水輪機(jī)代替減壓閥在水電站應(yīng)用

   
   摘要利用水力模擬試驗(yàn)，研究了西南某高水頭水電站機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)用水輪機(jī)代替減壓閻的問題．用水輪機(jī)代替減壓閥，在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪后面串聯(lián)長的供水管路系統(tǒng)和用水設(shè)備，是一種新的裝置．試驗(yàn)表明，這種裝置仍然能像通常水輪機(jī)那樣在任何導(dǎo)葉開度下穩(wěn)定運(yùn)行，水輪機(jī)在飛逸情況下不會出現(xiàn)供水管路中水壓過高現(xiàn)象．用水輪機(jī)代替減壓閥的方案是可行的．

Experimental Study on Technical W ater Supply System of High-Head Hydropower station by Replacing Relief Valve with Turbine

   Abstract Through hydraulic analog experiment， the paper deals with the problem of substituting a turbine for a relief valve in a certain technical water supply system of a high—head hydropower unit in Southwest China．It is a new apparatus substituting a turbine for arelief valve by introducing the Connection of a series of pipe systems of water supply and water consuming devices behind the runner．The experimental results show that the proposed turbine apparatus can steadily run under any guide vane opening like the conventional one，and the turbine will riot result in the over—high water pressure in the water supply pipes inthe case 0f runaway．Therefore，it is feasible and reliable to substitute the turbine for the re—
lief valve，
Key words turbine；relief valve；hydraul~ analog；water supply system

     高水頭水電站若利用上誼字水庫之水作為供水系統(tǒng)的工作或備用水源，為了不損害供水系統(tǒng)中各部件（如空氣冷卻器及油冷器等），水的工作壓力不得超過器件規(guī)定的范圍．高壓水必須通過減壓閥經(jīng)過減壓、消能后才能進(jìn)入供水系統(tǒng)．如果供水系統(tǒng)所需水量較大，且水頭又很高，則減壓閥要通過節(jié)流耗去很大的能量．例如，西南某水電站一臺主機(jī)的供水若用減壓閥消能，則將有近300 kW 的能量損失掉．如此大的能量在閥中消耗，工作勢必會產(chǎn)生閥體氣蝕磨損、振動、噪音等問題．因此，使用減壓閥達(dá)到高水頭電站技術(shù)供水目的的方案是不可取的．解決這一問題的手段就是用一臺水輪發(fā)電機(jī)組代替減壓閥，這樣高壓水的一部分能量通過水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)變成電能輸送出來，水輪機(jī)的尾水壓力符合供水系統(tǒng)的進(jìn)水水壓要求，通過水輪機(jī)的流量滿足供水系統(tǒng)的用水量．用水輪機(jī)代替減壓閥，在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪后面（去掉了水輪機(jī)的尾水管）串聯(lián)長的供水系統(tǒng)管路和用水設(shè)備，水輪機(jī)能不能正常工作，能不能在任何導(dǎo)葉開度下穩(wěn)定運(yùn)行，在飛逸情況下除轉(zhuǎn)速迅速升高外，尾水壓力是否會達(dá)到供水系統(tǒng)不能承受的程度，這些問題，有的是不能用計(jì)算方法解決的，因此有必要進(jìn)行模型試驗(yàn)．
水輪機(jī)代替減壓閥在水電站應(yīng)用 試驗(yàn)研究的內(nèi)容及裝置
1．1 試驗(yàn)研究的內(nèi)容
a．觀察這種以機(jī)代閥的機(jī)組能否在空載開度下轉(zhuǎn)速保持恒定，以便發(fā)電機(jī)能同步并網(wǎng)．為此，在模型裝置上進(jìn)行了各種開度特別是小開度的飛逸試驗(yàn)，以觀察飛逸轉(zhuǎn)速是否穩(wěn)定．專業(yè)主要從事水力發(fā)電和計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的研究 已發(fā)表（水電站
供水系統(tǒng)小水輪機(jī)組代替減壓閥方案的研究）（利用蝸殼差壓做原型術(shù)輪機(jī)效率試驗(yàn)）
b．從水力學(xué)現(xiàn)象上分析，將水輪機(jī)尾水管段代之 一條或多條管路均無原則差別．一機(jī)對二主機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)，做出水輪機(jī)在各種開度下的帶負(fù)荷工況，觀察這些工況是否穩(wěn)定．
c．本裝置用水輪機(jī)代替減壓閥，一方面能取得合適的壓降，使水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪出口的壓力滿足供水壓力要求；另一方面獲得了能量．本試驗(yàn)在于測出各工況下流道的壓力值，特別是飛逸工況下飛逸的轉(zhuǎn)輪帶動的水流會有多少能量損耗在轉(zhuǎn)輪室的水中．
1．2 水輪機(jī)代替減壓閥在水電站應(yīng)用試驗(yàn)裝置

    水泵自地下水庫抽水送至封閉水箱穩(wěn)壓后進(jìn)入水輪機(jī)．水輪機(jī)原有尾水管系彎肘形尾水管，本試驗(yàn)拆去代之 管系．此管系即對一機(jī)供2臺主機(jī)水系供水進(jìn)行模擬．水國l 模型水輪機(jī)裝置示意因1一水泵；2一封閉穩(wěn)壓箱I3一水輪機(jī)I4一管系I5一直流發(fā)電機(jī)I6一堰扳輪機(jī)和一臺直流發(fā)電機(jī)聯(lián)接，通過調(diào)節(jié)直流電機(jī)的勵(lì)磁改變發(fā)電機(jī)出力，發(fā)出電能由電阻負(fù)荷消耗，從而得到不同的工況．由充電脈沖信號計(jì)數(shù)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速值．流量通過堰板測量．測量的重點(diǎn)是任一個(gè)被測工況點(diǎn)各參數(shù)是否穩(wěn)定．經(jīng)計(jì)算分析’，本試驗(yàn)的綜合測量誤差為士
2 試驗(yàn)成果及分析
2．1水輪機(jī)代替減壓閥在水電站應(yīng)用 空載并網(wǎng)
     正常的水輪機(jī)開機(jī)程序是將導(dǎo)水葉打開，在小開度下水輪機(jī)將加速到電機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù)再進(jìn)行電機(jī)并網(wǎng)．如果在小開度下，水輪機(jī)不能保持恒定的轉(zhuǎn)速，則并網(wǎng)就有困難，或產(chǎn)生電沖擊或不斷跳閘．圖2表示在各種不同導(dǎo)葉開度下的單位飛逸轉(zhuǎn)數(shù)一 一 （試驗(yàn)水頭為12 m）．由圖2可以看出，首先將尾水管換成供水管系后，不論是兩管全開（相當(dāng)于供兩臺主機(jī)）或關(guān)閉一管（相當(dāng)于供一臺主機(jī)），
    高水頭水電站技術(shù)供水系統(tǒng)用水輪機(jī)代替減壓閥的試驗(yàn)研究其飛逸轉(zhuǎn)速都是恒定的，幾乎沒有波動（在轉(zhuǎn)速表上轉(zhuǎn)速波動值<士2‰）．這說明，在各種導(dǎo)葉開度下，空載轉(zhuǎn)速是穩(wěn)定的．以機(jī)代閥的發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)沒有問題．從圖2中還可看出，以供水系統(tǒng)管路代替尾水管后，在各開度下，飛逸轉(zhuǎn)速均比正常尾水管的低，而且一根管供水或管道出口閥關(guān)閉一半（相當(dāng)于增加管路的阻力損失）時(shí)單位飛逸轉(zhuǎn)速更要降低，因?yàn)樵囼?yàn)水頭是以蝸殼進(jìn)口和下游尾水面之間的能量計(jì)算的，轉(zhuǎn)輪后管路損失增加，則轉(zhuǎn)輪前后的壓差要減少．
2．2 一機(jī)對二主機(jī)的穩(wěn)定性
    供水系統(tǒng)管路代替水輪機(jī)尾水管后，水輪機(jī)能否穩(wěn)定工作，取決于各種不同開度下，在不同的工況點(diǎn)，模型水輪機(jī)能否穩(wěn)定地運(yùn)行．圖3給出了模型導(dǎo)葉開度為lOO 時(shí)，管路系統(tǒng)兩管全開狀態(tài)下 一Q ．曲線2，兩管各開一半曲線3及只開一根管曲線4的等開度 圉3線工況．為了比較，圖中還給出了正常尾水管工況曲線1．圖4及圖5則分別表示相應(yīng)開度為圖4 80 開度下的 l～Q 關(guān)系曲線 圖5 40 開度下的 ～Q 關(guān)系曲線i 正常肘管；2-兩管全開} 1一正常肘管F2一兩營全開‘3一各開一半；4一關(guān)閉一營 3一各開一半F4一關(guān)閉一管80 及40％工況的開度線．從圖中亦可看出，管路系統(tǒng)的水力阻力增加，工況曲線向左偏移，即單位流量減少，所有工況點(diǎn)均穩(wěn)定運(yùn)行．
2．3 各種工況下流道中加壓力變化
     在蝸殼進(jìn)口及管路系統(tǒng)中布置了壓力測點(diǎn)，如圖6示．對各開度的不同工況點(diǎn)及飛逸工況點(diǎn)的壓力值進(jìn)行了測量，結(jié)果見表1～表3．分析圖6和表中數(shù)值可知：蝸殼進(jìn)口壓力始終不變，這意味著供水泵和穩(wěn)壓筒所提供的上游圖6 管道系統(tǒng)中壓力測．占、布置水頭為常數(shù)；轉(zhuǎn)輪后面尾水管路系統(tǒng)中自3—6—4或3—5—2，壓力遞減下降，這是合理的；兩管全開時(shí)，2點(diǎn)及4點(diǎn)部分工況為真空，因?yàn)檫@兩點(diǎn)為出口且高于下游水位，此兩點(diǎn)對于下游形成正吸出高度；如一根管的出口閥關(guān)閉，則4點(diǎn)的壓力和6點(diǎn)的壓力基本相等；管路中的壓力分布與管路中的阻力因素有關(guān)，當(dāng)兩條管路全開時(shí)管路阻力小于一條開從表1～表3還可看出，不論哪種裝置、哪種開度和哪種工況，在水輪機(jī)飛逸時(shí)點(diǎn)3的壓力都沒有超過正常工況的壓力，點(diǎn)2的壓力仍然滿足低供水壓力的要求，管路中的水流符合
水力學(xué)摩阻規(guī)律．由此可知，在飛逸工況下，水頭能量大部分消耗在轉(zhuǎn)輪室里，自轉(zhuǎn)輪出口的水流壓力不會超過正常工況下出口壓力，也就是供水管路中不會有壓力過高而損壞部件的危險(xiǎn)．

減壓閥介紹

Y46T組合式減壓閥/減壓閥SFY46T-16/25系列結(jié)構(gòu)及用途

　　該閥主要由主閥、控制導(dǎo)閥、過濾器、針閥、球閥及旁通管道節(jié)流部位等組成。適用于溫度小于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(shè)備和管路系統(tǒng)上，通過調(diào)節(jié)將進(jìn)口壓力降低至某一需要的出口壓力值。當(dāng)進(jìn)口壓力或流量發(fā)生變化時(shí)，靠介質(zhì)本身的能量可自動保持出口壓力在一定的范圍內(nèi)。

Y46T組合式減壓閥的基本性能 

ZJY46H減壓閥是一種利用水壓進(jìn)行自我調(diào)節(jié)的減壓閥穩(wěn)壓閥，在進(jìn)口壓力和流量產(chǎn)生變化的時(shí)候保持出口的壓力和流量穩(wěn)定。其*實(shí)現(xiàn)自力控制，調(diào)試簡單，運(yùn)行可靠。

  當(dāng)管道流量為0的時(shí)候，減壓閥進(jìn)入全關(guān)閉狀態(tài)，閥后壓力保持低壓（可減靜壓）。

  如圖所示:當(dāng)P1變化時(shí)減壓閥的出口首先表現(xiàn)為P2±△P2通過反饋系統(tǒng)出口管傳到控制閥，使Pt=Pk±△P2；從而L發(fā)生相應(yīng)變化，導(dǎo)致±△Pe的變化，經(jīng)壓力導(dǎo)管導(dǎo)致Pk的相應(yīng)變化，Pt與Pk達(dá)到新的平衡，主閥的過流面積H相應(yīng)變化。

  因此，P1變化，而通過H的流量不變。P2始終是原整定的低壓值。當(dāng)流量變化時(shí)，減壓閥自我調(diào)節(jié)工作原理也如同上。

Y46T組合式減壓閥安裝和使用

1、  安裝減壓閥之前必須對管路系統(tǒng)進(jìn)行沖洗清理，以防焊渣、氧化皮等贓物流入閥內(nèi)，影響閥門正常工作。

2、  減壓閥應(yīng)安裝便于操作和維修的地方，并且必須直立安裝在水平管路上，應(yīng)注意使管路中介質(zhì)的流向與閥體上箭頭所示方向一致，切勿裝反。

3、  減壓閥在安裝使用時(shí)，應(yīng)先把旁通管路上的截止閥打開，排除管路中的冷凝水和汽水混合物，以防減壓閥開啟時(shí)產(chǎn)生水擊現(xiàn)象損壞減壓閥，當(dāng)無異?，F(xiàn)象后，按順時(shí)針方向緩慢旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘，將出口壓力調(diào)至所需要的壓力（以閥后表壓為準(zhǔn)），調(diào)整好后，將鎖緊螺母背緊，擰上防護(hù)罩。

4、  減壓閥前應(yīng)安裝過濾器，以防止介質(zhì)中的雜質(zhì)進(jìn)入減壓閥，影響其性能。

5、  安裝的減壓閥前后應(yīng)有一段直管，閥前直管長度約為600毫米，閥后直管長度約為1000毫米。

6、  減壓閥進(jìn)口還要裝汽水分離器和疏水閥，減壓閥出口也要裝疏水閥。

【Y46T組合式減壓閥主要技術(shù)參數(shù)】

【主要零件材料】

【Y46T組合式減壓閥主要外形尺寸】

法蘭連接尺寸：鐵制閥門按GB4216.4（5）-84標(biāo)準(zhǔn)，鋼制閥門按GB/T9113.1-2000（RF）標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 語
a．水輪機(jī)在任何開度下運(yùn)行，飛逸轉(zhuǎn)速是穩(wěn)定的．機(jī)組可和正常機(jī)組一樣并網(wǎng)無困難．
b．裝置在各種情況下均和正常水輪機(jī)一樣工況穩(wěn)定，但特性曲線的等開度線位置向左下移．這說明，這種裝置猶如一臺水輪機(jī)帶了一個(gè)“大阻力”的尾水管，在全水頭下出力減小，因其部分水頭要消耗在供水管路系統(tǒng)中．
C．水輪機(jī)飛逸時(shí)供水管路中水壓不會產(chǎn)生過高、過低現(xiàn)象，可不必考慮設(shè)置安全閥．
d．本試驗(yàn)驗(yàn)證了以機(jī)代閥方案的可行性．