西門子調節閥的壓力平衡式改造

摘 要：文章描述的是將西門子調節閥VVF閥芯改造后以減少壓差，減少執行器的推力。文章就西門子調節閥的壓力平衡式的改造進行討論。

關鍵詞：調節閥；壓差；壓力平衡；流量控制；推力

1 基本概況

新疆奎屯換熱站一次供水調節閥，設計院設計為電動三通閥。三通閥為分流型。當調節閥動作的時候主要調節主通道的流量，多余的部分通過旁通返回熱源。

但是在使用的時候，熱力公司認為此處安裝三通閥不合理，應當改成兩通閥。原因就是熱力公司的熱網循環泵采用變頻恒壓差控制。當各個分支換熱站調節閥調節流量的時候，熱網循環泵變頻會自動根據供水壓差調節水泵轉速。這樣，既可以穩定壓差，也可以因水泵調節轉速而節省電費。

如果換熱站采用三通調節閥，調節閥調節的時候，進出水的總流量不發生變化，因此壓差也不會發生變化，所以這樣鍋爐房的供回水總管壓差不會發生變化，變頻循環泵不會調節轉速，循環泵一直以最大恒定轉速運行。這樣導致循環泵的能耗一直居高不下。鍋爐房技術管理要求將三通閥更換為兩通閥。但是因為換熱站已經運行使用，為了避免更換調節閥停暖，現將三通閥旁通出口處的關斷閥關閉，并且將手柄鎖止，不允許打開。如圖1所示：

當分流截止閥關閉時，產生調節閥打不開的現象。打開執行器接線盒蓋，可發現執行器的紅色指示燈閃爍，此紅燈閃爍表明閥芯被卡住了。

現場壓力表顯示，供水總管壓力P1=0.9Mpa，回水總管壓力是P3=0.7Mpa。由于調節閥后沒有安裝壓力表P2，所以調節閥前后壓差無法得出。P1，P2壓力幾乎不會因為調節閥開度產生變化，所以變化的是閥后壓力P2。當調節閥打開時P2>P3，調節閥全關時P2'=P3（如圖2所示），所以調節閥全關時前后壓差最大。根據現場的現象也可以發現，當調節閥手動一定開度后，jam指示燈不再閃爍，恢復正常。這說明調節閥全關或開度很小時，執行器難以向下推動閥芯。

查閱了執行器的參數，根據執行器和閥門的參數可知，電動液壓型執行器SKC用于DN150的調節閥時，最大允許壓差為0.1Mpa，遠遠不能滿足現場的運行條件。

2 西門子調節閥的改造

為了解決執行器推力不夠的情況，通常的做法是用大小閥并聯，對于小閥，執行器可使用的最大壓差滿足條件。

大小閥并聯使用。因為小閥閥芯截面小，大壓差作用在閥芯前后壓力比大閥閥芯承受的壓力小。可在控制器中設置開關閥順序。開閥順序為：先開小閥，小閥全開以后，再開大閥。關閥時，先關大閥，大閥全部關閉后，再關小閥。

解決執行器推力不夠的另一種方法是將調節閥更換成壓力平衡型的閥門。普通調節閥（非平衡）工作時，作用力完全作用在閥芯上，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構（如圖），兩個閥芯的流向相反，產生的作用力抵消，這樣閥芯作用于執行器的反向推力會降低很多，執行器更容易打開或關閉調節閥。

壓力平衡型的閥門還有很多種形式，這里不再做說明。但是壓力平衡式調節閥一般結構復雜，造價高，而且泄漏系數較大。

對于此項目，上述兩種方法都需要停機重新焊割管道。但是由于受現場條件限制，無法進行焊割作業。

為此，我們決定將調節閥芯進行改造，將其改造成壓力平衡型的閥芯。

如圖3的兩通閥閥體內部結構和閥芯剖面圖。閥芯所承受的最大壓差是在直通全關的情況下。ΔP=ΔP max=P1-P2'。閥門打開時ΔP=P1-P2。

因此，在閥門關閉時，只要使閥芯前后的壓力相同或接近，ΔP趨于零。如此，執行器受到閥芯大壓差產生的反作用力會大大減少。

當閥芯向上關閉時，對閥桿方向的分解力只是作用于閥芯上端面內外的壓力差。如圖3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（閥門關閉時）。為此，P3腔體必須與P2腔體有導壓孔相通，而且P3腔體必須與P1腔體隔離開。另外閥門的進出口交換，為的是避免因為閥芯泄漏導致高壓側P1進入到低壓側P3，而P2不能通過導壓孔進入P3腔體。

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

由于導壓孔是連通進口側和密閉腔體，所以不會增加調節閥的泄漏率。

此調節閥的全開行程是40mm，全開時間是90s，所閥芯開速度是0.44cm/s。閥芯向下運動時，上左圖P1腔體被壓縮，閥芯內徑是10cm，內腔截面積是78.5cm2，所以閥芯向下運動時，通過導壓孔的瞬時流量是78.5×0.44=34.54cm3/s。兩個導壓孔的截面積是0.15×0.15×3.14×2=0.1413cm2，所以導壓孔內流速為34.54/0.1413=244cm/s=0.244m/s。此流速遠遠低于一般節流孔的流速，因此不會造成因腔體被壓縮而產生的額外反作用力。

3 結束語

在改造后的實際運行過程中，再也沒有出現調節閥打不開或關不上的現象。現場的運行狀況很正常。此后，在另一個換熱站，對一個兩通閥進行了相同的改造，都是排除了這樣的故障。后來在資料里見到其他對此種調節閥的改造，是在閥體外加裝導壓管，將兩個腔體導通。這樣的弊端是增加了閥門的外泄漏，增加了故障點。