電站調(diào)流調(diào)壓閥流量特性

                  電站調(diào)流調(diào)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(shè)定值，現(xiàn)在介紹電站調(diào)流調(diào)壓閥流量特性調(diào)壓閥介紹
（1）調(diào)壓閥是長壓力引水遂洞水電站的一種安全設(shè)備，一般，當(dāng)壓力引水管道ΣELV/H大于15～30時(shí)，要設(shè)置調(diào)壓井，由于調(diào)壓井土建工程量較大，工期較長，采用調(diào)壓閥取代調(diào)壓井，可節(jié)約投資（大約可以節(jié)約調(diào)壓井投資的90%），縮短工期。例如：

①在新疆古爾圖河7級(jí)H=62m，裝機(jī)2X3750kW和1X2500kW；

②非洲安哥拉洛馬烏電站H=177m，2X15MW和2X10MW，不設(shè)調(diào)壓井，裝設(shè)了Φ 600和Φ 400調(diào)壓閥。都可以說是成功的案例。
（2）調(diào)壓閥的特性主要是流量特性。調(diào)壓閥的作用是當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)在機(jī)組導(dǎo)葉快速關(guān)閉的同時(shí)調(diào)壓閥快速開啟，將機(jī)組關(guān)閉時(shí)需減少的流量從調(diào)壓閥排出，待機(jī)組關(guān)閉后再緩慢關(guān)閉調(diào)壓閥。也就是說，裝設(shè)調(diào)壓閥后，引水系統(tǒng)內(nèi)的流量變化得以緩慢進(jìn)行，從而削減了水壓上升值。另一方面，由于機(jī)組仍然是快速關(guān)閉的，從而保證了速率上升值也不會(huì)過高，所以說，調(diào)壓閥是降低引水系統(tǒng)壓力上升值和機(jī)組速率上升值的有效措施之一，起到了調(diào)壓井的作用。
（3）全油壓控制調(diào)壓閥液壓原理。全油壓控制TFW型調(diào)壓閥基本動(dòng)作是：快速開啟，緩慢關(guān)閉；小負(fù)荷變化時(shí)，調(diào)壓閥不動(dòng)作；甩較大負(fù)荷時(shí)，調(diào)壓閥開啟，并具有導(dǎo)葉兩段關(guān)閉的性能；增負(fù)荷時(shí)，調(diào)壓閥不起作用。經(jīng)過改裝的調(diào)速器特殊主配壓閥和調(diào)壓閥的液壓控制系統(tǒng)見圖1，其特點(diǎn)是全部采用壓力油直接進(jìn)行控制和操作。
LHS941X調(diào)流調(diào)壓閥采用活塞式設(shè)計(jì)，是本公司引進(jìn)國外及國內(nèi)廠家生產(chǎn)的一種型水力控制閥型產(chǎn)品，填充了國內(nèi)大型水力控制閥類似產(chǎn)品的空白。此閥應(yīng)用在項(xiàng)目當(dāng)中能夠?qū)λ艿缹?shí)現(xiàn)多功能控制，應(yīng)用在項(xiàng)目當(dāng)中能夠?qū)崿F(xiàn)：水位控制、減壓、止回、泄壓持壓、流量控制、爆管關(guān)閉、壓力波動(dòng)、排水等等功能，在水力管道當(dāng)中主管網(wǎng)安裝此閥門能夠替代各個(gè)單一功能的閥門，功能非常的多，但是價(jià)格稍貴，本公司能夠生產(chǎn)規(guī)格：DN100-DN2000的產(chǎn)品，此種的設(shè)計(jì)壓力可以為10公斤-100公斤，壓差可以達(dá)到40KG，在項(xiàng)目當(dāng)中可以立式安裝及臥式安裝()主要應(yīng)用在自來水管道的主管網(wǎng)、電廠、電站等介質(zhì)為水的項(xiàng)目當(dāng)中。
圖1 液壓系統(tǒng)原理圖


2電站調(diào)流調(diào)壓閥流量特性 水電站2X4000kW機(jī)組調(diào)壓閥的選擇
2.1 電站參數(shù)
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(shù)L1=1330m，V1=2.54m/s，L2=82.3m，V2=4.08m/s，電站裝機(jī)2臺(tái)4000kW水輪發(fā)電機(jī)組。電站不設(shè)調(diào)壓井，但設(shè)調(diào)壓閥。
2.2 主機(jī)選型
2.2.1 水輪機(jī)HLA772c-LJ-108
額定轉(zhuǎn)速n=600r/min，額定流量Qr=Qt=7.21m3/s，額定效率G=94.21%，飛逸轉(zhuǎn)速nf=1082r/min，比轉(zhuǎn)速ns=221.41，水推力Poc=25t，水輪機(jī)出力N水=4167kW，吸出高程Hs=+1.5m
2.2.2 發(fā)電機(jī)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(shù)5=0.8，額定轉(zhuǎn)速n=600r/min，GD2=33t.m2
2.3 調(diào)壓閥的選擇
電站裝設(shè)調(diào)壓閥，要求全甩負(fù)荷時(shí)壓力鋼管的壓力上升值 ξ 不大于20%，機(jī)組速率上升值 β 不大于40%。分段拐點(diǎn)開度τg=14%（空載開度τx=12%）對(duì)應(yīng)接力器行程Yg=17%，拐點(diǎn)流量Qg=1.345m3/s。接力器關(guān)閉規(guī)律曲線見圖2。



圖2 接力器關(guān)閉規(guī)律曲線圖
2.3.1 根據(jù)β 求T's及Tsg
計(jì)算采用哈爾濱大電機(jī)研究所“水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)”中所的公式，得：

式中
ΔtN--滯后時(shí)間取0.3s；
GD2--機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量33t.m2；
f--水錘影響系數(shù)，根據(jù)水錘壓力為0.2反算得 σ =0.182，f=1+σ=1.182；
C--水輪機(jī)飛逸特性影響系數(shù)，

式（1）中
nH--甩負(fù)荷前正常轉(zhuǎn)速；
n'IP--該水頭下單位轉(zhuǎn)速；
n'IH--單位飛逸轉(zhuǎn)速。
將β =0.4、ΔtN、f、C及其它已知值代入公式，求得導(dǎo)水機(jī)構(gòu)全行程有效關(guān)閉時(shí)間T's=7.25s。
按線性關(guān)系Tsg=（1-Yg）T's=（1-0.17）X 7.25=6.0175s
2.3.2 根據(jù)允許的壓力上升值求TSS

ρ τ > 1為末相水錘
根據(jù)末相水錘公式



2.3.3 計(jì)算要求通過調(diào)壓閥的泄放流量QX

通過計(jì)算得出的調(diào)壓閥特性曲線見圖3。

圖3 TFW600/130調(diào)壓閥特性圖
2.3.4 計(jì)算調(diào)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(diào)式減壓閥,水減壓閥根據(jù)Qx=4.401m3/s及（1+N）H=1.2 X 70.2=84.24m，故可選用TFW600/130調(diào)壓閥，TFW600/130調(diào)壓閥的參數(shù)如表1。
表1 TFW600/130調(diào)壓閥參數(shù)表



根據(jù)TFW600/130調(diào)壓閥特性圖（圖3）查得，本電站所需調(diào)壓閥行程Yx=75mm。
2.3.5 壓力下降驗(yàn)算
（1）引水系統(tǒng)允許的壓力下降值：本電站引水系統(tǒng)控制壓力下降點(diǎn)在隧洞末端的B點(diǎn)，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(shí)際在該處允許的大水壓下降值為22m。
（2）部分甩負(fù)荷時(shí)的“壓降”驗(yàn)算：
①求調(diào)壓閥全開所對(duì)應(yīng)的接力器行程K

式中

即當(dāng)在接力器行程83%甩負(fù)荷時(shí)調(diào)壓閥仍開到全行程（即Yx=75mm）。
② 計(jì)算壓力下降值
水庫在低水位546m時(shí)的水頭為61.8m

從接力器行程與機(jī)組開度關(guān)系曲線查得對(duì)應(yīng)接力器0.83時(shí)的機(jī)組開度為0.81，從機(jī)組綜合特性曲線查得Q'1=760L/s此時(shí)調(diào)壓閥開到75mm，其過流量Qx=4.401m3/s < Q，故不會(huì)出現(xiàn)壓力降，即壓力鋼管內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓力。



3 裝設(shè)調(diào)壓閥電站對(duì)調(diào)速器的要求
（1）調(diào)壓閥的開啟和關(guān)閉都是由調(diào)速器控制，當(dāng)機(jī)組緊急停機(jī)或瞬間甩負(fù)荷超過約15%時(shí)，調(diào)壓閥由調(diào)速器聯(lián)動(dòng)開啟，使調(diào)壓閥打開泄出設(shè)定大小的水流以確保機(jī)組及壓力隧洞系統(tǒng)的安全。
（2）由于采用同一個(gè)主配壓閥控制，所以調(diào)壓閥快速開啟與導(dǎo)葉快速關(guān)閉是協(xié)聯(lián)同步的（如果可能，也可考慮采用雙主配壓閥控制）。
（3）因調(diào)壓閥是否能按設(shè)計(jì)要求動(dòng)作，關(guān)系到電站的運(yùn)行安全性。為了安全起見，調(diào)速器和調(diào)壓閥之間必須采用電氣和液壓雙聯(lián)動(dòng)的操作方式，雙保險(xiǎn)。當(dāng)機(jī)組緊急停機(jī)或瞬間甩負(fù)荷超過約15%時(shí)，或測(cè)壓電路感知壓力鋼管壓力超過使可壓力時(shí)，調(diào)壓閥在調(diào)速器控制下快速開啟。當(dāng)壓力鋼管壓力減小到設(shè)定的安全壓力時(shí)，調(diào)壓閥再緩慢關(guān)閉。
（4）活動(dòng)導(dǎo)葉接力器必須設(shè)分段關(guān)閉裝置。


4 結(jié)語
隨著調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和應(yīng)用技術(shù)的成熟，其操作更簡(jiǎn)便，運(yùn)行更安全可靠，與功能相同的調(diào)壓井相對(duì)比，調(diào)壓閥節(jié)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(tǒng)中得到應(yīng)用。以上關(guān)于調(diào)壓閥的選擇供同行參考。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：水輪機(jī)減壓閥