ZJY46H組合式減壓閥在電廠穩定運行

                       ZJY46H組合式減壓閥在電廠穩定運行

                          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，保護減壓閥閥后的其他元件不被高壓所破壞，同時保護出口壓力的穩定。ZJY46H組合式減壓閥在電廠穩定運行可以從中感受到作者在對閥門相關內容的闡述時，處處都是與水力發電工程的生產運行相、相融合的，這對于在機械制造行業中從事閥門產品開發設計的人員深入理解水電站用閥門的技術特點是非常寶貴的。因為ZJY46H組合式減壓閥的工作原理的優異性，所以ZJY46H組合式減壓閥大減壓比可以達到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特點、結構、工作原理以及調試。
關鍵字：減壓閥技術特點 結構 工作原理 ZJY46H組合式減壓閥在電廠穩定運行

之前介紹ZJY46H組合式減壓閥減靜壓技術探討，現在介紹珊溪電廠位于浙江省溫州市文成縣境內的飛云江上，電廠總裝機容量200MW，安裝4臺混流式水輪發電機組，年平均發電量3.55億kW·h，電廠出線由220kV電壓等級接入華東電網，在華東電網中承擔調峰、調相和緊急事故備用等作用。全廠設有一條技術供水總管，它主要擔負著機組的上導、空冷器、推力軸承、水導、主軸密封、下導及變壓器冷卻、消防、生活用水等方面的重要任務。為了使它們的壓力在正常范圍內，這些設備不被高壓所破壞，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。現改為ZJY46H—25Q（Ⅳ）DN400型減壓閥裝置。該減壓閥具有高減壓比、大流量、進口壓力適應能力強、低噪聲、使用壽命長等優點。ZJY46H組合式減壓閥的工作原理是由反饋系統上的控制閥、射流泵控制調節腔壓力，使壓力調節腔的壓力與主彈簧壓力形成平衡。由于主彈簧壓力不受進口壓力P1的影響，所以當P1進口壓力和流量變化時，總能迅速調節主彈簧壓力與壓力調節腔的壓力的平衡，使P2出口壓力和流量保持穩定。組合式減壓閥是一種在復雜多變的工況下亦可利用水壓進行自我調節的減壓閥穩壓閥，在進口壓力和流量產生變化的時候保持出口的壓力和流量穩定。其*實現自力控制，調試簡單，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的發展情況，系統總結了作者50年來從事水電站閥門科研、設計、安裝、運行、維修的實踐經驗；對水電站閥門的水力與強度的研究方法及研究成果、結構特點、適用場合、安裝方法、運行經驗等作了較完整的闡述；提供了相關閥門的水力特性數據以及已在實踐中采用的各種零部件的結構；詳細分析了各類閥門及各種零部件結構的優、缺點，提出了我國水電站各類閥門技術的發展方向。對于相關專業的大中專院校、設計科研部門、水電設備制造企業、閥門制造企業、水電站等的相關人員具有較高的參考價值。上海申弘閥門有限公司生產相關的產品有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,從ZJY46H型組合式減壓閥的工作原理上看，它具有*的的減壓、穩壓性能。與常規差壓橡膠膜片式的減壓閥相比，介質過流方向是從上往下，具有更佳的流態。
但是由于能量消耗的形式體現，運行噪聲和氣蝕的現象不可避免。時代中基的工程師認為：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。
因為氣蝕的發生總是伴隨著噪聲增大，故通過測試閥內水流噪聲而可間接判斷氣蝕性能。
通過對試驗臺上的參數計算，我們對節流錐的過流面角度進行了優化升級，并在電站現場試驗中，由2.5MPa減壓至0.7MPa的過程中，成功降低了22.5dB的噪音值。《水電站閥門》幾乎包容了國內外所有與水電站閥門相關的技術，還包含了國內很少采用而在國外被廣泛采用的閥種的設計資料和試驗數據，內容翔實、分析精辟、數據可靠，是一部手冊式專著。本書對進行水電站的閥門設計和科研工作，都具有較高的實用價值。水電站的運行工況比較復雜，尤其水質的好壞直接關系到設備的安全運行。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的堵塞，使減壓閥在多泥沙雜物的水質中保持良好的工況。（反沖排污系統標配為手動控制，根據水質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。）設計、制造、試驗、安裝、運行的全過程，積累了豐富的專業知識和實踐經驗，書中詳盡地介紹了水力發電工程中各種閥門的結構特點、工作原理、技術要求、設計計算以及驅動裝置、控制系統和形式試驗方法等。

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，嚴重威脅著機組安全運行。b.由于減壓閥采用的時膜片式結構，壓力比為2∶1，出口壓力隨著進口壓力的變化、流量的變化而變化；尤其當壓力波動較大時，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.反饋系統中的管道與射流泵、控制閥的連結大小不一，需用過渡連結，系統的維護與拆卸不方便。
d.雙反饋系統的切換較為復雜，要通過四個球閥的切換。
e.反沖排污的操作也顯得較為復雜，要通過三個球閥的切換。
f.反饋系統控制閥的結構復雜，相對滑動零部件的摩擦系數大，影響控制閥的靈敏度。
g.主閥的過流面部分出現氣蝕。
基于減壓裝置存在的以上多種缺陷，電廠技術人員經過討論研究決定利用每臺機組大修的機會，對該裝置進行升級改造。
2改造后的減壓裝置的技術特點
a.減壓比大：原減壓閥的減壓比為3∶1，本閥可達到8∶1。
b.全活塞式結構，安全可靠性高：主閥和控制閥均為金屬活塞式結構，防止了橡膠膜片因老化而可能出現的安全故障。
c.調壓范圍大：本減壓閥出口壓力可在0.15～1.2MPa范圍內任意調節，而珊溪電廠的只需在0.3～0.8MPa。
d.過流量大：過流設計具有*的結構形式，過流面積比同口徑的管道大，過流能力*可以適應設計中已選管道的需要。
e.出口壓力穩定：由于采用大剛度彈簧加載和射流泵技術，從而保證了不管進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定。
f.對水質的適應能力強：過流面采用特殊材料和結構，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，不會產生氣蝕、磨蝕和堵塞現象。
g.可靠性高：由于裝有雙反饋系統和出口壓力自鎖定裝置，可以保證減壓閥在工作狀態下相互切換反饋系統，并保證出口壓力不超限，以保護閥后設備的安全。
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，使用壽命遠遠長于前減壓閥。
j.安裝、調試、運行、維護方便。
3 改造減壓閥裝置的構成及原理


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
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、內鎖定保護型
3.2減壓閥的結構
減壓閥的結構如圖1所示。該裝置為ZJY46H－250Q（Ⅳ）雙反饋減壓閥，主要由主閥、主用反饋系統和備用反饋系統組成。兩個反饋系統呈并聯式組合。在減壓閥的正常工況下，兩套反饋系統可互為切換，互為備用。而備用的反饋系統，可進行拆卸檢修。兩套反饋系統功能均一樣，無主次之分。在工作狀態中的反饋系統如發生堵塞，（出口壓力下降）可在減壓閥的工作狀態中進行反饋系統的反向沖洗排污，將污垢排出系統外，使減壓閥恢復正常工況。



圖1 改造減壓閥結構
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節腔壓力；P't為反饋系統控制閥彈簧壓力；Pk'為反饋系統控制閥壓力調節腔壓力；H為減壓閥閥座和節流錐的開啟高度（相當于主閥的過流面積）。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
在進口壓力P1變化時，出口壓力P2是不變的，工作原理如下：
當P1上升時，減壓閥的P2+ΔP2首先表現為上升，其值通過反饋系統出口管傳到控制閥，使Pt'+ΔPt'，ΔPt'與Pk'的力達到新的平衡，控制閥L減小；相應ΔPk'壓力增大，經壓力導管，使主閥的Pk+ΔPk，Pt=Pk+ΔPk壓力達到新的平衡，主閥H減小、ΔP2值恢復為原P2值。當進口壓力P1下降時，主閥與控制閥的工況則與上述的工況相反。
當出口流量Q增大時，減壓閥的工況相當于P1下降時的工況。當出口流量Q減小時，減壓閥的工況相當于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：反饋系統的抗泥沙、反沖排污、反饋系統的切換及出口壓力安全鎖定功能。
3.3.2.1改造反饋系統的反沖排污工作原理
當控制閥的濾網堵塞超過一定程度時，控制閥進口的壓力L升高，導致主閥的PK值升高，導致主閥過流面減小，出口壓力P2值減小。此時只要進行反沖排污操作，系統就可恢復正常。如圖3所示：首先關閉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90°，將反饋系統的順向水流關閉，同時排污口打開；在減壓閥出口壓力的作用下，水流反向，控制閥出口變成進口，水流從濾網內向外，經三通閥排出系統外，同時帶走附著在濾網外的雜質；后按關閉三通閥、打開Fa的順序操作，反饋系統恢復正常。



圖3 改造反饋系統的反沖排污工作原理
3.3.2.2減壓閥的雙控制反饋系統
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（如圖3所示）。在減壓閥工作時互為備用；在工作系統發生故障時，通過切換就可投入備用系統；故障系統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A處于工作狀態；系統B處于備用狀態。系統B的壓力導管控制閥處于關閉工況；三通切換閥Fc1、Fc2的通道連通A系統。使A系統關閉、B系統工作的切換時順序為：關閉Fa，同時旋轉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、調節螺桿和活塞組成。在正常工況下，經調整雙鎖定螺母，使其下面與調節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。當意外Pk的失壓，在主彈簧的大剛度壓力下節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備。由于本減壓閥裝有安全鎖定裝置，故在出現上述工況時，h自動消失，節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，保護了用水設備的安全。

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、關閉球閥：由于水的不可壓縮性，出口壓力P2仍是低壓； 
2、旋轉三通排污閥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外的雜質； 
3、關閉三通排污閥，打開球閥，反沖排污完成。

組合式減壓閥Y46T是一種利用介質自身能量來調節與控制管路壓力的智閥門。該閥門減壓，性能穩定、安全可靠、安裝調節方便，使用壽命長。組合式減壓閥用于生活供水、其它工業給水系統，通過調節閥減壓導閥，即可調節主閥的出口壓力。出口壓力不因進口壓力、進口流量的變化而變化，安全可靠地將出口壓力維持在設定植上，并可根據需要調節設定值達到減壓的目的。
改造組合式減壓閥Y46T
組合式減壓閥Y46T技術參數：
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調節閥0.09~0.8MPa
        PN1.6MPa調節閥0.10~1.2MPa
        PN2.5MPa調節閥0.15~1.6MPa
5、適用介質：水
6、適用溫度：0℃～80℃

圖4 改造減壓閥安全鎖定裝置
4 改造減壓閥的調試

經過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定可靠的低壓冷卻水。其減壓比大可達12:1。組合式減壓閥上裝備的反沖排污系統可以適用較差介質，安全鎖定系統則可以確保在系統遭受嚴重損壞時出口端壓力仍保持低壓。
  2、技術供水系統上安裝的濾水器，可以為機組提供清潔水源，以防雜質進入機組造成損壞。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，但是過多的雜質會影響到減壓閥性能的穩定發揮。

3、技術供水系統上的水力控制閥可以通過快速開啟和緩慢關閉達到截斷管道介質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閉的同時可以進行反沖排污，確保工況時不卡阻。
  4、技術供水系統上的泄壓閥能準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外，也帶有強制開啟手柄，在萬一的故障時可切換反饋系統或直接手動排放。

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口閥門，同時注意進、出口壓力表的變化。
c.適當調節主閥調節桿的位置。
d.打開排氣螺栓，排出空氣，再擰緊排氣螺栓。
e.調節控制閥調節帽，順時針壓力上升逆時針壓力下降，調到所需壓力，再擰緊調節帽上的鎖定螺釘。f.調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、組合式減壓閥前應安裝過濾器，以防介質中的雜物進入減壓閥，影響其性能。
2、裝組合式減壓閥之前必須對管路系統進行沖洗清理。以防焊渣，氧化皮等贓物流入閥內，影響閥門正常工作。
3、閥應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，應注意使管路中介質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生水圾現象損壞減壓閥，當無異常現象后，按順時針方向緩慢旋轉調節螺釘，將出口壓力調至所需的壓力(以閥后表壓為準)，調整后，將鎖緊螺母背緊，擰上防護罩。
5、減壓閥通常有DN50～DN100等多種規格，閥前、后的工作壓力分別為＜1MPa和0．1～0．5MPa，調壓范圍誤差為±5％～10％。
5 結語
新減壓裝置的設計原理、結構、設備選型、加工工藝等各方面均比原減壓裝置有了很大的提高。經過現場調試，改造后的減壓裝置更為安全、可靠。易于操作、故障率低、維護量小，為珊溪電廠和電網的安全穩定運行奠定了堅實的基礎。與本文相關的論文：組合式減壓閥如何減靜壓