活塞式减压阀在水电站减压供水中的

活塞式减压阀在水布垭水电站减压供水中的应用 毛义学，高翔，徐磊

水布垭水电站是清江梯级水电开发的龙头工程，位于湖北省巴东县境内，上距恩施市117km，下距隔河岩水电站92km，距高坝洲水电站142km 水布垭水电站是以发电、防洪为主，兼顾航运及其他的水电工程。正常蓄水位高程400m，汛期限制水位高程397m，总库容45.8亿m3，有效库容24.8亿m3，是一座多年调节水库，并为长江中下游预留防洪库容7.68亿m3。电站总装机容量1600MW，保证出力310MW，多年平均发电量39.2亿kW·h。电站建成后，与隔河岩同步调峰，并承担系统事故备用。据测算，2010年～2015年将承担华中电网调峰容量的7%～9%；同时，与下游水库联合调度，可根治清江中下游洪水灾害并有效提高长江荆江河段的防洪标准，遇长江1954年和1998年洪水，可推迟荆江分洪时间约19h，减少分洪量10多亿m3。水库形成后，干、支流深水航道长约200km，可促进地方航运和旅游事业的发展，同时为发展水产养殖业提供良好的条件。

水布垭水电站工程属一等大(1)型工程，永久主要建筑物为1级，次要建筑物为3级。拦河大坝、溢洪道、地下厂房采用千年一遇洪水标准设计，万年一遇洪水标准校核；电站尾水平均按五百年一遇洪水标准设计，千年一遇洪水标准校核。设计洪水Q=20800m3/s，下泄流量Q=12804m3/s，相应上游水位402.1m，下游水位223.4m；校核洪水Q=26700m3/s，下泄流量Q=15243m3/s，相应上游水位404.5m，下游水位227.4m ;

电站：采用引水地下式，位于右岸，安装4台单机容量为400MW的水轮发电机组。主厂房位于高程330m，顶高程407m，平面尺寸141m×23m×68m(长×宽×高)。机组安装高程187.2m。

如下图所示，技术供水采用进水蝶阀前压力钢管直接取水，直接减压的方法。

由于压力钢管内压力非常高，变幅也比较大，（15KG-20KG）而下游压力要求稳定在4KG，所以对减压阀的要求也比较高，我司一开始选取了传统的隔膜式减压阀，安装后发现震动，噪声非常大，现场调研后分析认为，主要原因是因为隔膜阀前后压差过大，已经超过了单台减压阀的最大减压比所致。

为了解决问题，我司考虑了两种解决方案：

1．采用两台隔膜阀接力减压的方式，第一级隔膜阀比例式减压，第二级隔膜阀调节式减压， 但是此方案需要安装空间比较大，在目前已经建成的阀门室内再改造难度比较大，而且重新采购两台全新的隔膜阀，并改造原有阀门室的成本比较高。

2．考虑选取其它形式的减压阀，看能否在不改造阀门室，并保持一次减压的前提下进行更换。

经过在市场上广泛的调研，我司发现德国VAG公司的RIKO活塞式减压阀能够比较好的满足我们的要求，其结构完全不同于传统的隔膜式减压阀，采取了活塞前后移动的方式来实现减压。

VAG RIKO 活塞式减压阀结构图

W

压力控制:

或调节的下游压力控制

1 –活塞阀

2 –AUMA 电动驱动装置

3 –AUMA 电动头上控制模块

4 –压力传感器W –设定值输入

活塞式减压阀工作原理

- 活塞阀内的流道为轴对称形，流体流过时不会产生紊流。流道面积的改变是通过一个活塞沿管道轴向做直线运动实现。从而达到调节流量和压力的目的，无论活塞在何位置，阀腔内的水流断面始终为环状，在出口处向轴心收缩，从而有效避免因节流而可能产生的气蚀和震动对阀体和管道的破坏。保证阀门的长期稳定运行。

- 活塞式减压阀具有非常大的减压比，前后最大压差可以达到30KG 以上 - 活塞阀开度与流量成线性关系，可以实现精确调节 - 具有比隔膜阀高的多流通能力。

- 活塞阀采用金属对金属及金属与橡胶双重密封，即使在通过的介质含有泥沙等杂质时，也能实现双向气泡级密封。阀门密封只有在阀门关闭时才相互挤压形

成密封，在阀门调节过程中不会相互挤压、磨擦。

-可以选配不同形式的出口部件，来最大程度地符合现场水力要求。 -特殊设计出口部件，有效防止杂物堵塞。

-采用压力平衡驱动，所以需要的操作力小。

-不锈钢活塞被可靠导引滑动，不会产生倾斜或运行不畅。

-

和传统的隔膜式减压阀相比，活塞式减压阀具有很多优点：

点

优

点

优

mWC

mWC

性

特

缓冲过程缓冲过程

点

优

小结：

¾活塞式减压阀在管网系统中不会出现任何不稳定流态

¾活塞式减压阀具有更好的防气蚀特性

¾可以采用中空室直接远控阀门开度以调节出口压力， 也可以通过压力信号直接通过电缆反馈给一体化控制单元MATIC内的PID控制单元，实现活塞式减压阀在上游压力变化的情况下自动保持阀门出口压力

¾活塞式减压阀在全开状态下具有更小的摩擦损失

¾活塞式减压阀在频繁操作状态下可以保证长期使用

¾VAG活塞式减压阀易于计算和工程安装

¾VAG有制造活塞式减压阀超过60年的制造经验

¾VAG特殊设计的出口形式保证有效防止杂物堵塞，即使是对于肯定会堵塞隔膜式减压阀先导管路及过滤器的大型杂物，VAG活塞式减压阀也能保证其轻松通过

¾VAG活塞式减压阀现场电气控制箱MATIC 与电动执行器为机电一体化，现场占用空间极小，安装方面，寿命长。

¾VAG活塞式减压阀可以根据具体工况调节要求，进行专门设计出口形式

¾专利结构和特殊设计出口形式保证运行平稳，无振动，无噪音。

¾长期备用不工作时，没有隔膜阀经常出现的膜片老化现象

¾寿命长，免维护。正常使用情况下三十年内免维护，并且无需更换任何零部件。

通过比较我司认为VAG活塞式减压阀能够比较好地满足水布垭水电站的特殊技术要求，而且具有比较高的性能价格比，最终我司决定采购一台试用，安装运行大半年以来，工作稳定，性能优良，运行过程中基本没有任何噪音和震动。

由于本电站的技术供水原来是根据单台隔膜阀的减压能力来设计的，因此在技术供水管后还有一个高位水池，通过对VAG活塞式减压阀性能的考核，我们进一步的研究认为，在今后的设计中，完全可以取消水池，直接一步减压到位。这样可以大大降低成本和施工量。