水電站比例式減壓閥改造方案

比例式減壓閥是近年來逐步推廣應(yīng)用的一種新型減壓閥，其工作原理與傳統(tǒng)類型的減壓閥有所不同。該閥利用閥體內(nèi)部活塞兩端不同截面積產(chǎn)生的壓力差來改變閥后的壓力，達(dá)到減壓目的。實際應(yīng)用結(jié)果表明，該型減壓閥結(jié)構(gòu)簡單，減壓比例準(zhǔn)確可靠，具有安裝維護(hù)方便、可大流量通行等優(yōu)點，可在電站、消防、供水等單位推廣應(yīng)用。

電廠開始嘗試應(yīng)用各類減壓閥，先后采用過XFY46T-25型組合式減壓閥，Y43H-25P彈簧活塞式減壓閥和Y42H-25P薄膜式減壓閥等多種類型的減壓閥，但效果均不理想。減壓閥因易破損失效從而引發(fā)漏水的安全隱患也始終未解決。此外，該廠技術(shù)供水系統(tǒng)還存在冷卻水取水口電動閥因頻繁開關(guān)操作而使閥門嚴(yán)重磨損漏水的現(xiàn)象，每年用于更換閥門的材料費和人工費用較高。

1 水電站比例式減壓閥改造方案改造方案

1.1 減壓閥破損原因分析

針對羅灣水電廠技術(shù)供水系統(tǒng)中減壓閥壽命短，可靠性低，嚴(yán)重影響到機(jī)組安全運行的問題，進(jìn)行了多方面原因查找。在查閱電站設(shè)計資料，結(jié)合減壓閥破損情況進(jìn)行綜合分析后認(rèn)為，技術(shù)供水系統(tǒng)在設(shè)計上可能存在先天缺陷。因為該廠壓力鋼管水壓高達(dá)1.7 MPa，而機(jī)組的技術(shù)供水水壓要求僅為0.2 MPa，致使減壓閥閥前與閥后壓力差高達(dá)1.5 MPa，壓差比超過8∶1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了常規(guī)減壓閥的使用規(guī)定，從而縮短了減壓閥的正常使用壽命。若要延長減壓閥的使用壽命，必須對技術(shù)供水系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造。

1.2 減壓閥的選型

經(jīng)過對現(xiàn)場技術(shù)供水管路的測量，提出了增加一個減壓閥的改造方案。目前市場上減壓閥的構(gòu)造類型很多，外形體積和通流能力也不盡相同。常見的有薄膜式減壓閥、內(nèi)彈簧活塞式減壓閥等，其基本作用原理是靠閥內(nèi)流道對水流的局部阻力降低水壓，水壓降的范圍由連接閥瓣的薄膜或活塞兩側(cè)的進(jìn)出口水壓差自動調(diào)節(jié)。而近年來出現(xiàn)的一種新型比例式減壓閥，其工作原理與傳統(tǒng)類型的減壓閥有所不同。該閥利用閥體內(nèi)部活塞兩端不同截面積產(chǎn)生的壓力差來改變閥后的壓力，達(dá)到減壓目的，且該閥閥體內(nèi)無彈簧，不會出現(xiàn)通常減壓閥那種彈簧銹蝕、金屬疲勞失效的缺陷。適用于任意角度安裝，具有重量輕、體積小、可大流量通行、安裝維修方便等優(yōu)點，可以滿足電廠技術(shù)供水系統(tǒng)改造要求。

1.3 減壓比的選擇

比例式減壓閥通常有 2∶1，3∶1，4∶1，3∶2，5∶2 等幾種減壓比，由于該廠壓力鋼管處水壓高達(dá)1.7 MPa，減壓比應(yīng)不宜大于3∶1，否則可能會有氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。根據(jù)比例式減壓閥流量～壓力特性曲線，經(jīng)過綜合計算比較，選擇采用減壓比為2∶1的減壓閥，先將壓力鋼管來的1.7 MPa水壓降至0.8 MPa左右，再由技術(shù)供水母管上原可調(diào)式減壓閥將水壓進(jìn)一步降至0.2 MPa，這樣既可滿足技術(shù)供水水量要求，又可減輕減壓閥活塞處的氣蝕破壞。

1.4 改造方案的確定

經(jīng)過綜合計算分析后，電廠制定了在每臺機(jī)組冷卻水取水口電動閥前端裝設(shè)一只減壓比為2∶1的比例式減壓閥的改造方案，這樣將使原可調(diào)式減壓閥的閥前壓力減半，其閥前與閥后的壓差也將大幅縮小，大大改善其工作條件，從而可延長其使用壽命。同時，加裝比例式減壓閥后，還可降低冷卻水取水口電動閥開關(guān)操作時的單邊壓力差，從而減輕閥門的磨損程度，降低運行人員手動開關(guān)閥門時的操作強(qiáng)度。

2 水電站比例式減壓閥改造方案的結(jié)構(gòu)和功能特點

2.1 比例式減壓閥的構(gòu)造

比例式減壓閥結(jié)構(gòu)比較簡單，主要由閥體、導(dǎo)流蓋、活塞、閥座和密封圈等組成，見圖1所示。

2.2 比例式減壓閥的特點

比例式減壓閥運用液壓原理控制調(diào)節(jié)，設(shè)計巧妙，不需人工調(diào)節(jié)。與常規(guī)可調(diào)式減壓閥相比具有如下特點：

1）運用液壓原理控制調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，閥體內(nèi)無彈簧、無彈簧銹蝕金屬疲勞失效的缺陷。

2）減壓比例準(zhǔn)確，大流量通行。

3）既減動壓，也減靜壓。

電站設(shè)計水頭165m，平均水頭171.3m，最高水頭181.6m。該電站機(jī)組技術(shù)供水由壓力鋼管經(jīng)減壓閥減壓后供給。自投產(chǎn)以來，技術(shù)供水系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)因減壓閥損壞漏水的故障，據(jù)統(tǒng)計減壓閥使用壽命明顯少于正常設(shè)計使用壽命，并多次出現(xiàn)減壓閥損壞后技術(shù)供水壓力過高，造成機(jī)組空冷器、油冷器爆管，嚴(yán)重影響到機(jī)組的安全運行。

5）適用于任意角度安裝。

6）重量輕、體積小、安裝維修方便。

比例式減壓閥的出口壓力應(yīng)*合下列要求：

當(dāng)減壓比為4：1時，出口壓力宜大于0.13MPa；

當(dāng)減壓比為3：1時，出口壓力宜大于0.15MPa；

當(dāng)減壓比為2.5：1時，出口壓力宜大于0.18MPa；

當(dāng)減壓比為2：1時，出口壓力宜大于0.20MPa；

當(dāng)減壓比為3：2時，出口壓力宜大于0.35MPa。

比例式減壓閥的出口靜壓，可在出口動壓基礎(chǔ)上疊加動靜壓升計算。

水電站比例式減壓閥改造方案比例范圍

1、比例式減壓閥2:1
2、比例式減壓閥3:1
3、比例式減壓閥4:1
4、比例式減壓閥3:2
5、比例式減壓閥5:2
備注：亦可根據(jù)用戶的要求設(shè)計特殊比例的減壓閥。

水電站比例式減壓閥改造方案性能指標(biāo)

主要零件材料：

比例式減壓閥是依據(jù)*壓力確定出口壓力的減壓閥，其安裝位置直接決定*壓力，減壓比一經(jīng)選定，則其出口壓力就按此比例確定，無法直接調(diào)整，出口壓力需要調(diào)整時，只有更換其他比例的減壓閥或改變減壓閥的安裝高度。由于比例式減壓閥的*流通面積較小，自身阻力較大，減壓差較小時的出口壓力受流量影響較大，為*壓力、流量均*合要求，盡量在動態(tài)減壓差較大的場合應(yīng)用，因其體積較小，可垂直安裝，對于管道井面積較小的場所可選用。

比例式減壓閥在設(shè)計時應(yīng)注意，出口壓力設(shè)計值應(yīng)*合3.3.8的要求，并有*的富裕度。比例式減壓閥的出口壓力與流量之間存在*的對應(yīng)關(guān)系，簡稱為流量—出口壓力特性曲線，該曲線與減壓閥的減壓比、口徑、進(jìn)出口壓力等因素有關(guān)。所以，不同廠家、不同型號、不同規(guī)格、同規(guī)格不同減壓比的比例式減壓閥，其流量—出口壓力特性曲線均有差別，選用時，將比例式減壓閥的設(shè)計流量控制在流量—出口壓力特性曲線直線段內(nèi)。對于消*給水系統(tǒng)，在啟泵前后*壓力有較大差異，采用比例式減壓閥時，應(yīng)充分考慮*壓力變化對出口壓力的影響程度，既要考慮在啟泵前減壓分區(qū)*小動壓滿足要求，又要考慮在啟泵后減壓分區(qū)內(nèi)*大動壓不至于*過規(guī)定值。 各生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品有*差異，對于同一減壓比的產(chǎn)品，其實際減壓比也有所不同，在選用時，應(yīng)詳細(xì)了解具體供應(yīng)廠商所提*品的實際減壓比和流量—壓力特性曲線。

圖A.1－1 螺紋連接比例式減壓閥結(jié)構(gòu)圖      圖A.1－2  法蘭連接比例式減壓閥結(jié)構(gòu)圖

1－閥體  2－活塞型閥瓣                     1－閥體 2－活塞型閥瓣  3－“O"型密封圈

3－橡膠密封墊圈 4－“○"型密封圈            4－定位圈 5－閥座 6－閥座橡膠墊圈 7－固定墊

A.1.2 比例式減壓閥的尺寸

    依據(jù)各生產(chǎn)企業(yè)提供的尺寸。

A.1.3 比例式減壓閥的性能曲線

    依據(jù)生產(chǎn)企業(yè)提供的幾種規(guī)格比例式減壓閥流量—壓力特性曲線：。

表A.1.2－1   比例式減壓閥主要技術(shù)參數(shù)及外形尺寸

表A.1.2－2   法蘭連接比例式減壓閥技術(shù)參數(shù)及外形尺寸

3 水電站比例式減壓閥改造方案的工作原理

比例式減壓閥主要是運用液壓原理使閥后壓力與閥前壓力有一定比例關(guān)系，其主要由閥體、活塞、密封圈等組成?；钊鳛楸壤綔p壓閥的一個重要部件，在閥體內(nèi)作直線運動，其后端受水面積一般為前端受水面積的整數(shù)倍。當(dāng)閥后管網(wǎng)無用水時，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，閥前后壓力比是定值；當(dāng)閥后管網(wǎng)有用水時，因閥前壓力大于閥后壓力，浮動活塞被推開，水流介質(zhì)通過。由于活塞兩端截面積不同而造成的壓力差改變了閥后的壓力，也就是在管路有壓力的情況下，活塞兩端的面積比構(gòu)成了閥前與閥后的壓力比。無論閥前壓力如何變化，閥后靜壓及動壓按比例可減至相應(yīng)的壓力值，如圖2所示。

4 水電站比例式減壓閥改造方案改造后經(jīng)濟(jì)效益分析

 安裝在現(xiàn)場的比例式減壓閥，廠在每臺機(jī)組壓力鋼管取水口處增設(shè)了一只減壓比為2∶1的比例式減壓閥。由于新型比例式減壓閥適用于任意角度安裝，且體積小，安裝較為方便，僅用3天便完成了相關(guān)技術(shù)供水管路的連接、調(diào)試，整個項目改造費用也不到1萬元，但該項目實施后經(jīng)濟(jì)效益卻顯而易見，可按以下方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益計算。

4.1 水電站比例式減壓閥改造方案改造投入費用

1）購買3只比例式減壓閥設(shè)備費：

3×0.22萬元＝0.66萬元。2）減壓閥安裝費：3×0.08萬元＝0.24萬元。3）項目改造費用合計：0.66+0.24＝0.9萬元。

4.2 水電站比例式減壓閥改造方案直接經(jīng)濟(jì)收益

1）改造前常規(guī)減壓閥使用壽命平均約1.5年，改造后按平均延長減壓閥壽命至5年，每只不銹鋼常規(guī)減壓閥材料費按0.8萬/只元計，則5年節(jié)省的減壓閥材料費為(5年/1.5年)×0.8萬元＝2.67萬元。

2）改造前全廠三臺機(jī)組的冷卻水取水口電動閥因單邊壓差大而極易磨損，約每年需更換1到2只，改造后還未出現(xiàn)閥門損壞現(xiàn)象，若按平均每年更換1.5只計，每只電動閥材料費按0.8萬元/只計，則5年節(jié)省的電動閥門材料費為1.5只×0.8萬元/只.年×5年＝6萬元。

3）改造前平均約5年損壞1只空冷器和1只油冷器，更換銅管的相關(guān)修理費：空冷器按2.5萬元/只；油冷器按1.5萬元/只，5年共計節(jié)省修理費2.5+1.5＝4萬。

4.3 水電站比例式減壓閥改造方案間接經(jīng)濟(jì)收益

1）5年內(nèi)更換常規(guī)減壓閥人工費（5年/1.5年）×0.09萬元＝0.3萬元；

2）5年內(nèi)更換電動閥人工費 1.5只/年×5年×0.04萬元＝0.3萬元；

3）5年內(nèi)更換空冷器和油冷器人工費合計為0.5+0.1＝0.6萬元；

4.4 水電站比例式減壓閥改造方案經(jīng)濟(jì)效益合計

減壓閥延長壽命5年后的合計效益為上述經(jīng)濟(jì)收益之和，即13.87萬元，可折算為年均節(jié)省費用2.77萬元。

4.5 水電站比例式減壓閥改造方案經(jīng)濟(jì)效益評價

從以上數(shù)據(jù)分析看，新型比例式減壓閥應(yīng)用到該廠技術(shù)供水系統(tǒng)中后，既降低了原常規(guī)減壓閥的減壓比，又改善了減壓閥的工作條件及冷卻水取水口電動閥開關(guān)操作時的單邊受力情況，延長了減壓閥及冷卻水取水口電動閥門的使用壽命。整個項目改造投入費用不到1萬元，但該項目實施后卻取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，折合后每年可節(jié)省相關(guān)的設(shè)備修理費用2.77萬元。

5 水電站比例式減壓閥改造方案結(jié)束語

對于象高水頭電站，技術(shù)供水取自壓力鋼管時，均存在高壓差比問題。新型比例式減壓閥在該廠技術(shù)供水系統(tǒng)改造中的成功應(yīng)用，從根本上解決了該廠技術(shù)供水系統(tǒng)存在的高壓差比問題，此后未再出現(xiàn)因減壓閥損壞失靈超壓的現(xiàn)象，壓力鋼管處的冷卻水取水口電動閥也未出現(xiàn)單邊磨損漏水的現(xiàn)象，原減壓閥與電動閥的使用壽命得到延長。技術(shù)供水系統(tǒng)改造后，機(jī)組空冷器、油冷器供水水壓始終保持在0.2 MPa內(nèi)，保證了技術(shù)供水系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的安全，提高了機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)的可靠性，為機(jī)組的安全運行奠定了堅實的基礎(chǔ)。