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西門子調(diào)節(jié)閥壓力平衡式閥芯的改造方案
  • 發(fā)布日期:2017-02-28      瀏覽次數(shù):1384
    • 摘要:本文描述的是將西門子VVF系列調(diào)節(jié)閥閥芯改造后以減少閥門前后壓差,解決因壓差過大,閥門不能正常打開或關(guān)閉的問題。本文就西門子調(diào)節(jié)閥的壓力平衡式閥芯的改造進(jìn)行討論。

      一、基本概況

      換熱站一次供水調(diào)節(jié)閥,設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)為電動(dòng)三通閥。三通閥為分流型。當(dāng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的時(shí)候主要調(diào)節(jié)主通道的流量,多余的部分通過旁通返回?zé)嵩础?/p>

      但是在使用的時(shí)候,熱力公司認(rèn)為此處安裝三通閥不合理,應(yīng)當(dāng)改成兩通閥。原因就是熱力公司的熱網(wǎng)循環(huán)泵采用變頻恒壓差控制。當(dāng)各個(gè)分支換熱站調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量的時(shí)候,熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻會(huì)自動(dòng)根據(jù)供水壓差調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。這樣,既可以穩(wěn)定壓差,也可以因水泵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而節(jié)省電費(fèi)。

       

      如果換熱站采用三通調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的時(shí)候,進(jìn)出水的總流量不發(fā)生變化,因此壓差也不會(huì)發(fā)生變化,所以這樣鍋爐房的供回水總管壓差不會(huì)發(fā)生變化,變頻循環(huán)泵不會(huì)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,循環(huán)泵一直以zui大恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。這樣導(dǎo)致循環(huán)泵的能耗一直居高不下。鍋爐房技術(shù)管理要求將三通閥更換為兩通閥。但是因?yàn)閾Q熱站已經(jīng)運(yùn)行使用,為了避免更換調(diào)節(jié)閥停暖,現(xiàn)將三通閥旁通出口處的關(guān)斷閥關(guān)閉,并且將手柄鎖止,不允許打開。如下圖1:

      當(dāng)分流截止閥關(guān)閉時(shí),產(chǎn)生調(diào)節(jié)閥打不開的現(xiàn)象。打開執(zhí)行器接線盒蓋,可發(fā)現(xiàn)執(zhí)行器的紅色指示燈閃爍,此紅燈閃爍表明閥芯被卡住了。

      現(xiàn)場(chǎng)壓力表顯示,供水總管壓力P1=0.9Mpa,回水總管壓力是P3=0.7Mpa。由于調(diào)節(jié)閥后沒有安裝壓力表P2,所以調(diào)節(jié)閥前后壓差無法得出。P1,P2壓力幾乎不會(huì)因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥開度產(chǎn)生變化,所以變化的是閥后壓力P2。當(dāng)調(diào)節(jié)閥打開時(shí)P2>P3,調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)P2’=P3(如下圖2所示),所以調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)前后壓差zui大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)象也可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)調(diào)節(jié)閥手動(dòng)一定開度后,jam指示燈不再閃爍,恢復(fù)正常。這說明調(diào)節(jié)閥全關(guān)或開度很小時(shí),執(zhí)行器難以向下推動(dòng)閥芯。

      查閱了執(zhí)行器的參數(shù),根據(jù)執(zhí)行器和閥門的參數(shù)可知,電動(dòng)液壓型執(zhí)行器SKC用于DN150的調(diào)節(jié)閥時(shí),zui大允許壓差為0.1Mpa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行條件。

      二、西門子調(diào)節(jié)閥的改造

      為了解決執(zhí)行器推力不夠的情況,通常的做法是用大小閥并聯(lián),對(duì)于小閥,執(zhí)行器可使用的zui大壓差滿足條件。

      大小閥并聯(lián)使用。因?yàn)樾¢y閥芯截面小,大壓差作用在閥芯前后壓力比大閥閥芯承受的壓力小??稍诳刂破髦性O(shè)置開關(guān)閥順序。開閥順序?yàn)椋合乳_小閥,小閥全開以后,再開大閥。關(guān)閥時(shí),先關(guān)大閥,大閥全部關(guān)閉后,再關(guān)小閥。

      解決執(zhí)行器推力不夠的另一種方法是將調(diào)節(jié)閥更換成壓力平衡型的閥門。普通調(diào)節(jié)閥(非平衡)工作時(shí),作用力*作用在閥芯上,會(huì)使閥桿動(dòng)作需要很大的力,平衡式就是采取一些措施來將這個(gè)作用力減?。ǖ窒┑粢徊糠帧@绺淖冮y芯后的通道并將部分壓力直接引導(dǎo)到閥芯后方來抵消作用力。較為簡(jiǎn)單并容易理解的是采用雙座結(jié)構(gòu)(如圖),兩個(gè)閥芯的流向相反,產(chǎn)生的作用力抵消,這樣閥芯作用于執(zhí)行器的反向推力會(huì)降低很多,執(zhí)行器更容易打開或關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。

      壓力平衡型的閥門還有很多種形式,這里不再做說明。但是壓力平衡式調(diào)節(jié)閥一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高,而且泄漏系數(shù)較大。

      對(duì)于此項(xiàng)目,上述兩種方法都需要停機(jī)重新焊割管道。但是由于受現(xiàn)場(chǎng)條件限制,無法進(jìn)行焊割作業(yè)。

      為此,我們決定將調(diào)節(jié)閥芯進(jìn)行改造,將其改造成壓力平衡型的閥芯。

      如下圖3的兩通閥閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和閥芯剖面圖。閥芯所承受的zui大壓差是在直通全關(guān)的情況下。ΔP=ΔP max=P1-P2’。閥門打開時(shí)ΔP=P1-P2。

      因此,在閥門關(guān)閉時(shí),只要使閥芯前后的壓力相同或接近,ΔP趨于零。如此,執(zhí)行器受到閥芯大壓差產(chǎn)生的反作用力會(huì)大大減少。

      當(dāng)閥芯向上關(guān)閉時(shí),對(duì)閥桿方向的分解力只是作用于閥芯上端面內(nèi)外的壓力差。如上圖所示的P2和P3的差值。改造此閥芯的原理就是讓P3與P2相同(閥門關(guān)閉時(shí))。為此,P3腔體必須與P2腔體有導(dǎo)壓孔相通,而且P3腔體必須與P1腔體隔離開。另外閥門的進(jìn)出口,為的是避免因?yàn)殚y芯泄漏導(dǎo)致高壓側(cè)P1進(jìn)入到低壓側(cè)P3,而P2不能通過導(dǎo)壓孔進(jìn)入P3腔體。

      此閥芯材質(zhì)是黃銅,為了避免材質(zhì)不同造成脹縮率不同,閥孔的封堵環(huán)也采用黃銅材質(zhì)。

      由于導(dǎo)壓孔是連通進(jìn)口側(cè)和密閉腔體,所以不會(huì)增加調(diào)節(jié)閥的泄漏率。

      此調(diào)節(jié)閥的全開行程是40mm,全開時(shí)間是90s,所閥芯開速度是0.44cm/s。閥芯向下運(yùn)動(dòng)時(shí),上左圖P1腔體被壓縮,閥芯內(nèi)徑是10cm,內(nèi)腔截面積是78.5cm2 ,所以閥芯向下運(yùn)動(dòng)時(shí),通過導(dǎo)壓孔的瞬時(shí)流量是78.5×0.44=34.54cm3/s。兩個(gè)導(dǎo)壓孔的截面積是0.15×0.15×3.14×2=0.1413 cm2 ,所以導(dǎo)壓孔內(nèi)流速為34.54/0.1413=244cm/s=0.244m/s。此流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般節(jié)流孔的流速,因此不會(huì)造成因腔體被壓縮而產(chǎn)生的額外反作用力。

      三、總結(jié)

      在改造后的實(shí)際運(yùn)行過程中,再也沒有出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥打不開或關(guān)不上的現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況很正常。此后,在另一個(gè)換熱站,對(duì)一個(gè)兩通閥進(jìn)行了相同的改造,都是排除了這樣的故障。

      后來在資料里見到其他對(duì)此種調(diào)節(jié)閥的改造,是在閥體外加裝導(dǎo)壓管,將兩個(gè)腔體導(dǎo)通。這樣的弊端是增加了閥門的外泄漏,增加了故障點(diǎn)。