天生橋二級電站組合式減壓閥

之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現在介紹天生橋二級電站組合式減壓閥天生橋二級電站減壓閥運行的穩定性直接影響著機組技術供水系統的可靠性和安全性，進而影響機組各部位（上導、下導及推力、水導及轉子等）的安全穩定運行，它是水輪發電機組為重要的輔助設備之一。本文從理論上分析射流泵、控制閥及主閥的工作原理，淺談減壓閥在技術供水中的實際應用，從理論上分析近幾年減壓閥在運行維護、調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。
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1. 天生橋二級電站組合式減壓閥概述
天生橋二級電站裝設6臺220MW立軸混流式機組，機組高水頭204m，額定水頭176m，低水頭174m，額定流量139.8m³/s，額定轉速200r/min，單機技術供水流量約1300 m³/h。機組技術供水主要是為保證運行設備（上導軸承、推力和下導軸承、水導軸承及發電機空氣冷卻器等）的冷卻。天生橋二級電站機組技術供水系統采用單元供水方式，共分為三個單元，即兩臺機組為一單元，每一個單元分2臺減壓閥和3臺技術供水泵。電站主供水方式為減壓閥供水，技術供水泵供水為備用供水；減壓閥取水口在壓力鋼管段（機組進水蝶閥前部），壓力水經減壓閥減壓至0.68～0.72MPa，再到經濾水器供到用戶；技術供水泵從尾水取水到濾水器，然后到用戶。
本電站機組供水進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。上導冷卻器進口水壓0.31MPa，推力冷卻器進口水壓0.40MPa，空氣冷卻器進口水0.42MPa，水導冷卻器進口水壓0.36～0.42MPa，主軸密封進口水壓<0.30MPa。

2. 減壓閥的理論性分析
天生橋二級電站技術供水選用XFY46T-25Q型帶雙反饋控制系統的減壓閥，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構成；主閥主要由調節螺桿、鎖釘桿、主閥彈簧、活塞、節流錐等組成；反饋控制系統主要由射流泵、控制閥、手閥等組成。（圖1：減壓閥工作原理）。此減壓閥隨進口壓力和出口流量發生變化時，可自動調節保持出口壓力在一定的范圍內。要了解減壓閥的工作原理，須先了解反饋系統的工作原理。圖1：減壓閥工作原理圖
2.1 反饋系統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的水平面為基準面，并假定工作流體在進口處的位能、壓力、流速始終保持不變，即為恒定流；并根據國內外學者在推導射流泵基本方程時，假定工作流體與被抽流體在射流泵喉管進口斷面c-c斷面（見圖2：射流泵和控制閥工作原理圖）未發生混合，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組成，圖中所示為功能代號4的產品，雙反饋，可反沖排污，內鎖定保護型。組合式減壓閥是專為復雜工況下運行的供水系統量身設計的減壓設備，由出口壓力鎖定系統，反饋統，和主閥閥體組成。組合式減壓閥與常規減壓閥的區別在于：
1、反沖排污系統可適用更多不佳水質；
2、出口壓力鎖定系統可以鎖定出口壓力上限；
3、大過流量超過5000m3/h，大應用單機800MW）
4、減壓比大值可達到12:1，高應用水頭320米
5、反饋系統互為備用可供不停機檢修。

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雜工況下運行的供水系統量身設計的減壓設備，由出口壓力鎖定系統，反饋統，和主閥閥體組成。
    每一臺合格的減壓閥閥體均經受了超過60分鐘的1.5倍強壓實驗，*杜絕閥體缺陷，即使歷經連續運行也不會出現破裂漏水等故障。 出口壓力內鎖定裝置是為防止反饋系統遭受意外損壞后，在主活塞下方失壓時，保持出口壓力P2值安全的剛性保護裝置。
 2、組合式減壓閥自動調節原理：
 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。
 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是根據減壓閥出口壓力的變化信號來控制過流面積（節流錐開度）的獨立系統。減壓閥裝備有互為備用的雙反饋系統，啟用A系統即停用B系統的運行模式可以達到減壓閥不停機檢修的目的。
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。）

圖2：射流泵和控制閥工作原理圖
對a-a和b-b斷面利用不可壓縮實際液體恒定流的總能量方程可得：
如圖3：射流泵內部壓力變化圖
綜上所述：
① 各個斷面的壓能有下述關系：Ha>Hb，Hb>Hc，Hc
② 由此可得出射流泵內部壓力變化圖（如圖3：射流泵內部壓力變化圖，hw為水頭損失）。
由此可以得出結論：正常工作狀態下，當工作流體流量增大時，真空度Hs的值就會增大，形成
的負壓就越大，被抽流體的流量qs就會增加，f-f斷面被抽流體的速度νs就會增加，根據
psαsν2sHf=zs??能量方程可知，ps比先前值將會降低，從而減壓閥主閥內腔的壓力Pk會減小；反之，?g2g
工作流體的流量減小，真空度Hs的值就會減小，減壓閥主閥內腔的壓力Pk會升高；而工作流體流量的大小由控制閥進行調節。
2.2 反饋系統中控制閥的理論性分析
控制閥主要是調節反饋系統管路中的流量，從而改變管路中的流速，進而調節射流泵中的真空度Hs，終調節主閥內腔中的壓強Pk，來調節主閥的開度，達到調節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：可通過調節控制閥上端的調節螺栓調節其大小，順時針旋轉控制閥調節螺帽，Ft增大（控制閥調節螺栓的螺紋是反螺紋，順時針擰調節螺栓，彈簧壓片會向下移動壓縮彈簧）；逆時針旋轉Ft則減小。
控制閥活塞內腔的壓力Fk與減壓閥出口壓力P2有關，P2增大，P2會增大，壓力水通過活塞進口孔（孔很小）進入活塞內腔，使活塞內腔壓強Pk增大，Fk則增大；反之P2降低，Fk則降低。
當正常工況下，Fk與Ft其中之一發生變化，控制閥的活塞就會上下移動調節控制閥的開度，重新達到新的平衡時，調節反饋系統管路中的過流量就會變化。根據射流泵工作原理可知，反饋系統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為減壓閥進口壓力，P2為減壓閥出口壓力，由于節流錐處于動水中受力分析比較復雜，下表面可簡化為靜水壓力分析，上表面將動水壓力簡化為一個力F1y。現省略減壓閥各部位的摩擦力，減壓閥的活塞及其節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、閥座對節流錐壓力F、節流錐上表面的動水壓力F1y、節流錐下表面的壓力F2y，當減壓閥處于平衡狀態有以下關系：

Ft+F1y+G+F=F2y+Fk （2.3.1）
①
② 當減壓閥在正常工作狀態時，主閥處于開啟狀態，則F=0，G為定值； F1y與減壓閥進口壓力和流速有關，F2y=?dF2y?
AA2y?p2dA2y，F2y與減壓閥出口壓力有關；根據
實際經驗F1y、F2y可當成定值；
③ 根據胡克定律可知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腔壓強Pk的大小所決定的。Pk增大，達到平衡時主閥活塞向上移動，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，達到平衡時主閥活塞向下移動，主閥開度增大；反之，彈簧壓縮量減小，主閥開度減小。

3. 減壓閥的實際應用
3.1 減壓閥的正常工況
減壓閥正常穩定工況下，鎖定螺帽并未將鎖定桿鎖緊，鎖定桿處于松弛狀態，可連同活塞一起上下移動。當Ft+?F=Fk、Ft=Fk，此時主閥開度H和控制閥開度L都是一個定值（見圖5：主閥和控制閥""
開度），即主閥和控制閥過流量是一個定值，處于平衡狀態。因此減壓閥出口壓力是低壓值。
圖5 主閥和控制閥開度
① 當進口水頭升高時，P1就會上升，減壓閥的出口壓力P2就會升高，根據上述控制閥的原理可知，
進入控制閥活塞內腔的壓強Pk就會升高，這時Fk>Ft。Fk與Ft達到一個新的平衡，控制閥活塞就會向上運動壓縮彈簧，控制閥的開度L將減小，反饋系統管路中的過流量將減小。根據射流泵工作原理的結論可知，反饋系統管路中的過流減小，是由于工作流體的流量減小的緣故。主閥內腔的壓強Pk將會升高，這時Ft+?F
② 當進口水頭降低時，P1就會下降，減壓閥出口壓力P2就會下降；控制閥活塞內腔的壓強Pk下降，這時FkFk，達到新的平衡后，主閥活塞向下移動，主閥開度H增大，主閥過流量增大，減壓閥出口壓力就會升高，經過反復調節和平衡后P1將會恢復至原值。
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,可調式減壓閥,水減壓閥減壓閥在非正常工況下時的兩種情況。一種是平時減壓閥出口壓力下降，鎖定桿在鎖緊狀態下，所采用的調節方式。另一種是在機組檢修完成后，要對安全閥的動作值進行檢查調試，所采用的調節方式。假定控制閥回路A處于主用狀態，B處于備用狀態。
① 當減壓閥出口壓力下降較大，鎖定桿鎖緊時，減壓閥無法自動將出口壓力調整到規定范圍內時。減壓閥出口壓力下降，要想減壓閥出口壓力升高，必須使主閥內腔的壓力降低，使活塞在彈簧壓力Ft作用下向下移動，將主閥開度H增大。但由于鎖定桿被鎖緊，即使主閥內腔壓力下降，主閥開度也不會增大。這就需要將鎖定螺帽松開，讓鎖定桿處于松弛狀態下再進行調整。
低壓側水閥K13的開度逐漸減小時，射流泵的作用（效果）會逐漸喪失。當K13開度逐漸減小至0時，主閥活塞內腔的壓強Pk會逐漸趨近于減壓閥進口水流的壓強P即?P（式中K13表示其開度值）。
② 當機組檢修完成后，減壓閥出口壓力調節為正常值（0.68-0.72MPa）后，要對安全閥動作值進行檢查調試。此時在不動作控制閥時將減壓閥出口壓力升高到0.83-0.85MPa，甚至達到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。將高壓側水閥K11開度逐漸減小。當k11的開度逐漸減小至0時，主閥活塞內腔的壓強Pk會逐漸趨近于減壓閥出口水流的壓強P2，即主閥活塞就會在彈簧的壓力作用下，向下移動主閥開度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 減壓閥在運行一段時間后出口端的壓力降低，調整控制閥后運行不久還會降低，直至控制閥無法調節為止。這種情況主要原因是水中的泥沙等雜質堵塞控制閥的濾網，導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，過流量依然不會升高，主閥活塞內腔的壓強Pk依然高于正常值。要解決
此類問題必須將控制閥進行反排污，將濾網中的雜質排除掉。
如果細小雜質將控制閥活塞內腔進水孔堵塞，那么控制閥活塞內腔的水就會一直保持，，無論順時針還是逆時針擰控制閥，控制閥的活塞內上下移動甚微，開度變化也很小，這時控制閥就會變得失靈。解決此類問題就是更換控制閥或者解體清掃控制閥。
② 控制閥運行一段時間后上端出水，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，因為控制閥活塞上下移動有可能磨損；密封1只要安裝時沒有破損，安裝上后沒有移動、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Pk下降，這時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）。這時需要解體主閥更換密封，但這種情況出現的幾率很小，因為活塞上有三層密封，同時磨損的概率很小。
② 如果損壞缸套上端“O”型密封（見圖1：減壓閥工作原理），水就會從缸套端滲漏出來，這種情況會造成活塞內腔壓強Pk相應降低，導致主閥開度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過度升高）。這種情況一般發生在主閥回裝過程中將缸套上端“O”型圈碰壞，這時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，會導致減壓閥進口端高壓水P1沿損壞的密封處進入活塞內腔，造成活塞內腔壓強接近P1，導致Fk>Ft+"""?F,這時主閥開度H就會減小，出口壓力就會減小，這時控制閥調節作用喪失，*調節出口壓力的方法就是調節主閥壓縮彈簧，增加主閥開度。
④ 當減壓閥出口壓力無法調整時，控制閥與主閥無明顯的滲漏水情況，這時需要判斷控制閥與主閥哪個出現故障。
首先，將主閥鎖定桿置于松弛狀態，反饋系統回路高壓側水閥（或低壓側水閥）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，控制閥出現故障。否則，主閥出現故障，但控制閥是否出現故障需另外判定。

組合式減壓閥主要技術參數和性能指標:

組合式減壓閥主要零件材料：

4. 結束語
減壓閥出口壓力的調整是主閥與反饋系統共同作用的結果，它們是相輔相成的；只調節某一部分效果不是很明顯。只有當主閥彈簧壓縮的一定程度后，反饋系統的調節效果才會明顯。
減壓閥在技術供水中具有重要的作用，在其運行維護中，需要結合本廠的實際運行經驗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的可靠運行。與本產品相關論文：禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護