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(shí)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(diǎn)，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(dòng)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(fèi)和人工費(fèi)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(yùn)行的問題，進(jìn)行了多方面原因查找。在查閱電站設(shè)計(jì)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(jì)上可能存在先天缺陷。因?yàn)樵搹S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(gè)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(dòng)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(huì)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(diǎn)，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(huì)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(jì)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(jì)算分析后，電廠制定了在每臺(tái)機(jī)組冷卻水取水口電動(dòng)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(shí)，加裝比例式減壓閥后，還可降低冷卻水取水口電動(dòng)閥開關(guān)操作時(shí)的單邊壓力差，從而減輕閥門的磨損程度，降低運(yùn)行人員手動(dòng)開關(guān)閥門時(shí)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(diǎn)

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(diǎn)

比例式減壓閥運(yùn)用液壓原理控制調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)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(diǎn)：

1）運(yùn)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(dòng)壓，也減靜壓。

電站設(shè)計(jì)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(jì)減壓閥使用壽命明顯少于正常設(shè)計(jì)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(yùn)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(shí)，出口壓力宜大于0.13MPa；

當(dāng)減壓比為3：1時(shí)，出口壓力宜大于0.15MPa；

當(dāng)減壓比為2.5：1時(shí)，出口壓力宜大于0.18MPa；

當(dāng)減壓比為2：1時(shí)，出口壓力宜大于0.20MPa；

當(dāng)減壓比為3：2時(shí)，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(dòng)壓基礎(chǔ)上疊加動(dòng)靜壓升計(jì)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(jì)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(shí)，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(shí)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(dòng)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(jì)時(shí)應(yīng)注意，出口壓力設(shè)計(jì)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(hào)、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(shí)，將比例式減壓閥的設(shè)計(jì)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(shí)，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(dòng)壓滿足要求，又要考慮在啟泵后減壓分區(qū)內(nèi)*大動(dòng)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(shí)際減壓比也有所不同，在選用時(shí)，應(yīng)詳細(xì)了解具體供應(yīng)廠商所提*品的實(shí)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(yùn)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。活塞作為比例式減壓閥的一個(gè)重要部件，在閥體內(nèi)作直線運(yùn)動(dòng)，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(shí)，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(shí)，因閥前壓力大于閥后壓力，浮動(dòng)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(dòng)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(tái)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(gè)項(xiàng)目改造費(fèi)用也不到1萬元，但該項(xiàng)目實(shí)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(jì)算。

4.1 水電站比例式減壓閥改造方案改造投入費(fèi)用

1）購買3只比例式減壓閥設(shè)備費(fèi)：

3×0.22萬元＝0.66萬元。2）減壓閥安裝費(fèi)：3×0.08萬元＝0.24萬元。3）項(xiàng)目改造費(fèi)用合計(jì)：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(fèi)按0.8萬/只元計(jì)，則5年節(jié)省的減壓閥材料費(fèi)為(5年/1.5年)×0.8萬元＝2.67萬元。

2）改造前全廠三臺(tái)機(jī)組的冷卻水取水口電動(dòng)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(jì)，每只電動(dòng)閥材料費(fèi)按0.8萬元/只計(jì)，則5年節(jié)省的電動(dòng)閥門材料費(fèi)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(fèi)：空冷器按2.5萬元/只；油冷器按1.5萬元/只，5年共計(jì)節(jié)省修理費(fèi)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(fèi)（5年/1.5年）×0.09萬元＝0.3萬元；

2）5年內(nèi)更換電動(dòng)閥人工費(fèi) 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(fèi)合計(jì)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(jì)

減壓閥延長壽命5年后的合計(jì)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(fèi)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(jià)

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(dòng)閥開關(guān)操作時(shí)的單邊受力情況，延長了減壓閥及冷卻水取水口電動(dòng)閥門的使用壽命。整個(gè)項(xiàng)目改造投入費(fèi)用不到1萬元，但該項(xiàng)目實(shí)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(fèi)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(shí)，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(dòng)閥也未出現(xiàn)單邊磨損漏水的現(xiàn)象，原減壓閥與電動(dòng)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(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。