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(guó)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guó)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(jiàn)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(jiǎn)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(guò)流量超過(guò)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(guò)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(jiǎn)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(lái)控制過(guò)流面積（節(jié)流錐開(kāi)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(guò)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??；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(lái)調(diào)節(jié)主閥的開(kāi)度，達(dá)到調(diào)節(jié)減壓閥出口壓力的目的?？刂崎y的活塞受力可簡(jiǎn)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(guò)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(guò)活塞進(jìn)口孔（孔很?。┻M(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(kāi)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(guò)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(guò)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(jiǎn)化為靜水壓力分析，上表面將動(dòng)水壓力簡(jiǎn)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(kāi)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(jiǎn)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(kāi)度減小；反之，Pk減小，主閥開(kāi)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(kāi)度增大；反之，彈簧壓縮量減小，主閥開(kāi)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(kāi)度H和控制閥開(kāi)度L都是一個(gè)定值（見(jiàn)圖5：主閥和控制閥""
開(kāi)度），即主閥和控制閥過(guò)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(kāi)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(kāi)度L將減小，反饋系統(tǒng)管路中的過(guò)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(guò)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(kāi)度H增大，主閥過(guò)流量增大，減壓閥出口壓力就會(huì)升高，經(jīng)過(guò)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(yíng)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(wú)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(kāi)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(kāi)度也不會(huì)增大。這就需要將鎖定螺帽松開(kāi)，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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)度逐漸減小。當(dāng)k11的開(kāi)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(kāi)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(wú)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(guò)流量逐漸降低。即使控制閥的開(kāi)度逐漸開(kāi)至大，過(guò)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(wèn)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(wú)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(kāi)度變化也很小，這時(shí)控制閥就會(huì)變得失靈。解決此類問(wèn)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(jiàn)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(méi)有破損，安裝上后沒(méi)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(jiàn)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?，同時(shí)磨損的概率很小。
② 如果損壞缸套上端“O”型密封（見(jiàn)圖1：減壓閥工作原理），水就會(huì)從缸套端滲漏出來(lái)，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(kāi)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(guò)度升高）。這種情況一般發(fā)生在主閥回裝過(guò)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(jiàn)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(kāi)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(kāi)度。
④ 當(dāng)減壓閥出口壓力無(wú)法調(diào)整時(shí)，控制閥與主閥無(wú)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(kāi)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(shuō)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(yǔ)
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(lái)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)