水方式：自流減壓（主供水）、水泵（備用水）； 單機(jī)技術(shù)供水流量：1300m3/h； 單機(jī)供水壓力：0.7MPa（主機(jī)）。 3. 機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介
3.1 技術(shù)供水系統(tǒng)如圖所示，電廠機(jī)組技術(shù)供水為兩套裝置.主供水為自流減壓；備用為水泵供水。圖一中虛線以上部分為自流減壓供水系統(tǒng);以下部分為水泵供水系統(tǒng)。3#、4#、5#、6#機(jī)技術(shù)供水系統(tǒng)與1#、2#機(jī)基本相同。
如圖一所示，由S101-S201 DN300閘閥自電動(dòng)閥分別自壓力鋼管取水，過電動(dòng)閥S102、S202后分別經(jīng)1#機(jī)減壓閥和2#機(jī)減壓閥，減壓后匯到供水總管，再經(jīng)濾水器分別供至1#、2#機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)。
在S101和S102之間聯(lián)接1#制冷減壓閥供廠房空調(diào)用水；在減壓閥出口裝有安全泄壓
閥。S102和S202是DN300電動(dòng)閘閥，控制機(jī)組供水減壓閥的啟閉?？偣苌系腟D001是其它機(jī)組供水系統(tǒng)的隔離閥，便于各供水系統(tǒng)之間的相互切換。
減壓閥的出口壓力整定值為0.7MPa，再由機(jī)組各用用戶閥調(diào)至所需的壓力。水電站上、下游水位的差值。上游水位減去下游水位稱毛水頭。毛水頭減去水頭損失，稱凈水頭。水頭損失是指上游水流由取水口(前池或調(diào)壓井處)經(jīng)高壓管道至蝸殼進(jìn)口斷面這一過程中的局部水頭損失和沿程損失之和。由于水電站上、下游水位是經(jīng)常變化的，年內(nèi)上、下游不同水位實(shí)際出現(xiàn)的各種組合將形成不同的水頭值，其中數(shù)值大者為大水頭，數(shù)值小者為小水頭。平均水頭可用不同的公式計(jì)算，簡(jiǎn)單的方法是取大水頭和小水頭的算術(shù)平均值。水電站上游引水進(jìn)口斷面和下游尾水出口斷面之間的單位重量水體所具有的能量差值，常以米(m)計(jì)量。一般以兩處斷面的水位差值表示，稱為水電站毛水頭。從毛水頭中扣除引水系統(tǒng)各項(xiàng)水頭損失后，即得水電站凈水頭。水電站水頭和引用流量是構(gòu)成水電站發(fā)電能力的兩個(gè)主要?jiǎng)恿σ蛩?，常用的特征水頭如下。
水頭
①大水頭
即水電站上下游水位中可能同期出現(xiàn)的大差值。它是水電站建筑物設(shè)計(jì)和水輪機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)的一項(xiàng)重要數(shù)據(jù)。
②小水頭
即水電站上下游水位中可能同期出現(xiàn)的小差值。它是水輪發(fā)電機(jī)在效率降低的情況下，保證水輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的低水頭。
③平均水頭
一般以算術(shù)平均水頭表示，有時(shí)也用電能加權(quán)平均水頭表示。前者是水庫徑流調(diào)節(jié)后各時(shí)段的水頭累計(jì)值除以總時(shí)段數(shù)。后者是將徑流調(diào)節(jié)后各時(shí)段的水頭，乘以相應(yīng)時(shí)段的出力，累計(jì)后再除以計(jì)算期的總出力。水電站平均水頭和電能加權(quán)平均水頭，用于確定水輪發(fā)電機(jī)或水泵水輪機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，如直徑和轉(zhuǎn)速等。
④設(shè)計(jì)水頭
中國現(xiàn)以水電站運(yùn)行中能保證水輪發(fā)電機(jī)發(fā)足額定容量的小水頭為設(shè)計(jì)水頭。歐美各國則稱之為水電站額定水頭，蘇聯(lián)稱之為計(jì)算水頭。當(dāng)水電站運(yùn)行水頭小于設(shè)計(jì)水頭時(shí)，機(jī)組出力達(dá)不到額定出力，因此它是選擇水輪機(jī)尺寸的一個(gè)基本數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)水頭應(yīng)通過比較分析確定。歐美各國有時(shí)也把水輪機(jī)率相應(yīng)的水頭稱之為設(shè)計(jì)水頭。
基本性能
(1)調(diào)壓范圍：它是指減壓閥輸出壓力P2的可調(diào)范圍，在此范圍內(nèi)要求達(dá)到規(guī)定的精度。調(diào)壓范圍主要與調(diào)壓彈簧的剛度有關(guān)。
(2)壓力特性：它是指流量g為定值時(shí)，因輸入壓力波動(dòng)而引起輸出壓力波動(dòng)的特性。輸出壓力波動(dòng)越小，減壓閥的特性越好。輸出壓力必須低于輸入壓力—定值才基本上不隨輸入壓力變化而變化。
(3)流量特性：它是指輸入壓力—定時(shí)，輸出壓力隨輸出流量g的變化而變化的持性。當(dāng)流量g發(fā)生變化時(shí)，輸出壓力的變化越小越好。一般輸出壓力越低，它隨輸出流量的變化波動(dòng)就越小。
對(duì)于中高水頭水電站而言，自流減壓供水方式是為經(jīng)濟(jì)的技術(shù)供水方式。而減壓閥是水電站機(jī)組自流減壓技術(shù)供水系統(tǒng)的重要消能部件，其性能的優(yōu)劣直接影響著機(jī)組技術(shù)供水的正常供應(yīng)乃至整個(gè)電站的安全運(yùn)行。
上海申弘閥門有限公司生產(chǎn)的氣體減壓閥，水減壓閥，減壓閥在正常工作時(shí)，閥芯表面上端面處會(huì)發(fā)生明顯空化現(xiàn)象，且空泡大體積分?jǐn)?shù)為0．537％，距離閥芯約1m的監(jiān)測(cè)點(diǎn)(點(diǎn)13)的聲壓級(jí)約為77dB。 根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步開展了減壓閥節(jié)流錐型線優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的減壓閥在保證減壓效果的同時(shí)，空化性能有所改善并且噪聲有一定的下降，達(dá)到了優(yōu)化的目的。 在上述研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了二級(jí)減壓方案，并對(duì)二級(jí)減壓方案中所采用的兩級(jí)減壓進(jìn)行了流場(chǎng)、空化及噪聲數(shù)值仿真計(jì)算。與一級(jí)減壓方案相比，兩級(jí)減壓方案中減壓閥的流場(chǎng)均有效改善，低壓區(qū)有效減小，閥芯附近大空泡體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一級(jí)方案，有較好的空化性能，并且減壓閥附近的噪聲相對(duì)一級(jí)減壓方案降低，表明二級(jí)減壓方案優(yōu)于一級(jí)方案。
3.3 機(jī)組主用技術(shù)供水更改原因
電廠常年水頭約200m,就經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度出發(fā)，以水泵作為主供水更為合算。原設(shè)計(jì)就是以水泵供水為主供水。但因泥沙磨損、水泵故障、停機(jī)維修等方面的原因，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用高；同時(shí)，因故障停機(jī)維修，導(dǎo)致了電網(wǎng)供電不正常，而且，維修維護(hù)工作量大。故于1994年改為自流減壓供水為機(jī)組主供水。
4. 減壓系統(tǒng)穩(wěn)壓閥應(yīng)用簡(jiǎn)介
天生橋二級(jí)電站使用的ZJY46H-25Q型自流減壓系統(tǒng)減壓穩(wěn)壓閥共13臺(tái)。其中：ZJY46H-25Q/Ⅴ DN300×6臺(tái)用于主機(jī)供水，出口壓力可調(diào)節(jié)值為0.3-0.9MPa，整定值為0.7MPa；ZJY46H-25Q/Ⅴ DN250×2臺(tái)用于廠房空調(diào)供水，出口壓力可調(diào)節(jié)值為0.3-0.9MPa，整定值為0.4MPa； ZJY46H-25Q/Ⅴ DN150×2臺(tái)用于廠房生活用水，出口壓力可調(diào)節(jié)值為0.3-0.6MPa，整定值為0.3MPa；ZJY46H-25Q/Ⅴ DN100×3臺(tái)用于家屬區(qū)生活用水出口壓力可調(diào)節(jié)值為0.3-0.6MPa，整定值為0.35MPa。 5. 機(jī)組自流減壓技術(shù)供水運(yùn)行過程
天生橋二級(jí)電站于建站初期使用的減壓閥，為1994年3月安裝的德國進(jìn)口Y43H-25C DN300的先導(dǎo)活塞式減壓閥，因試運(yùn)行時(shí)噪聲、振動(dòng)、出口壓力波動(dòng)等原因不能滿足運(yùn)行要求而停止運(yùn)行；1996年1月安裝ZJY46H-25Q DN300減壓閥，調(diào)試后滿足運(yùn)行要求投入機(jī)組運(yùn)行；1996年7月，解體檢修因ZJY46H-25Q減壓閥時(shí)，發(fā)現(xiàn)ZJY46H-25Q減壓閥的組合式節(jié)流錐嚴(yán)重磨損較嚴(yán)重而停運(yùn)，8月改用廠家改進(jìn)的抗蝕型堆焊鎳基合金的整體節(jié)流錐后繼續(xù)投運(yùn)；1997年ZJY46H-25Q減壓閥改裝為安全性、可靠性更高的可反沖排污雙反饋系統(tǒng)和出口壓力安全鎖定系統(tǒng)；1999年在電廠旁的中山包電站改用國外某品牌膜片差壓式減壓閥試運(yùn)行，因膜片擊穿而停用國外某品牌膜片差壓式減壓閥，恢復(fù)使用ZJY46H-25Q型減壓閥運(yùn)行；2005年，ZJY46H-25Q減壓閥控制系統(tǒng)控制先導(dǎo)閥改為廠家提供的新型活塞式先導(dǎo)閥，安全運(yùn)行至今。
6. 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
天生橋發(fā)電總廠機(jī)組自流減壓技術(shù)供水系統(tǒng)自1996年始，安全運(yùn)行至今，我們主要做以下幾點(diǎn)工作。即本文基于某電站技術(shù)供水系統(tǒng)，基于商業(yè)CFD軟件較系統(tǒng)地開展了減壓閥內(nèi)部流動(dòng)的流場(chǎng)特性、空化特性及噪聲性能數(shù)值研究，完成的主要工作如下： 三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，所選用的減壓閥可以滿足該電站對(duì)技術(shù)供水水壓的要求，水流在通過閥芯與閥座之間的過流區(qū)域時(shí)流速被加劇從而導(dǎo)致較大的壓力降。減壓閥在正常工作時(shí)，閥芯表面上端面處會(huì)發(fā)生明顯展開 對(duì)于中高水頭水電站而言，自流減壓供水方式是為經(jīng)濟(jì)的技術(shù)供水方式。而減壓閥是水電站機(jī)組自流減壓技術(shù)供水系統(tǒng)的重要消能部件，其性能的優(yōu)劣直接影響著機(jī)組技術(shù)供水的正常供應(yīng)乃至整個(gè)電站的安全運(yùn)行。本文基于某電站技術(shù)供水系統(tǒng)，基于商業(yè)CFD軟件較系統(tǒng)地開展了減壓閥內(nèi)部流動(dòng)的流場(chǎng)特性、空化特性及噪聲性能數(shù)值研究，完成的主要工作如下： 三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，所選用的減壓閥可以滿足該電站對(duì)技術(shù)供水水壓的要求，水流在通過閥芯與閥座之間的過流區(qū)域時(shí)流速被加劇從而導(dǎo)致較大的壓力降。
1、系統(tǒng)減壓閥合理的選型；
2、及時(shí)地與制造商作相關(guān)技術(shù)的互動(dòng)；
3、供水重點(diǎn)部位的重點(diǎn)巡檢；
4、做好減壓閥定期的維護(hù)保養(yǎng)工作。
6.1 系統(tǒng)減壓閥合理的選型
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