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
新疆奎屯換熱站一次供水調(diào)節(jié)閥，設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)為電動三通閥。三通閥為分流型。當(dāng)調(diào)節(jié)閥動作的時(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?br />
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)泵變頻會自動根據(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，因此壓差也不會發(fā)生變化，所以這樣鍋爐房的供回水總管壓差不會發(fā)生變化，變頻循環(huán)泵不會調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，循環(huán)泵一直以大恒定轉(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)前后壓差大。根據(jù)現(xiàn)場的現(xiàn)象也可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)調(diào)節(jié)閥手動一定開度后，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，電動液壓型執(zhí)行器SKC用于DN150的調(diào)節(jié)閥時(shí)，大允許壓差為0.1Mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)場的運(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)，對于小閥，執(zhí)行器可使用的大壓差滿足條件。
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。可在控制器中設(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,會使閥桿動作需要很大的力，平衡式就是采取一些措施來將這個(gè)作用力減小(抵消)掉一部分。例如改變閥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)生的反作用力會大大減少。
當(dāng)閥芯向上關(guān)閉時(shí)，對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)出交換，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)場的運(yùn)行狀況很正常。此后，在另一個(gè)換熱站，對一個(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)。
