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水電站比例式減壓閥改造方案

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    水電站比例式減壓閥改造方案

    比例式減壓閥是近年來(lái)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(lái)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(jiǎn)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(kāi)始嘗試應(yīng)用各類減壓閥,先后采用過(guò)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(kāi)關(guān)操作而使閥門(mén)嚴(yán)重磨損漏水的現(xiàn)象,每年用于更換閥門(mén)的材料費(fèi)和人工費(fèi)用較高。

    比例式減壓閥32.jpg

    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(duì)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(wèn)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(guò)8∶1,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(zhǎng)減壓閥的使用壽命,必須對(duì)技術(shù)供水系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造。

    ZJY46H組合式減壓閥00.jpg

    1.2 減壓閥的選型

    經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)供水管路的測(cè)量,提出了增加一個(gè)減壓閥的改造方案。目前市場(chǎng)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(jiàn)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(duì)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(lái)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(lái)改變閥后的壓力,達(dá)到減壓目的,且該閥閥體內(nèi)無(wú)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。

    比例式減壓閥19.jpg

    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(guò)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(lái)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。

    比例式減壓閥.jpg

    1.4 改造方案的確定

    經(jīng)過(guò)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(zhǎng)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(kāi)關(guān)操作時(shí)的單邊壓力差,從而減輕閥門(mén)的磨損程度,降低運(yùn)行人員手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥門(mén)時(shí)的操作強(qiáng)度。

    比例式減壓閥00.jpg

    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(jiǎn)單,主要由閥體、導(dǎo)流蓋、活塞、閥座和密封圈等組成,見(jiàn)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(jiǎn)單,閥體內(nèi)無(wú)彈簧、無(wú)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(lái),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(guò)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。

    比例式減壓閥18.jpg

    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)

    型號(hào)Y13X-16TY43X-16T
    連接方式內(nèi)螺紋法蘭
    適用介質(zhì)水、氣
    適用溫度≤ 90℃
    額定工作壓力1.6MPa
    壓力誤差±2.5%

    主要零件材料:

    零件名稱材料
    閥體銅或不銹鋼、鑄鋼、鑄鐵
    活塞銅或不銹鋼
    進(jìn)口壓蓋銅或不銹鋼
    出口壓蓋銅或不銹鋼

    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(wú)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(chǎng)合應(yīng)用,因其體積較小,可垂直安裝,對(duì)于管道井面積較小的場(chǎng)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(duì)應(yīng)關(guān)系,簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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(guò)規(guī)定值。 各生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品有*差異,對(duì)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。

    比例式減壓閥002.jpg

    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


    型  號(hào)


    減壓比

    減壓比

    類型

    公稱壓力

    PN

    公稱尺寸

    DN

    外形尺寸(mm)

    連接

    方式

    閥體

    材質(zhì)

    重量

    (kg)

    生產(chǎn)企業(yè)

    L

    D


    Y13X-10T、16T

    Y13X-10P、16P


    2:1

    3:1




    靜壓比

    10、16

    15

    80

    45




    直管螺紋

    銅合金T

    不銹鋼P(yáng)

    0.8


    20

    80

    45

    1.0

    25

    90

    54

    1.2

    32

    90

    60

    1.5

    40

    110

    60

    2.4

    50

    120

    80

    2.7


    YS13X-16T

    YS13X-16P



    2:1

    3:1



    動(dòng)壓比



    16

    15

    82

    50


    錐管螺紋


    銅合金T

    不銹鋼P(yáng)

    1.3


    20

    105

    60

    2.3

    25

    130

    75

    3.4

    32

    130

    85

    4.3

    40

    154

    90

    5.6




































































    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

    型  號(hào)

    減壓比

    減壓比

    類型

    公稱尺寸

    DN

    外形尺寸(mm)

    連接

    方式

    閥體

    材質(zhì)

    重量

    (kg)

    生產(chǎn)企業(yè)

    L

    D

    短形

    長(zhǎng)形




    Y43X-10、16

    Y43X-10T、16T

    Y43X-10P、16P



    2:1

    3:1

    4:1

    (3:2)

    (5:2)




    靜壓比

    50

    140

    205

    165




    法蘭




    鑄 鐵

    銅合金T

    不銹鋼P(yáng)

    5.5


    65

    155

    218

    185

    8.5

    80

    155

    225

    200

    11

    100

    200

    273

    220

    14

    125

    220

    308

    250

    25

    150

    230

    322

    285

    30

    200

    270

    358

    340

    36



    YS43X-16C

    YS43X-16T

    YS43X-16P



    2:1

    3:1

    4:1



    動(dòng)壓比

    50

    132

    -

    165



    法蘭



    鑄 鋼C

    銅合金T

    不銹鋼P(yáng)

    7.5



























    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?;钊鳛楸壤綔p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(wú)用水時(shí),閥門(mén)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(kāi),水流介質(zhì)通過(guò)。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(wú)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。

    比例式減壓閥16.jpg

    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(chǎng)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(wàn)元,但該項(xiàng)目實(shí)施后經(jīng)濟(jì)效益卻顯而易見(jiàn),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(gòu)買(mǎi)3只比例式減壓閥設(shè)備費(fèi):

    3×0.22萬(wàn)元=0.66萬(wàn)元。2)減壓閥安裝費(fèi):3×0.08萬(wàn)元=0.24萬(wàn)元。3)項(xiàng)目改造費(fèi)用合計(jì):0.66+0.24=0.9萬(wàn)元。

    比例式減壓閥15.jpg

    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(zhǎng)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(wàn)/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(wàn)元=2.67萬(wàn)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(mén)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(wàn)元/只計(jì),則5年節(jié)省的電動(dòng)閥門(mén)材料費(fèi)為1.5只×0.8萬(wàn)元/只.年×5年=6萬(wàn)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(wàn)元/只;油冷器按1.5萬(wàn)元/只,5年共計(jì)節(jié)省修理費(fèi)2.5+1.5=4萬(wàn)。

    組合式減壓閥38.jpg

    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(wàn)元=0.3萬(wàn)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(wàn)元=0.3萬(wàn)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(wàn)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(zhǎng)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(wàn)元,可折算為年均節(jié)省費(fèi)用2.77萬(wàn)元。

    ZJY46H組合式減壓閥02.jpg

    4.5 水電站比例式減壓閥改造方案經(jīng)濟(jì)效益評(píng)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(kāi)關(guān)操作時(shí)的單邊受力情況,延長(zhǎng)了減壓閥及冷卻水取水口電動(dòng)閥門(mén)的使用壽命。整個(gè)項(xiàng)目改造投入費(fèi)用不到1萬(wàn)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(wàn)元。

    比例式減壓閥12.jpg

    5 水電站比例式減壓閥改造方案結(jié)束語(yǔ)

    對(duì)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(wèn)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(wèn)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(zhǎng)。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)。