先導(dǎo)活塞式減壓閥的工作原理及應(yīng)用

王 慧 賀 超

1.山東電力工程咨詢院有限公司 山東 濟(jì)南 250013 2.濟(jì)南四建（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 山東 濟(jì)南 250031

在電廠水處理的工藝設(shè)計中，經(jīng)常遇到系統(tǒng)前后壓力需要調(diào)節(jié)的情況，先導(dǎo)活塞式減壓閥作為一種簡單有效的壓力調(diào)節(jié)裝置，很受設(shè)計人員的青睞，在電廠水處理中應(yīng)用廣泛。但在使用過程中仍然出現(xiàn)了一些問題，本文在總結(jié)了前人工作的基礎(chǔ)上，對先導(dǎo)活塞式減壓閥的動、靜態(tài)工作性能進(jìn)行了討論，并對其使用過程中的注意事項做了進(jìn)一步明確。

1 減壓閥的原理及定義

GB 12244-2006對減壓閥的定義為：減壓閥是通過閥瓣的節(jié)流，將進(jìn)口壓力降至某一個需要的出口壓力，并能在進(jìn)口壓力及流量變動時，利用介質(zhì)本身能量保持出口壓力基本不變的閥門［1-2］。具體來講不同結(jié)構(gòu)形式的減壓閥具有不同的工作原理，減壓閥的兩個基本功能：一是減壓，二是穩(wěn)壓，兩個基本功能缺一不可。

2 減壓閥的分類

減壓閥的種類很多，它們適用于不同的工作介質(zhì)和工況。通常情況下人們習(xí)慣于按結(jié)構(gòu)形式和控制方式對減壓閥進(jìn)行分類。

2.1 按照結(jié)構(gòu)形式分類

按照結(jié)構(gòu)形式分類，減壓閥分為比例式、可調(diào)式兩類。

比例式減壓閥結(jié)構(gòu)簡單，閥體只有一個活動部件活塞，利用截留口前后活塞面積不同產(chǎn)生的壓力差降低出口壓力。比例式減壓閥出口壓力與進(jìn)口壓力是按照固定比例減壓的，當(dāng)沒有流量時，閥體的截留口完全關(guān)閉實(shí)現(xiàn)減靜壓［3-4］。比例式減壓閥減壓效果好，無需人工調(diào)節(jié)，閥體體積小，便于加工，價格低廉，安裝、維護(hù)簡便，使用壽命長。但出口壓力不能調(diào)節(jié)，比較適用于消防系統(tǒng)。

可調(diào)式減壓閥利用膜片與彈簧的力平衡關(guān)系，通過聯(lián)動閥芯使閥瓣保持在一定的開啟高度，使出水壓力達(dá)到設(shè)定值?？烧{(diào)式減壓閥可以靈活地調(diào)節(jié)出口壓力，出口壓力相對穩(wěn)定，動作反應(yīng)靈敏，使用靈活，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，閥體體積大，價格較高。

2.2 按照控制方式分類

按照控制方式分類，減壓閥分為直接作用式、先導(dǎo)式兩類。

直接作用式減壓閥利用出口壓力變化直接控制閥瓣運(yùn)動。先導(dǎo)式減壓閥由主閥和先導(dǎo)閥組成，出口壓力的變化通過先導(dǎo)閥放大控制主閥閥瓣動作。

3 先導(dǎo)活塞式減壓閥的工作性能

3.1 先導(dǎo)活塞式減壓閥的結(jié)構(gòu)

先導(dǎo)活塞式減壓閥將先導(dǎo)式減壓閥與可調(diào)式減壓閥的特點(diǎn)結(jié)合起來，通過副閥瓣的動作帶動主閥運(yùn)動，同時當(dāng)閥前介質(zhì)壓力不穩(wěn)定時可以調(diào)節(jié)出口壓力相對穩(wěn)定。具體結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

3.2 先導(dǎo)活塞式減壓閥的工作原理

先導(dǎo)活塞式減壓閥的工作原理可分為以下幾個步驟：

1）副閥瓣運(yùn)動。

減壓閥出廠時，調(diào)節(jié)彈簧處于放松狀態(tài)，此時主閥瓣和副閥瓣處于關(guān)閉狀態(tài)。使用時按順時針轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘，壓縮調(diào)節(jié)彈簧，彈簧下座推動膜片向下運(yùn)動，克服副閥瓣彈簧阻力打開副閥瓣。

2）主閥瓣運(yùn)動。

介質(zhì)通過閥前控制氣路，經(jīng)過副閥瓣，進(jìn)入活塞上方氣腔形成一定壓力?；钊诮橘|(zhì)壓力的作用下向下移動，克服活塞環(huán)與氣缸壁的摩擦阻力、主閥瓣彈簧壓縮彈力、介質(zhì)對主閥瓣的壓力推動主閥瓣離開主閥座，使介質(zhì)流向閥后。

3）減壓狀態(tài)。

閥后部分介質(zhì)通過閥后控制氣路進(jìn)入膜片下方氣腔，對膜片形成向上的推力，當(dāng)閥后壓力升高到一定程度時，這個推力與預(yù)調(diào)的彈簧力平衡。閥門的開啟程度確定，介質(zhì)經(jīng)閥門節(jié)流后流向閥后形成一定壓力。

先導(dǎo)活塞式減壓閥動態(tài)與靜態(tài)時具有不同的工作性能，下面將分別進(jìn)行討論。這里首先明確一下，動態(tài)即管道中介質(zhì)處于流動狀態(tài)，靜態(tài)即系統(tǒng)中某處閥門關(guān)閉、管道中介質(zhì)不流動，處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。

圖1 先導(dǎo)活塞式減壓閥的典型結(jié)構(gòu)

3.3 先導(dǎo)活塞式減壓閥的動態(tài)性能討論

減壓閥工作時，閥后壓力并不是靜止不變的。如果閥前介質(zhì)壓力波動，閥后壓力也將隨之在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)小幅度變化。當(dāng)閥后壓力超過調(diào)定壓力時，推動膜片上移壓縮調(diào)節(jié)彈簧，副閥瓣隨之向關(guān)閉方向移動，流入活塞上方氣腔的介質(zhì)減少，壓力下降，此時主閥瓣在彈簧的推動下上移，介質(zhì)流量也隨之減小，閥后壓力隨之下降到新的平衡；反之當(dāng)閥后壓力低于調(diào)定壓力時，介質(zhì)流量增加，閥后壓力也隨之增高達(dá)到新的平衡。

減壓閥膜片下方氣腔壓力與調(diào)節(jié)彈簧的壓縮彈力始終處于動態(tài)平衡狀態(tài)，膜片的上下運(yùn)動使副閥瓣的開度始終處于動態(tài)變化之中，最終導(dǎo)致主閥瓣的開度處于動態(tài)變化狀態(tài)。減壓閥的閥后壓力始終在調(diào)節(jié)彈簧所設(shè)定的壓力值的附近作小范圍波動，如果流量和閥前壓力趨于穩(wěn)定，這種波動也趨于平穩(wěn)。

3.4 先導(dǎo)活塞式減壓閥靜態(tài)性能討論

先導(dǎo)活塞式減壓閥因其安裝簡單，調(diào)節(jié)方便，在電廠化學(xué)水處理工藝中經(jīng)常使用。在介質(zhì)流動過程中，先導(dǎo)活塞式減壓閥的減壓功能是能夠?qū)崿F(xiàn)的，此亦稱減壓閥的動態(tài)減壓性能。但在某些情況下，先導(dǎo)活塞式減壓閥不能夠減壓。

在電廠運(yùn)行過程中，設(shè)備并不是時時刻刻處于工作狀態(tài)，在減壓閥后某一閥門被關(guān)閉時，介質(zhì)被阻止流動，減壓閥前的壓力保持不變，此時在閥前閥后形成了一個高壓區(qū)和低壓區(qū)。在壓差的作用下介質(zhì)由高壓區(qū)通過主閥瓣流向低壓區(qū)，閥后壓力升高，膜片上移帶動副閥瓣向關(guān)閉方向移動。如果閥門完全關(guān)閉，減壓閥功能相當(dāng)于關(guān)斷的截止閥，即處于靜態(tài)減壓狀態(tài)。

根據(jù)電廠工作人員反應(yīng)，目前按照GB12244～12246標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的活塞式減壓閥無法實(shí)現(xiàn)靜態(tài)減壓。當(dāng)介質(zhì)處于靜態(tài)時，減壓閥后的壓力在短時間內(nèi)就會與閥前壓力平衡。寧夏某電廠調(diào)試階段，超濾系統(tǒng)反洗用氣管路安裝Y43H型先導(dǎo)活塞式減壓閥，調(diào)試前介質(zhì)不流通，減壓閥不具備減壓功能。超濾系統(tǒng)進(jìn)氣閥門開啟后，高壓氣體瞬間進(jìn)入超濾系統(tǒng)，致使部分管件破損。

由先導(dǎo)活塞式減壓閥的工作原理可知，副閥瓣的動作帶動主閥瓣動作，因此副閥瓣適時的關(guān)閉是解決此類閥門靜態(tài)不減壓的關(guān)鍵。另外，密封裝置的密封性能不好也是靜態(tài)不減壓的主要原因。吳政［5］在進(jìn)行了大量研究后，吸收國外經(jīng)驗(yàn)，在Y43H型減壓閥的基礎(chǔ)上研制了一系列新型減壓閥，減壓閥密封面達(dá)到完全密封狀態(tài)；據(jù)吳祖平［6］報道雙反饋減壓閥既減動壓、又減靜壓，在龍灘水電站的應(yīng)用取得了較好的效果，值得在水電行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用；周剛等［7］報道采用新型活塞式先導(dǎo)閥的ZJY46H型減壓閥在天生橋發(fā)電廠應(yīng)用效果良好。

4 先導(dǎo)活塞式減壓閥在電廠水處理的應(yīng)用及注意事項

雖然先導(dǎo)活塞式減壓閥靜態(tài)不減壓，但仍具有較大的市場需求。目前，電廠水處理工藝中，水、壓縮空氣和蒸汽系統(tǒng)最常用的就是先導(dǎo)活塞式減壓閥。

設(shè)計及使用過程中，我們可以采取一系列措施來確保系統(tǒng)的安全性：

1）縮短減壓閥后管道長度：將減壓閥靠近用氣端安裝，以減少靜態(tài)時減壓閥后管道內(nèi)儲存的氣體量。

2）安裝排氣閥：在減壓閥后安裝自動排氣閥與用氣端連鎖，用氣端閥門開啟前將減壓閥后高壓氣體泄壓；或在減壓閥前安裝自動閥門與用氣端連鎖，用氣端不用氣時關(guān)閉自動閥門，停止氣源供應(yīng)。

3）選用能靜態(tài)減壓的新型減壓閥門。

對于以上幾種措施，各有利弊，在設(shè)計過程中需要針對具體情況進(jìn)行選擇。另外減壓閥安裝時還應(yīng)注意：

1）對于壓縮空氣系統(tǒng)，閥門及連接附件均應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)，防止對系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)造成污染，或損壞儀用控制配件。

2）應(yīng)用于蒸汽系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)蒸汽的壓力、溫度參數(shù)選擇合適型號的減壓閥，蒸汽減壓閥的閥前與閥后絕對壓力之比不應(yīng)超過5~7，超過時應(yīng)串聯(lián)安裝兩個。

3）活塞式減壓閥應(yīng)安裝于水平管路，以減少重力對調(diào)節(jié)精度的影響［8］。

4）當(dāng)閥前與閥后的壓差為0.1~0.2MPa時，可串聯(lián)安裝兩個截止閥進(jìn)行減壓。

5）閥體水流方向應(yīng)與系統(tǒng)水流方向一致，不得反裝。

［1］中華人名共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB 12244-2006減壓閥一般要求［S］.2006.

［2］周銘杰.淺談減壓閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.液壓與氣動，2005，（03）:62-65.

［3］陳應(yīng)新.給水減壓閥在給水系統(tǒng)中的應(yīng)用 ［J］.通用機(jī)械，2009，（02）:22-24.

［4］吳虹.減壓閥的應(yīng)用 ［J］.江西教育學(xué)院學(xué)報，2001，22（03）:60-61.

［5］吳政.活塞式減壓閥結(jié)構(gòu)性能的分析與探討［J］.閥門，2000，（05）:1-3.

［6］吳祖平.雙反饋減壓閥在龍灘水電站的應(yīng)用［J］.水力發(fā)電，2009，35（06）:53-54.

［7］周剛，張殿祥.ZJY46H型減壓閥在高水頭電站技術(shù)供水應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)［J］.水電站機(jī)電技術(shù)，2010，33（02）:68-71.

［8］核工業(yè)第二設(shè)計研究院.給水排水設(shè)計手冊 （第二冊）建筑給水排水［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.