天生橋二級(jí)電站組合式減壓閥

之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹天生橋二級(jí)電站組合式減壓閥天生橋二級(jí)電站減壓閥運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響著機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)的可靠性和安全性，進(jìn)而影響機(jī)組各部位（上導(dǎo)、下導(dǎo)及推力、水導(dǎo)及轉(zhuǎn)子等）的安全穩(wěn)定運(yùn)行，它是水輪發(fā)電機(jī)組為重要的輔助設(shè)備之一。本文從理論上分析射流泵、控制閥及主閥的工作原理，淺談減壓閥在技術(shù)供水中的實(shí)際應(yīng)用，從理論上分析近幾年減壓閥在運(yùn)行維護(hù)、調(diào)試中遇到的異常情況并提出解決方法，為遇到同類問題提供借鑒方法。
天生橋二級(jí)電站組合式減壓閥關(guān)鍵詞：減壓閥 技術(shù)供水系統(tǒng) 問題 原理 應(yīng)用 方法
1. 天生橋二級(jí)電站組合式減壓閥概述
天生橋二級(jí)電站裝設(shè)6臺(tái)220MW立軸混流式機(jī)組，機(jī)組高水頭204m，額定水頭176m，低水頭174m，額定流量139.8m³/s，額定轉(zhuǎn)速200r/min，單機(jī)技術(shù)供水流量約1300 m³/h。機(jī)組技術(shù)供水主要是為保證運(yùn)行設(shè)備（上導(dǎo)軸承、推力和下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承及發(fā)電機(jī)空氣冷卻器等）的冷卻。天生橋二級(jí)電站機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)采用單元供水方式，共分為三個(gè)單元，即兩臺(tái)機(jī)組為一單元，每一個(gè)單元分2臺(tái)減壓閥和3臺(tái)技術(shù)供水泵。電站主供水方式為減壓閥供水，技術(shù)供水泵供水為備用供水；減壓閥取水口在壓力鋼管段（機(jī)組進(jìn)水蝶閥前部），壓力水經(jīng)減壓閥減壓至0.68～0.72MPa，再到經(jīng)濾水器供到用戶；技術(shù)供水泵從尾水取水到濾水器，然后到用戶。
本電站機(jī)組供水進(jìn)口壓力隨水頭的變化范圍在1.8MPa～2.0MPa，而減壓閥的出口壓力要求范圍是0.68～0.72MPa。上導(dǎo)冷卻器進(jìn)口水壓0.31MPa，推力冷卻器進(jìn)口水壓0.40MPa，空氣冷卻器進(jìn)口水0.42MPa，水導(dǎo)冷卻器進(jìn)口水壓0.36～0.42MPa，主軸密封進(jìn)口水壓<0.30MPa。

2. 減壓閥的理論性分析
天生橋二級(jí)電站技術(shù)供水選用XFY46T-25Q型帶雙反饋控制系統(tǒng)的減壓閥，此減壓閥公稱直徑為300mm，公稱壓力為2.5MPa，出口壓力0.5-1.0MPa。減壓閥主要由主閥和雙反饋控制系統(tǒng)構(gòu)成；主閥主要由調(diào)節(jié)螺桿、鎖釘桿、主閥彈簧、活塞、節(jié)流錐等組成；反饋控制系統(tǒng)主要由射流泵、控制閥、手閥等組成。（圖1：減壓閥工作原理）。此減壓閥隨進(jìn)口壓力和出口流量發(fā)生變化時(shí)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)保持出口壓力在一定的范圍內(nèi)。要了解減壓閥的工作原理，須先了解反饋系統(tǒng)的工作原理。圖1：減壓閥工作原理圖
2.1 反饋系統(tǒng)中射流泵的理論性分析
射流泵是依靠一定壓力的工作流體通過噴嘴高速噴出帶走被輸送的流體的泵。以下能量方程使用以通過噴嘴中心線0-0的水平面為基準(zhǔn)面，并假定工作流體在進(jìn)口處的位能、壓力、流速始終保持不變，即為恒定流；并根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者在推導(dǎo)射流泵基本方程時(shí)，假定工作流體與被抽流體在射流泵喉管進(jìn)口斷面c-c斷面（見圖2：射流泵和控制閥工作原理圖）未發(fā)生混合，因而從b-b斷面到c-c斷面射流斷面不變，喉管出口斷面d-d斷面處流速分布均勻，從而簡化射流泵的理論性分析。

如圖所示，活塞式減壓閥是由主閥和反饋系統(tǒng)組成，圖中所示為功能代號(hào)4的產(chǎn)品，雙反饋，可反沖排污，內(nèi)鎖定保護(hù)型。組合式減壓閥是專為復(fù)雜工況下運(yùn)行的供水系統(tǒng)量身設(shè)計(jì)的減壓設(shè)備，由出口壓力鎖定系統(tǒng)，反饋統(tǒng)，和主閥閥體組成。組合式減壓閥與常規(guī)減壓閥的區(qū)別在于：
1、反沖排污系統(tǒng)可適用更多不佳水質(zhì)；
2、出口壓力鎖定系統(tǒng)可以鎖定出口壓力上限；
3、大過流量超過5000m3/h，大應(yīng)用單機(jī)800MW）
4、減壓比大值可達(dá)到12:1，高應(yīng)用水頭320米
5、反饋系統(tǒng)互為備用可供不停機(jī)檢修。

1.組合式減壓閥出口壓力鎖定工作原理：
組合式減壓閥是專為復(fù)雜工況下運(yùn)行的供水系統(tǒng)量身設(shè)計(jì)的減壓設(shè)備，由出口壓力鎖定系統(tǒng)，反饋統(tǒng)，和主閥閥體組成。
    每一臺(tái)合格的減壓閥閥體均經(jīng)受了超過60分鐘的1.5倍強(qiáng)壓實(shí)驗(yàn)，*杜絕閥體缺陷，即使歷經(jīng)連續(xù)運(yùn)行也不會(huì)出現(xiàn)破裂漏水等故障。 出口壓力內(nèi)鎖定裝置是為防止反饋系統(tǒng)遭受意外損壞后，在主活塞下方失壓時(shí)，保持出口壓力P2值安全的剛性保護(hù)裝置。
 2、組合式減壓閥自動(dòng)調(diào)節(jié)原理：
 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(shí)候保持出口的壓力和流量穩(wěn)定。其*實(shí)現(xiàn)自力控制，調(diào)試簡單，運(yùn)行可靠。
 3、組合式減壓閥的雙反饋切換原理：
組合式減壓閥的反饋系統(tǒng)是根據(jù)減壓閥出口壓力的變化信號(hào)來控制過流面積（節(jié)流錐開度）的獨(dú)立系統(tǒng)。減壓閥裝備有互為備用的雙反饋系統(tǒng)，啟用A系統(tǒng)即停用B系統(tǒng)的運(yùn)行模式可以達(dá)到減壓閥不停機(jī)檢修的目的。
4、 組合式減壓閥反沖排污工作原理：
水電站的運(yùn)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(yùn)行。針對(duì)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(dòng)控制，根據(jù)水質(zhì)實(shí)際情況把握反沖排污頻率，或直接采用PLC自動(dòng)反沖排污裝置。）

圖2：射流泵和控制閥工作原理圖
對(duì)a-a和b-b斷面利用不可壓縮實(shí)際液體恒定流的總能量方程可得：
如圖3：射流泵內(nèi)部壓力變化圖
綜上所述：
① 各個(gè)斷面的壓能有下述關(guān)系：Ha>Hb，Hb>Hc，Hc
② 由此可得出射流泵內(nèi)部壓力變化圖（如圖3：射流泵內(nèi)部壓力變化圖，hw為水頭損失）。
由此可以得出結(jié)論：正常工作狀態(tài)下，當(dāng)工作流體流量增大時(shí)，真空度Hs的值就會(huì)增大，形成
的負(fù)壓就越大，被抽流體的流量qs就會(huì)增加，f-f斷面被抽流體的速度νs就會(huì)增加，根據(jù)
psαsν2sHf=zs??能量方程可知，ps比先前值將會(huì)降低，從而減壓閥主閥內(nèi)腔的壓力Pk會(huì)減小；反之，?g2g
工作流體的流量減小，真空度Hs的值就會(huì)減小，減壓閥主閥內(nèi)腔的壓力Pk會(huì)升高；而工作流體流量的大小由控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.2 反饋系統(tǒng)中控制閥的理論性分析
控制閥主要是調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)管路中的流量，從而改變管路中的流速，進(jìn)而調(diào)節(jié)射流泵中的真空度Hs，終調(diào)節(jié)主閥內(nèi)腔中的壓強(qiáng)Pk，來調(diào)節(jié)主閥的開度，達(dá)到調(diào)節(jié)減壓閥出口壓力的目的。控制閥的活塞受力可簡化為受彈簧壓力Ft和控制閥活塞內(nèi)腔的壓力Fk（忽略摩擦力和活塞重力），即Ft=Fk（如圖2：射流泵和控制閥工作原理）。彈簧彈力Ft：可通過調(diào)節(jié)控制閥上端的調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)其大小，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)控制閥調(diào)節(jié)螺帽，F(xiàn)t增大（控制閥調(diào)節(jié)螺栓的螺紋是反螺紋，順時(shí)針擰調(diào)節(jié)螺栓，彈簧壓片會(huì)向下移動(dòng)壓縮彈簧）；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)Ft則減小。
控制閥活塞內(nèi)腔的壓力Fk與減壓閥出口壓力P2有關(guān)，P2增大，P2會(huì)增大，壓力水通過活塞進(jìn)口孔（孔很小）進(jìn)入活塞內(nèi)腔，使活塞內(nèi)腔壓強(qiáng)Pk增大，F(xiàn)k則增大；反之P2降低，F(xiàn)k則降低。
當(dāng)正常工況下，F(xiàn)k與Ft其中之一發(fā)生變化，控制閥的活塞就會(huì)上下移動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥的開度，重新達(dá)到新的平衡時(shí)，調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)管路中的過流量就會(huì)變化。根據(jù)射流泵工作原理可知，反饋系統(tǒng)管路中的過流量增大，是由于工作流體的流量增大的緣故；反之，反饋系統(tǒng)管路中的流量減小，是由于工作流體的流量減小的緣故。

2.3主閥的理論性分析 
圖4：減壓閥受力分析圖4：為減壓閥受力分析圖，其P1為減壓閥進(jìn)口壓力，P2為減壓閥出口壓力，由于節(jié)流錐處于動(dòng)水中受力分析比較復(fù)雜，下表面可簡化為靜水壓力分析，上表面將動(dòng)水壓力簡化為一個(gè)力F1y?，F(xiàn)省略減壓閥各部位的摩擦力，減壓閥的活塞及其節(jié)流錐主要受以下作用力：活塞上表面的壓力Ft、活塞下表面的壓力Fk、自身重力G、閥座對(duì)節(jié)流錐壓力F、節(jié)流錐上表面的動(dòng)水壓力F1y、節(jié)流錐下表面的壓力F2y，當(dāng)減壓閥處于平衡狀態(tài)有以下關(guān)系：

Ft+F1y+G+F=F2y+Fk （2.3.1）
①
② 當(dāng)減壓閥在正常工作狀態(tài)時(shí)，主閥處于開啟狀態(tài)，則F=0，G為定值； F1y與減壓閥進(jìn)口壓力和流速有關(guān)，F(xiàn)2y=?dF2y?
AA2y?p2dA2y，F(xiàn)2y與減壓閥出口壓力有關(guān)；根據(jù)
實(shí)際經(jīng)驗(yàn)F1y、F2y可當(dāng)成定值；
③ 根據(jù)胡克定律可知Ft=-kΔx；Fk=
Ak?pdA，A為活塞下表面的面積，P為減壓閥內(nèi)腔壓力。 kkkk
④ 令?F=F1y+G-F2y，所以式（2.3.1）可簡化為下式：
Ft+?F=Fk，即 -kΔx+?F=pkAk （2.3.2）
所以，從此式可以看出主閥的平衡主要是由彈簧的被壓縮量和活塞內(nèi)腔壓強(qiáng)Pk的大小所決定的。Pk增大，達(dá)到平衡時(shí)主閥活塞向上移動(dòng)，主閥開度減小；反之，Pk減小，主閥開度增大。同理：彈簧壓縮量增加，達(dá)到平衡時(shí)主閥活塞向下移動(dòng)，主閥開度增大；反之，彈簧壓縮量減小，主閥開度減小。

3. 減壓閥的實(shí)際應(yīng)用
3.1 減壓閥的正常工況
減壓閥正常穩(wěn)定工況下，鎖定螺帽并未將鎖定桿鎖緊，鎖定桿處于松弛狀態(tài)，可連同活塞一起上下移動(dòng)。當(dāng)Ft+?F=Fk、Ft=Fk，此時(shí)主閥開度H和控制閥開度L都是一個(gè)定值（見圖5：主閥和控制閥""
開度），即主閥和控制閥過流量是一個(gè)定值，處于平衡狀態(tài)。因此減壓閥出口壓力是低壓值。
圖5 主閥和控制閥開度
① 當(dāng)進(jìn)口水頭升高時(shí)，P1就會(huì)上升，減壓閥的出口壓力P2就會(huì)升高，根據(jù)上述控制閥的原理可知，
進(jìn)入控制閥活塞內(nèi)腔的壓強(qiáng)Pk就會(huì)升高，這時(shí)Fk>Ft。Fk與Ft達(dá)到一個(gè)新的平衡，控制閥活塞就會(huì)向上運(yùn)動(dòng)壓縮彈簧，控制閥的開度L將減小，反饋系統(tǒng)管路中的過流量將減小。根據(jù)射流泵工作原理的結(jié)論可知，反饋系統(tǒng)管路中的過流減小，是由于工作流體的流量減小的緣故。主閥內(nèi)腔的壓強(qiáng)Pk將會(huì)升高，這時(shí)Ft+?F
② 當(dāng)進(jìn)口水頭降低時(shí)，P1就會(huì)下降，減壓閥出口壓力P2就會(huì)下降；控制閥活塞內(nèi)腔的壓強(qiáng)Pk下降，這時(shí)FkFk，達(dá)到新的平衡后，主閥活塞向下移動(dòng)，主閥開度H增大，主閥過流量增大，減壓閥出口壓力就會(huì)升高，經(jīng)過反復(fù)調(diào)節(jié)和平衡后P1將會(huì)恢復(fù)至原值。
3.2 減壓閥的非正常工況
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥減壓閥在非正常工況下時(shí)的兩種情況。一種是平時(shí)減壓閥出口壓力下降，鎖定桿在鎖緊狀態(tài)下，所采用的調(diào)節(jié)方式。另一種是在機(jī)組檢修完成后，要對(duì)安全閥的動(dòng)作值進(jìn)行檢查調(diào)試，所采用的調(diào)節(jié)方式。假定控制閥回路A處于主用狀態(tài)，B處于備用狀態(tài)。
① 當(dāng)減壓閥出口壓力下降較大，鎖定桿鎖緊時(shí)，減壓閥無法自動(dòng)將出口壓力調(diào)整到規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)。減壓閥出口壓力下降，要想減壓閥出口壓力升高，必須使主閥內(nèi)腔的壓力降低，使活塞在彈簧壓力Ft作用下向下移動(dòng)，將主閥開度H增大。但由于鎖定桿被鎖緊，即使主閥內(nèi)腔壓力下降，主閥開度也不會(huì)增大。這就需要將鎖定螺帽松開，讓鎖定桿處于松弛狀態(tài)下再進(jìn)行調(diào)整。
低壓側(cè)水閥K13的開度逐漸減小時(shí)，射流泵的作用（效果）會(huì)逐漸喪失。當(dāng)K13開度逐漸減小至0時(shí)，主閥活塞內(nèi)腔的壓強(qiáng)Pk會(huì)逐漸趨近于減壓閥進(jìn)口水流的壓強(qiáng)P即?P（式中K13表示其開度值）。
② 當(dāng)機(jī)組檢修完成后，減壓閥出口壓力調(diào)節(jié)為正常值（0.68-0.72MPa）后，要對(duì)安全閥動(dòng)作值進(jìn)行檢查調(diào)試。此時(shí)在不動(dòng)作控制閥時(shí)將減壓閥出口壓力升高到0.83-0.85MPa，甚至達(dá)到0.90MPa以上。
首先，要將背緊螺帽和鎖定螺帽松弛到一定的程度。將高壓側(cè)水閥K11開度逐漸減小。當(dāng)k11的開度逐漸減小至0時(shí)，主閥活塞內(nèi)腔的壓強(qiáng)Pk會(huì)逐漸趨近于減壓閥出口水流的壓強(qiáng)P2，即主閥活塞就會(huì)在彈簧的壓力作用下，向下移動(dòng)主閥開度H將增大，減壓閥出口壓力逐漸增大到所要的值。
3.3 控制閥的異常情況
① 減壓閥在運(yùn)行一段時(shí)間后出口端的壓力降低，調(diào)整控制閥后運(yùn)行不久還會(huì)降低，直至控制閥無法調(diào)節(jié)為止。這種情況主要原因是水中的泥沙等雜質(zhì)堵塞控制閥的濾網(wǎng)，導(dǎo)致反饋回路中過流量逐漸降低。即使控制閥的開度逐漸開至大，過流量依然不會(huì)升高，主閥活塞內(nèi)腔的壓強(qiáng)Pk依然高于正常值。要解決
此類問題必須將控制閥進(jìn)行反排污，將濾網(wǎng)中的雜質(zhì)排除掉。
如果細(xì)小雜質(zhì)將控制閥活塞內(nèi)腔進(jìn)水孔堵塞，那么控制閥活塞內(nèi)腔的水就會(huì)一直保持，，無論順時(shí)針還是逆時(shí)針擰控制閥，控制閥的活塞內(nèi)上下移動(dòng)甚微，開度變化也很小，這時(shí)控制閥就會(huì)變得失靈。解決此類問題就是更換控制閥或者解體清掃控制閥。
② 控制閥運(yùn)行一段時(shí)間后上端出水，原因是控制閥活塞密封1或2（見圖2：射流泵和控制閥工作原理）損壞。有可能損壞的密封是密封2，因?yàn)榭刂崎y活塞上下移動(dòng)有可能磨損；密封1只要安裝時(shí)沒有破損，安裝上后沒有移動(dòng)、磨耗，所以密封1一般是完好的。這種情況下，控制閥活塞的壓強(qiáng)Pk下降，這時(shí)Fk
3.4 主閥的異常情況
① 主閥活塞上出水，這是由于主閥活塞上的密封磨損（見圖1：減壓閥工作原理）。這時(shí)需要解體主閥更換密封，但這種情況出現(xiàn)的幾率很小，因?yàn)榛钊嫌腥龑用芊猓瑫r(shí)磨損的概率很小。
② 如果損壞缸套上端“O”型密封（見圖1：減壓閥工作原理），水就會(huì)從缸套端滲漏出來，這種情況會(huì)造成活塞內(nèi)腔壓強(qiáng)Pk相應(yīng)降低，導(dǎo)致主閥開度H增大，減壓閥出口壓力升高（由于鎖定桿上有鎖定螺帽，減壓閥出口壓力不會(huì)過度升高）。這種情況一般發(fā)生在主閥回裝過程中將缸套上端“O”型圈碰壞，這時(shí)需要解體檢修主閥更換密封。
③ 如果缸套下端“O”型密封（見圖1：減壓閥工作原理）和活塞桿上“O”型密封損壞，會(huì)導(dǎo)致減壓閥進(jìn)口端高壓水P1沿?fù)p壞的密封處進(jìn)入活塞內(nèi)腔，造成活塞內(nèi)腔壓強(qiáng)接近P1，導(dǎo)致Fk>Ft+"""?F,這時(shí)主閥開度H就會(huì)減小，出口壓力就會(huì)減小，這時(shí)控制閥調(diào)節(jié)作用喪失，*調(diào)節(jié)出口壓力的方法就是調(diào)節(jié)主閥壓縮彈簧，增加主閥開度。
④ 當(dāng)減壓閥出口壓力無法調(diào)整時(shí)，控制閥與主閥無明顯的滲漏水情況，這時(shí)需要判斷控制閥與主閥哪個(gè)出現(xiàn)故障。
首先，將主閥鎖定桿置于松弛狀態(tài)，反饋系統(tǒng)回路高壓側(cè)水閥（或低壓側(cè)水閥）開度逐漸減小，如果減壓閥出口壓力明顯升高（或者明顯降低），這就說明主閥活塞密封全部完好，則主閥完好，控制閥出現(xiàn)故障。否則，主閥出現(xiàn)故障，但控制閥是否出現(xiàn)故障需另外判定。

組合式減壓閥主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo):

組合式減壓閥主要零件材料：

4. 結(jié)束語
減壓閥出口壓力的調(diào)整是主閥與反饋系統(tǒng)共同作用的結(jié)果，它們是相輔相成的；只調(diào)節(jié)某一部分效果不是很明顯。只有當(dāng)主閥彈簧壓縮的一定程度后，反饋系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果才會(huì)明顯。
減壓閥在技術(shù)供水中具有重要的作用，在其運(yùn)行維護(hù)中，需要結(jié)合本廠的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和減壓閥的工作原理來判斷其異常情況，找出控制方法，才能確保減壓供水系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護(hù)