ZJY46H型組合式減壓閥氣蝕和沖蝕的現象

                         上海申弘閥門有限公司

之前介紹空氣減壓閥在修造輪船應用，現在介紹ZJY46H型組合式減壓閥氣蝕和沖蝕的現象我公司生產的ZJY46H型組合式減壓閥在一些高水頭電站（水頭200m以上）使用一年后，部分用戶反映主閥節流錐有氣蝕和沖蝕的現象；同時，減壓閥運行噪聲也偏高。雖然以上問題沒有影響減壓閥的正常運行，但我公司針對電站反映的問題進行了分析，并進行了一系列改進試驗，取得了良好結果。
    ZJY46H型組合式減壓閥氣蝕和沖蝕的現象 ZJY46H型組合式減壓閥具有高減壓比、大流量、穩定性好、使用壽命長、一級減壓的特點。但在高減壓比的工況下運行時，由于能量消耗的形式體現，運行噪聲和氣蝕的現象也是不可避免的。在分析這一現象時，我們認為：合理的過流面積的幾何形狀可有效地減小流阻，同時有效地減少噪聲和氣蝕程度。
  為此，我們設計了兩個改進型DN150節流錐S1#和S2#，和缸套閥座組合件，先在公司的試驗臺上進行試驗，S2#節流錐和缸套閥座組合件，取得了明顯的預計效果；然后我們又到云南計堵河水電站進行了現場試驗，雖然這次試驗因時間原因沒有按計劃全部做完，但仍可證明這次改進有著良好的效果。組合式減壓閥屬減壓平衡閥技術領域，是用于水電企業各類管路或設備上水減壓的閥門。也用于化工、石油、冶金等行業。其適應性、穩定性、可靠性及技術指標、性能高于同類產品。在主閥和主閥閥瓣基礎上，特征是具有活塞、彈簧和控制閥、節流泵、噴嘴、過濾器、連接管道、控制管。它通過自動控制，無論進水口壓力的變化如何，無論進水口流量的變化大小，出水口減壓值始終保持在用戶所需范圍，能將波動的高壓自動控制成為恒定的低壓。
二 試驗思路
  因為氣蝕的發生總是伴隨著噪聲增大，故通過測試閥內水流噪聲而可間接判斷氣蝕性能。
先在公司內部的試驗臺上進行工廠試驗，取得良好的效果后適時再到水電站進行現場試驗。通過對改進節流錐與原型節流錐的試驗數據比較，即可得出改進節流錐的性能結果。該閥主要由主閥、控制導閥、過濾器、針閥、球閥及旁通管道節流部位等組成。適用于溫度≤80℃的水及非腐蝕性液體（汽油、煤油）和氣體等需要降低到一定范圍的設備和管路系統上，通過調節將進口壓力降低至某一需要的出口壓力值。當進口力或流量發生變化時，靠介質本身的能量可自動保持出口壓力在一定的范圍內。
三 工廠試驗
1.工廠試驗簡介
1.1、工廠試驗臺

如圖1 所示：B為多級泵；A為被測減壓閥；C為安全泄壓閥。試驗系統開啟后，將P1zui高值調整為1.9MPa，然后在分別設定P2為各不同值，在各值中改變P1值，觀測在不同工況下的運行穩定性和噪聲。
1.2、試驗方式
  用兩個改進型DN150節流錐S1#S2#和一個原型節流錐S0#和相對應的缸套閥座組合件，先后裝入減壓閥閥體內在試驗臺上進行試驗，通過給定出口壓力、調節進口壓力，測試主閥不同開度條件下的噪聲分貝值，即可比較不同節流錐的性能差異。
2.工廠試驗數據及初步判斷
工廠試驗結果見表一：

注：P1為進口壓力(MPa)；P2為出口壓力(MPa)；K為主閥開程(mm)；Z為噪聲聲壓級(dB)。由表一可知，改進型節流錐S1#的降噪性能比原型節流錐S0#稍好，而改進型節流錐S2#降噪性能。因水泵流量所限，工廠試驗參數不足以說明問題。因此我們選擇了云南計堵河電站進行電站運行現場試驗。
四 現場試驗
1.計堵河水電站及減壓閥使用情況簡介
  計堵河二級水電站位于云南省怒江州瀘水縣稱桿鄉計堵河上，電站裝機容量為2×6300kW，為引水式電站。機組技術供水采用自流減壓供水和水泵供水方式，單機組技術供水流量為150m3/h；水頭為260m～240m。因水泵運行故障率高，所以自流減壓供水為主供水。
2、機組自流減壓供水系統簡介 
如圖2所示：在壓力鋼管進機組處的位置附近取水。K1、K2分別這取水閥和工作閥，Y為ZJY46H-40C DN150減壓閥。P2的壓力整定為0.6MPa，減壓后的水直供水池，再由水池供兩臺機組用水。調節閥門K3為合適的過流面積。改進前的單臺ZJY46H-40C DN150減壓閥的流量在滿足兩臺機組運行時，運行噪音為118dB。
3、自流減壓供水系統工作狀況
  計堵河水電站以前曾用國外某公司生產的膜片差壓式DN150減壓閥兩臺作兩級減壓，使用不到半年即損壞，無法再用。后改用我公司生產的ZJY46H型組合式減壓閥一臺作一級減壓，使用一年后，雖然噪聲偏高，節流錐有沖蝕和氣蝕，但仍能使用。
  由于電站生態環境較差，植被破壞嚴重。水中的雜質主要為石英砂。由于高速水流產生的氣蝕，再加上石英砂的磨蝕，減壓閥的運行環境很差。這就需要對減壓閥進行合理的改進，保證在惡劣環境下運行的減壓閥有良好的適應性，以保證電站的正常運行。
4.現場試驗簡介
  計堵河水電站在八月下旬因故需停電一天，我們趁這個時機趕到水電站進行現場試驗。原計劃試驗S2#節流錐和S0#節流錐及對應的缸套閥座組合件，以作比較。但因兩次試驗間隔的準備時間（減壓閥前截止閥不能關死，需壓力鋼管泄水和灌水）過長，為不影響按時發電，只試驗S2#節流錐而未能進行S0#原型節流錐的試驗。
  另外，只有減壓閥后有壓力表，而減壓閥前沒有，也沒有流量計。這對試驗造成一定的不便。
  在S2#節流錐試驗過程中及后正式發電投入運行時，用戶評價：噪聲明顯減小，振動微弱。
5.現場試驗數據及初步判斷
現場試驗結果見表二和表三：
表二 現場試驗結果（一）

注：1)符號同表一。2)減壓閥主閥全開程為28mm。3)調節桿預壓高度為89mm。
由表二可知，出口閥開度從全開到1/2開時，減壓閥的出口壓力變化很小，不影響機組運行。此時通過減壓閥的水流噪聲有較大降低。
表三  現場試驗結果（二）

注：1)符號同表一。2)減壓閥主閥全開程為28mm。3)帶*號的調節桿預壓高度為63mm，是當前的發電投運狀態。其余的調節桿預壓高度為89mm。
對比表二和表三，可以發現：
1)當出口壓力調高后，水流噪聲降低約6～7 dB。
2)在表二中，出口閥開度變化后，水流噪聲從110.0 dB降到91.0 dB，降幅為19 dB；在表三中，水流噪聲則從111.0 dB降到88.5 dB，降幅為22.5 dB。
3)試驗完成后，應電站要求，將ZJY46H-40C DN150減壓閥的P2值整定為0.7MPa,調節出口閥K3滿足兩臺機組運行的流量要求。即時工況的噪聲為89.5dB。

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：

五 綜合分析
  上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥一般來說，減壓閥的水流噪聲與水通過節流錐產生的渦流直接相關，而渦流與節流錐的幾何形狀、附近的流道及流速有關，而流速又與節流錐的開度和前后壓力差有關。
選擇合理的節流錐形狀，可以減小流阻系數及相應的渦流影響；增加主閥調節桿的預壓量，可以增加水的流量而降低通過節流錐過流面的流速（實際上是流阻損失減少）。通過這種方式，我們可以有效降低減壓閥的水流噪聲。
六 結論
1)S2#節流錐對降低減壓閥的水流噪聲是有效的。
2)S2#節流錐的穩壓性能是可靠的。
3)輔以增加主閥調節桿的預壓量對降低減壓閥的水流噪聲也是可行的。
七 進一步改進思考
1)主閥節流錐的幾何形狀仍可考慮進一步優化。
2)節流錐附近的流道今后可以考慮改進。
3)過流面易氣蝕和沖蝕處可以考慮選擇更好的耐磨材料。

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