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摘要：本文描述的是將西門子VVF系列調節(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閉的問題。本文就西門子調節(jié)閥的壓力平衡式閥芯的改造進行討論。

一、基本概況

換熱站一次供水調節(jié)閥，設計院設計為電動三通閥。三通閥為分流型。當調節(jié)閥動作的時候主要調節(jié)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(huán)泵采用變頻恒壓差控制。當各個分支換熱站調節(jié)閥調節(jié)流量的時候，熱網循環(huán)泵變頻會自動根據(jù)供水壓差調節(jié)水泵轉速。這樣，既可以穩(wěn)定壓差，也可以因水泵調節(jié)轉速而節(jié)省電費。

如果換熱站采用三通調節(jié)閥，調節(jié)閥調節(jié)的時候，進出水的總流量不發(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)泵不會調節(jié)轉速，循環(huán)泵一直以zui大恒定轉速運行。這樣導致循環(huán)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(jié)閥停暖，現(xiàn)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。如下圖1：

當分流截止閥關閉時，產生調節(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。由于調節(jié)閥后沒有安裝壓力表P2，所以調節(jié)閥前后壓差無法得出。P1，P2壓力幾乎不會因為調節(jié)閥開度產生變化，所以變化的是閥后壓力P2。當調節(jié)閥打開時P2>P3，調節(jié)閥全關時P2’=P3(如下圖2所示)，所以調節(jié)閥全關時前后壓差zui大。根據(jù)現(xiàn)場的現(xiàn)象也可以發(fā)現(xiàn)，當調節(jié)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(jié)閥全關或開度很小時，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的調節(jié)閥時，zui大允許壓差為0.1Mpa，遠遠不能滿足現(xiàn)場的運行條件。

二、西門子調節(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zui大壓差滿足條件。

大小閥并聯(lián)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?？稍诳刂破髦性O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(zhí)行器推力不夠的另一種方法是將調節(jié)閥更換成壓力平衡型的閥門。普通調節(jié)閥（非平衡）工作時,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(zhí)行器的反向推力會降低很多，執(zhí)行器更容易打開或關閉調節(jié)閥。

壓力平衡型的閥門還有很多種形式，這里不再做說明。但是壓力平衡式調節(jié)閥一般結構復雜，造價高，而且泄漏系數(shù)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(xiàn)場條件限制，無法進行焊割作業(yè)。

為此，我們決定將調節(jié)閥芯進行改造，將其改造成壓力平衡型的閥芯。

如下圖3的兩通閥閥體內部結構和閥芯剖面圖。閥芯所承受的zui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(zhí)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，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(huán)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(jié)閥的泄漏率。

此調節(jié)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=0.1413 cm2 ，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(jié)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。

三、總結

在改造后的實際運行過程中，再也沒有出現(xiàn)調節(jié)閥打不開或關不上的現(xiàn)象?，F(xiàn)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(jié)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。