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)計院設(shè)計為電動三通閥。三通閥為分流型。當調(diào)節(jié)閥動作的時候主要調(diào)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(wǎng)循環(huán)泵采用變頻恒壓差控制。當各個分支換熱站調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量的時候，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。
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(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，循環(huán)泵一直以大恒定轉(zhuǎn)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(shù)管理要求將三通閥更換為兩通閥。但是因為換熱站已經(jīng)運行使用，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：
當分流截止閥關(guān)閉時，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壓力幾乎不會因為調(diào)節(jié)閥開度產(chǎn)生變化，所以變化的是閥后壓力P2。當調(diào)節(jié)閥打開時P2>P3，調(diào)節(jié)閥全關(guān)時P2’=P3(如下圖2所示)，所以調(diào)節(jié)閥全關(guān)時前后壓差大。根據(jù)現(xiàn)場的現(xiàn)象也可以發(fā)現(xiàn)，當調(diào)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(diào)節(jié)閥全關(guān)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(diào)節(jié)閥時，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(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(shè)置開關(guān)閥順序。開閥順序為：先開小閥，小閥全開以后，再開大閥。關(guān)閥時，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,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(jié)構(gòu)(如圖),兩個閥芯的流向相反,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(diào)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(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ΔP=P1-P2。
因此，在閥門關(guān)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(chǎn)生的反作用力會大大減少。
當閥芯向上關(guān)閉時，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)。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。另外閥門的進出交換，為的是避免因為閥芯泄漏導致高壓側(cè)P1進入到低壓側(cè)P3，而P2不能通過導壓孔進入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)。
由于導壓孔是連通進口側(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(nèi)徑是10cm，內(nèi)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(nèi)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(chǎn)生的額外反作用力。
三、總結(jié)
在改造后的實際運行過程中，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(diào)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。
