水电站调压阀选型

                              水电站调压阀选型

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1水电站调压阀选型 调压阀介绍
（1）之前介绍自力式调节阀作用，现在介绍调压阀是长压力引水遂洞水电站的一种安全设备，一般，当压力引水管道ΣELV/H大于15～30时，要设置调压井，由于调压井土建工程量较大，工期较长，采用调压阀取代调压井，可节约投资（大约可以节约调压井投资的90%），缩短工期。例如： ①在新疆古尔图河7级H=62m，装机2X3750kW和1X2500kW；②非洲安哥拉洛马乌电站H=177m，2X15MW和2X10MW，不设调压井，装设了Φ 600和Φ 400调压阀。都可以说是成功的案例。
（2）调压阀的特性主要是流量特性。调压阀的作用是当机组甩负荷时在机组导叶快速关闭的同时调压阀快速开启，将机组关闭时需减少的流量从调压阀排出，待机组关闭后再缓慢关闭调压阀。也就是说，装设调压阀后，引水系统内的流量变化得以缓慢进行，从而削减了水压上升值。另一方面，由于机组仍然是快速关闭的，从而保证了速率上升值也不会过高，所以说，调压阀是降低引水系统压力上升值和机组速率上升值的有效措施之一，起到了调压井的作用。
（3）全油压控制调压阀液压原理。全油压控制TFW型调压阀基本动作是：快速开启，缓慢关闭；小负荷变化时，调压阀不动作；甩较大负荷时，调压阀开启，并具有导叶两段关闭的性能；增负荷时，调压阀不起作用。经过改装的调速器特殊主配压阀和调压阀的液压控制系统见图1，其特点是全部采用压力油直接进行控制和操作。

调压阀是长压力引水隧洞水电站的一种安全设备，一般，当压力引水管道ΣLV/H大于15～30时，要设置调压井，由于调压井土建工程量较大，工期较长，采用调压阀取代调压井，可节约投资，缩短工期。以龙源电站为例，节约了调压井投资的90%，使电站提前一年发电。因此，采用调压阀取代调压井，是节约投资、加快工程进度的一项重要技术措施。91视频看看簧色的工作原理——互为备用的双反馈系统
在91视频看看簧色的工作原理中，反馈系统是指根据91视频看看簧色出口压力的变化信号来控制过流面积（节流锥开度）的独立系统。ZJY46H组合式91视频看看簧色装备有互为备用的双反馈系统，启用A系统即停用B系统的运行模式可以达到91视频看看簧色不停机检修的目的。
根据ZJY46H组合式91视频看看簧色的工作原理中双反馈系统的工作原理，互为备用的双反馈控制系统和反冲排污系统，确保了91视频看看簧色的抗故障能力和防泥沙能力， 
本系列调压阀是通过试验研究和在龙源等水电站调压阀设计、制造、安装、运行试验的基础上设计而成的系列产品，以适应中小型水电站的需要。
上海91视频色下载APP阀门有限公司生产相关的产品有：91视频看看簧色(91视频黄色网91视频看看簧色,可调式91视频看看簧色,由于调压阀是通过泄去多余流量来达到确保机组及压力隧洞系统的安全的，因此选型是否合理将直接影响电站的安全运行。 
（1）.必须由负责电站设计的单位按《系列设计资料汇集》进行准确的引水系统调节保证计算，以确定调压阀的选型和所需行程，防止因不合理的参数设置而产生过大的水锤压力。 
（2）.由于调压阀开启时的压力油是入主油缸开启腔后，将背压腔排出的油一部分经逆止阀排回调速器油箱，另一部分则回到调速器主接力器油缸用以控制机组导叶关闭，因此在选型设计时必须注意两油缸容积的匹配，应使调压阀主油缸直径D7的容积大于调速器主接力器油缸的容积，避免因调速器主接力器油缸的容积大而产生机组不能全关的现象。 
（3）.由于调压阀是采用全液压控制的，因此，合理地缩短调速器与调压阀之间的距离能大限度地减少液压控制的滞后时间，对提高调速器的调速品质具有良好的作用。 
（4）.为防止液压系统中因集气现象而动作不准确，应合理地布置管路，使调速器比调压阀的安装高程高些才是正确的

调压阀系列是根据水轮机型谱“五五～六五"期间规划生产的中小型水轮机系列及调压阀生产现状而定的，按直径和水头共分为七个品种，主要参数参见表一。 
以峨眉驰骋生产的TFW型调压阀为例，其型号表示意义：如“TFW400/130"中的T、F分别表示“调"、“阀"，W代表“卧"式，400为调压阀阀盘进水止口直径为400mm，130为名义水头130m。 
调压阀的本体采用卧式布置，即其进水管、油缸的中心线与地面呈平行，主要由阀壳、阀塞、主油缸、引导油缸、补气阀等组成。 
阀壳为铸钢件，由左右对称的两个半蜗形管合成，共有三个开放的孔口，其中一端为进水口，一端为出水口，一端为与主油缸连接的预留孔；阀壳的蜗形管内有固定导叶，使水流进入后就形成环流并在阀体内相互碰撞消能，然后排向尾水，消能性能良好。为减少振动，设有补气装置，使大气能均匀地直接进入调压阀泄水流道入口端的负压区。 
TFW400/130型为锥形阀塞，其余型号为圆形阀塞，阀塞材料为铸钢，表面镀铬防锈，阀塞上设有均压孔，目的是平衡阀塞两边的水压，以减少操作油压。 
主油缸及引导油缸用于操作阀塞的开关，其筒体为铸钢件，内有活塞，从机组调速器来的油源分别接入主油缸活塞的前后两腔，当机组正常工作时，压力油通在关闭腔，使调压阀处于关闭状态；当机组紧急停机或瞬间甩负荷超过约15%时，压力油则自动通在开启腔，使调压阀打开泄出设定大小的水流以确保机组及压力隧洞系统的安全。 
补气阀装在阀壳上，能在调压阀泄水时使大气直接进入调压阀泄水道入口端的负压区，以减少水流冲刷对阀壳内部流道的气蚀和减少调压阀的振动。 
阀塞与阀壳之间用硬密封，即阀塞上是堆焊的不锈钢止水环，阀壳上则用可拆换的青铜止水，二者之间通过精细研磨以达到严密接触，具有良好的止水性能。油缸筒体与活塞之间、活塞杆与阀壳之间等所有会产生相对移动的部位则全部采用特制的橡胶圈密封。 
为实现对调压阀的控制，另需在液压系统中安装控制用特殊主配压阀、节流阀和油压逆止阀。其中特殊主配压阀安装在机组调速器内以取代调速器原装的主，特殊主配压阀的构造是多增加了一个阀盘用于控制调压阀。 
调压阀的特性主要是流量特性（详见系列设计资料汇集）。 
调压阀的作用是当机组甩负荷时在机组导叶快速关闭的同时调压阀快速开启，将机组关闭时需减少的流量从调压阀排出，待机组关闭后再缓慢关闭调压阀。也就是说，装设调压阀后，引水系统内的流量变化得以缓慢进行，从而削减了水压上升值。另一方面，由于机组仍然是快速关闭的，从而保证了速率上升值也不会过高，所以说，调压阀是降低引水系统压力上升值和机组速率上升值的有效措施之一，起到了调压井的作用。 
TFW型调压阀的控制系统采用全液压控制和操作，通过安装在调速器内的特殊主配压阀等元件同时控制和操作导叶接力器及调压阀，其工作原理如下（见图4）： 
（1）.机组负荷不变时，主配压阀活塞处于中间位置（图示位置），调速器来的压力油P1经节流孔A进入调压阀主油缸关闭腔，此时调压阀关闭腔油压P1=P2，其开启腔通排油，由于关闭腔的油压大于调压阀阀盘上的水推力，故调压阀处于关闭位置。 
（2）.机组减少量负荷时（约机组额定出力的15%以内），由于主配压阀中间阀盘活塞的上移量小于搭叠量S，此时仅有少量压力油P1经节流孔A进入导叶接力器关闭腔而缓慢地关闭导叶，此时少量压力油经孔A所形成压降△P较小，调压阀关闭腔的油压（P2=P1-△P）仍能维持调压阀处在关闭位置，此时调压阀开启腔通排油，因此在负荷减少量不大时，调压阀不动作，导叶接力器关闭速度缓慢。 
（3）.当机组瞬时甩较多负荷时（大于机组额定出力的15%左右），主配压阀中间阀盘活塞的上移量大于搭叠量S，孔口两侧的压差△P增加，P2减少，而调压阀主油缸开启腔与压力油P1接通，调压阀快速开启，调压阀关闭腔排出的压力油加上少量经A孔的压力油流至导叶接力器关闭腔快速关闭导叶。由于采用同一个主配压阀控制，所以调压阀快速开启与导叶快速关闭是协联同步的。 
（4）.当机组增负荷时，主配压阀活塞下移，压力油P1直接进入导叶接力器开启腔中（不受A孔限制），A孔前后压力相等，调压阀关闭腔油压未变，开启腔通排油，故调压阀仍处在关闭位置。 
（5）.“分段装置"：在调压阀开始快速开启时，引导油缸的排油因受节流孔C限制而油压迅速升高，迫使油压逆止阀克服油压而开启，于是在调压阀快速开启的过程中，其关闭腔的压力油只部分关闭导叶接力器，而其它的少量压力油不断地经调节阀D排走，于是调压阀开启速度较“分段装置"未投入时加快了，当调节阀提前开到限位环所限制的位置而停止时（此时导叶尚未全部关闭），引导油缸的油压消失，油压逆止阀很快地自动关闭，此时仅有经A孔来的少量压力油缓慢地继续关闭导叶接力器，从而使导叶分两段关闭，因此调节阀D开口的大小可直接控制导叶分段关闭的拐点位置。导叶关闭后，机组转速降低到正常转速时，主配压阀回到中间位置，调压阀主油缸开启腔通排油，于是压力油P1经A孔以规定的速度慢速关闭调压阀。 
如果调压阀因失灵而拒绝动作，不论主配压阀上阀盘上开口有多大，流过它的只有经过A孔的少量压力油，机组只能慢关闭，以保证引水系统压力上升不超过允许值。 
各节流孔的作用： 
A孔：整定调压阀失灵时导叶慢关闭时间及调压阀的关闭时间。 
B孔：控制引导油腔的油压，以保证逆止阀迅速开启。 
D孔：整定导叶分段关闭的拐点位置。导叶快关机时间仍由调速器主配压阀开口大小整定。




水电站调压阀选型图1 液压系统原理图
2 水电站2X4000kW机组调压阀的选择
2.1 电站参数
额定水头Hr=62.5m，大水头Hmax=70.2m，小水头Hmin=61.8m，引水遂洞和压力钢管参数L1=1330m，V1=2.54m/s，L2=82.3m，V2=4.08m/s，电站装机2台4000kW水轮发电机组。电站不设调压井，但设调压阀。
2.2 主机选型
2.2.1 水轮机HLA772c-LJ-108
额定转速n=600r/min，额定流量Qr=Qt=7.21m3/s，额定效率G=94.21%，飞逸转速nf=1082r/min，比转速ns=221.41，水推力Poc=25t，水轮机出力N水=4167kW，吸出高程Hs=+1.5m
2.2.2 发电机选型SF4000-10/2600
额定容量4000kW/5000kVA，额定电压U=6.3kV，额定电流I=458.2A
额定功率因数5=0.8，额定转速n=600r/min，GD2=33t.m2
2.3 调压阀的选择
电站装设调压阀，要求全甩负荷时压力钢管的压力上升值 ξ 不大于20%，机组速率上升值 β 不大于40%。分段拐点开度τg=14%（空载开度τx=12%）对应接力器行程Yg=17%，拐点流量Qg=1.345m3/s。接力器关闭规律曲线见图2。

图2 接力器关闭规律曲线图
2.3.1 根据β 求T's及Tsg
计算采用哈尔滨大电机研究所“水轮机设计手册"中所的公式，得：

式中
ΔtN--滞后时间取0.3s；
GD2--机组转动惯量33t.m2；
f--水锤影响系数，根据水锤压力为0.2反算得 σ =0.182，f=1+σ=1.182；
C--水轮机飞逸特性影响系数，

式（1）中
nH--甩负荷前正常转速；
n'IP--该水头下单位转速；
n'IH--单位飞逸转速。
将β =0.4、ΔtN、f、C及其它已知值代入公式，求得导水机构全行程有效关闭时间T's=7.25s。
按线性关系Tsg=（1-Yg）T's=（1-0.17）X 7.25=6.0175s
2.3.2 根据允许的压力上升值求TSS

ρ τ > 1为末相水锤
根据末相水锤公式




2.3.3 计算要求通过调压阀的泄放流量QX

通过计算得出的调压阀特性曲线见图3。

图3 TFW600/130调压阀特性图
2.3.4 计算调压阀行程
根据Qx=4.401m3/s及（1+N）H=1.2 X 70.2=84.24m，故可选用TFW600/130调压阀，TFW600/130调压阀的参数如表1。
表1 TFW600/130调压阀参数表

根据TFW600/130调压阀特性图（图3）查得，本电站所需调压阀行程Yx=75mm。
2.3.5 压力下降验算
（1）引水系统允许的压力下降值：本电站引水系统控制压力下降点在隧洞末端的B点，极限死水位为546m，隧洞末端顶部高程为520m，故在该处的毛水头为546-520=26m，扣除水头损失及流速水头2m，并留2m的安全余度，实际在该处允许的大水压下降值为22m。
（2）部分甩负荷时的“压降"验算：
①求调压阀全开所对应的接力器行程K

式中

即当在接力器行程83%甩负荷时调压阀仍开到全行程（即Yx=75mm）。
② 计算压力下降值
水库在低水位546m时的水头为61.8m

从接力器行程与机组开度关系曲线查得对应接力器0.83时的机组开度为0.81，从机组综合特性曲线查得Q'1=760L/s

此时调压阀开到75mm，其过流量Qx=4.401m3/s < Q，故不会出现压力降，即压力钢管内不会出现负压力。
3 装设调压阀电站对调速器的要求
（1）调压阀的开启和关闭都是由调速器控制，当机组紧急停机或瞬间甩负荷超过约15%时，调压阀由调速器联动开启，使调压阀打开泄出设定大小的水流以确保机组及压力隧洞系统的安全。
（2）由于采用同一个主配压阀控制，所以调压阀快速开启与导叶快速关闭是协联同步的（如果可能，也可考虑采用双主配压阀控制）。
（3）因调压阀是否能按设计要求动作，关系到电站的运行安全性。为了安全起见，调速器和调压阀之间必须采用电气和液压双联动的操作方式，双保险。当机组紧急停机或瞬间甩负荷超过约15%时，或测压电路感知压力钢管压力超过使可压力时，调压阀在调速器控制下快速开启。当压力钢管压力减小到设定的安全压力时，调压阀再缓慢关闭。
（4）活动导叶接力器必须设分段关闭装置。
4 结语
随着调压阀结构设计的优化和应用技术的成熟，其操作更简便，运行更安全可靠，与功能相同的调压井相对比，调压阀节省了工程投资，缩短了施工周期，在中小型水电站的引水系统中得到应用。以上关于调压阀的选择供同行参考。与本文相关的论文：ZJY46H组合式91视频看看簧色减静压技术探讨