電站調流調壓閥流量特性

                  電站調流調壓閥流量特性

                   上海申弘閥門有限公司

1之前介紹減壓閥入口壓力小于設定值，現在介紹電站調流調壓閥流量特性調壓閥介紹
（1）調壓閥是長壓力引水遂洞水電站的一種安全設備，一般，當壓力引水管道ΣELV/H大于15～30時，要設置調壓井，由于調壓井土建工程量較大，工期較長，采用調壓閥取代調壓井，可節約投資（大約可以節約調壓井投資的90%），縮短工期。例如：

①在新疆古爾圖河7級H=62m，裝機2X3750kW和1X2500kW；

②非洲安哥拉洛馬烏電站H=177m，2X15MW和2X10MW，不設調壓井，裝設了Φ 600和Φ 400調壓閥。都可以說是成功的案例。
（2）調壓閥的特性主要是流量特性。調壓閥的作用是當機組甩負荷時在機組導葉快速關閉的同時調壓閥快速開啟，將機組關閉時需減少的流量從調壓閥排出，待機組關閉后再緩慢關閉調壓閥。也就是說，裝設調壓閥后，引水系統內的流量變化得以緩慢進行，從而削減了水壓上升值。另一方面，由于機組仍然是快速關閉的，從而保證了速率上升值也不會過高，所以說，調壓閥是降低引水系統壓力上升值和機組速率上升值的有效措施之一，起到了調壓井的作用。
（3）全油壓控制調壓閥液壓原理。全油壓控制TFW型調壓閥基本動作是：快速開啟，緩慢關閉；小負荷變化時，調壓閥不動作；甩較大負荷時，調壓閥開啟，并具有導葉兩段關閉的性能；增負荷時，調壓閥不起作用。經過改裝的調速器特殊主配壓閥和調壓閥的液壓控制系統見圖1，其特點是全部采用壓力油直接進行控制和操作。
LHS941X調流調壓閥采用活塞式設計，是本公司引進國外及國內廠家生產的一種型水力控制閥型產品，填充了國內大型水力控制閥類似產品的空白。此閥應用在項目當中能夠對水力管道實現多功能控制，應用在項目當中能夠實現：水位控制、減壓、止回、泄壓持壓、流量控制、爆管關閉、壓力波動、排水等等功能，在水力管道當中主管網安裝此閥門能夠替代各個單一功能的閥門，功能非常的多，但是價格稍貴，本公司能夠生產規格：DN100-DN2000的產品，此種的設計壓力可以為10公斤-100公斤，壓差可以達到40KG，在項目當中可以立式安裝及臥式安裝()主要應用在自來水管道的主管網、電廠、電站等介質為水的項目當中。
圖1 液壓系統原理圖


2電站調流調壓閥流量特性 水電站2X4000kW機組調壓閥的選擇
2.1 電站參數
額定水頭Hr=62.5m，大水頭Hmax=70.2m，小水頭Hmin=61.8m，引水遂洞和壓力鋼管參數L1=1330m，V1=2.54m/s，L2=82.3m，V2=4.08m/s，電站裝機2臺4000kW水輪發電機組。電站不設調壓井，但設調壓閥。
2.2 主機選型
2.2.1 水輪機HLA772c-LJ-108
額定轉速n=600r/min，額定流量Qr=Qt=7.21m3/s，額定效率G=94.21%，飛逸轉速nf=1082r/min，比轉速ns=221.41，水推力Poc=25t，水輪機出力N水=4167kW，吸出高程Hs=+1.5m
2.2.2 發電機選型SF4000-10/2600
額定容量4000kW/5000kVA，額定電壓U=6.3kV，額定電流I=458.2A
額定功率因數5=0.8，額定轉速n=600r/min，GD2=33t.m2
2.3 調壓閥的選擇
電站裝設調壓閥，要求全甩負荷時壓力鋼管的壓力上升值 ξ 不大于20%，機組速率上升值 β 不大于40%。分段拐點開度τg=14%（空載開度τx=12%）對應接力器行程Yg=17%，拐點流量Qg=1.345m3/s。接力器關閉規律曲線見圖2。



圖2 接力器關閉規律曲線圖
2.3.1 根據β 求T's及Tsg
計算采用哈爾濱大電機研究所“水輪機設計手冊”中所的公式，得：

式中
ΔtN--滯后時間取0.3s；
GD2--機組轉動慣量33t.m2；
f--水錘影響系數，根據水錘壓力為0.2反算得 σ =0.182，f=1+σ=1.182；
C--水輪機飛逸特性影響系數，

式（1）中
nH--甩負荷前正常轉速；
n'IP--該水頭下單位轉速；
n'IH--單位飛逸轉速。
將β =0.4、ΔtN、f、C及其它已知值代入公式，求得導水機構全行程有效關閉時間T's=7.25s。
按線性關系Tsg=（1-Yg）T's=（1-0.17）X 7.25=6.0175s
2.3.2 根據允許的壓力上升值求TSS

ρ τ > 1為末相水錘
根據末相水錘公式



2.3.3 計算要求通過調壓閥的泄放流量QX

通過計算得出的調壓閥特性曲線見圖3。

圖3 TFW600/130調壓閥特性圖
2.3.4 計算調壓閥行程
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥根據Qx=4.401m3/s及（1+N）H=1.2 X 70.2=84.24m，故可選用TFW600/130調壓閥，TFW600/130調壓閥的參數如表1。
表1 TFW600/130調壓閥參數表



根據TFW600/130調壓閥特性圖（圖3）查得，本電站所需調壓閥行程Yx=75mm。
2.3.5 壓力下降驗算
（1）引水系統允許的壓力下降值：本電站引水系統控制壓力下降點在隧洞末端的B點，極限死水位為546m，隧洞末端頂部高程為520m，故在該處的毛水頭為546-520=26m，扣除水頭損失及流速水頭2m，并留2m的安全余度，實際在該處允許的大水壓下降值為22m。
（2）部分甩負荷時的“壓降”驗算：
①求調壓閥全開所對應的接力器行程K

式中

即當在接力器行程83%甩負荷時調壓閥仍開到全行程（即Yx=75mm）。
② 計算壓力下降值
水庫在低水位546m時的水頭為61.8m

從接力器行程與機組開度關系曲線查得對應接力器0.83時的機組開度為0.81，從機組綜合特性曲線查得Q'1=760L/s此時調壓閥開到75mm，其過流量Qx=4.401m3/s < Q，故不會出現壓力降，即壓力鋼管內不會出現負壓力。



3 裝設調壓閥電站對調速器的要求
（1）調壓閥的開啟和關閉都是由調速器控制，當機組緊急停機或瞬間甩負荷超過約15%時，調壓閥由調速器聯動開啟，使調壓閥打開泄出設定大小的水流以確保機組及壓力隧洞系統的安全。
（2）由于采用同一個主配壓閥控制，所以調壓閥快速開啟與導葉快速關閉是協聯同步的（如果可能，也可考慮采用雙主配壓閥控制）。
（3）因調壓閥是否能按設計要求動作，關系到電站的運行安全性。為了安全起見，調速器和調壓閥之間必須采用電氣和液壓雙聯動的操作方式，雙保險。當機組緊急停機或瞬間甩負荷超過約15%時，或測壓電路感知壓力鋼管壓力超過使可壓力時，調壓閥在調速器控制下快速開啟。當壓力鋼管壓力減小到設定的安全壓力時，調壓閥再緩慢關閉。
（4）活動導葉接力器必須設分段關閉裝置。


4 結語
隨著調壓閥結構設計的優化和應用技術的成熟，其操作更簡便，運行更安全可靠，與功能相同的調壓井相對比，調壓閥節省了工程投資，縮短了施工周期，在中小型水電站的引水系統中得到應用。以上關于調壓閥的選擇供同行參考。與本產品相關論文：水輪機減壓閥