王玉強(qiáng)黎汝堅(jiān)秦重陽

（東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽，618000）

0 前言

自力式壓力調(diào)節(jié)閥是一種無需外來能源，如電源、氣源等，僅依靠介質(zhì)自身的壓力變化，按預(yù)先設(shè)定的壓力來進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制閥。因?yàn)槠洚a(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)，在對控制精度要求不高，壓力變化不大等場合得到越來越廣泛的應(yīng)用。

在電廠潤滑油系統(tǒng)中，潤滑油壓力過高會(huì)導(dǎo)致軸承漏油，壓力過低會(huì)導(dǎo)致軸瓦溫度升高甚至燒瓦，所以通常在潤滑油供油管路上安裝自力式壓力調(diào)節(jié)閥，確保在供油壓力出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，在一定程度上保持軸承供油壓力不變。

1 自力式壓力調(diào)節(jié)閥工作原理

自力式壓力調(diào)節(jié)閥按取壓方式不同，可分為自力式閥后壓力控制閥（自力式減壓閥）和自力式閥前壓力控制閥（自力式溢流閥），自力式減壓閥工作原理見圖1。

圖1 自力式閥后壓力控制閥工作原理

閥前壓力P1經(jīng)過閥門的節(jié)流后，閥后壓力變?yōu)镻2，P2經(jīng)過導(dǎo)壓管作用在閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的薄膜或活塞上方，產(chǎn)生一個(gè)與彈簧力相反的作用力，作用力的大小決定閥門的開度，從而控制閥后壓力。當(dāng)P2增加時(shí)，P2作用在薄膜或活塞的作用力也隨之增加，此時(shí)，薄膜或活塞上的作用力大于彈簧的反作用力，使閥門關(guān)閉。隨著閥門關(guān)閉，P2逐漸降低，當(dāng)作用到薄膜或活塞上的作用力與彈簧的反作用力相平衡時(shí)，P2降為設(shè)定值。同理，當(dāng)P2降低時(shí)，作用方向與上述相反[1]。自力式溢流閥工作原理與自力式減壓閥相似，但作用力方向相反。

2 自力式壓力調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用

作為發(fā)電機(jī)組潤滑油系統(tǒng)在線穩(wěn)定供油壓力的目的，自力式壓力調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用主要分為兩種：（1）在機(jī)組軸承潤滑油供油主管路中安裝自力式減壓閥，通過改變主管路的壓損來達(dá)到穩(wěn)定供油壓力的目的，同時(shí)增加旁路節(jié)流孔板與閥門并聯(lián)，布置方式見圖2。（2）在機(jī)組軸承潤滑油供油主管路上安裝一條直接回油箱的溢流（泄壓）管路，在溢流管路上安裝自力式溢流閥，通過控制溢流量來達(dá)到穩(wěn)定供油壓力的目的，布置方式見圖3。兩種應(yīng)用方式的區(qū)別見表1。

圖2 自力式減壓閥布置圖

圖3 自力式溢流閥布置圖

表1 兩種應(yīng)用的區(qū)別

目前，常見的發(fā)電機(jī)組潤滑油主油泵主要有三種：（1）全電動(dòng)離心泵；（2）主軸驅(qū)動(dòng)容積泵；（3）主軸驅(qū)動(dòng)離心泵配合射流器或油渦輪。

當(dāng)主油泵采用電動(dòng)離心泵時(shí)，通常需要配合蓄能器和自力式減壓閥來穩(wěn)定供油壓力。此布置方式要求主油泵出口壓力較高，這樣有兩個(gè)好處，一是在油泵切換時(shí)，在蓄能器的補(bǔ)充情況下，機(jī)組的潤滑油壓力在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不會(huì)因?yàn)閴毫Σ▌?dòng)而發(fā)生機(jī)組的保護(hù)動(dòng)作[2]，二是為了使自力式壓力調(diào)節(jié)閥有更好的流量-壓力調(diào)節(jié)特性，通常要求自力式壓力調(diào)節(jié)閥的閥前壓力P1應(yīng)大于閥后壓力的2倍，即P1＞2P2。旁路節(jié)流孔板的設(shè)計(jì)既滿足在壓力調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)異常關(guān)斷時(shí)的軸承最小供油量和主油泵的最小連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行流量（但也不能過大，過大的節(jié)流孔板會(huì)使壓力調(diào)節(jié)閥選型或開度過小，對調(diào)節(jié)性能不利），同時(shí)也可以減小壓力調(diào)節(jié)閥的通徑，降低采購成本。若采用自力式溢流閥布置方式，在冷油器和過濾器壓損和軸承供油壓力相同的情況下，需要的主油泵出口壓力更低，低壓力不利于蓄能器選型，同時(shí)為了保證壓力調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能，需設(shè)置合適的溢流量，流量更大也會(huì)導(dǎo)致冷油器和過濾器的選型偏大，成本增加。

當(dāng)主油泵采用主軸驅(qū)動(dòng)容積泵（齒輪泵或蝸桿泵等）時(shí)，通常配合自力式溢流閥穩(wěn)定供油壓力。由于容積泵的流量不能采用出口調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，可采用調(diào)節(jié)溢流旁路、轉(zhuǎn)速和行程的方式來調(diào)節(jié)流量。對于發(fā)電機(jī)組來說，主軸驅(qū)動(dòng)容積泵通常不能進(jìn)行轉(zhuǎn)速和行程調(diào)節(jié)，故采用溢流旁路調(diào)節(jié)。在主油泵出口增加一路溢流管和自力式溢流閥，溢流閥的作用就是使?jié)櫥拖到y(tǒng)保持恒定壓力和流量，在容積泵系統(tǒng)中，溢流閥與發(fā)電機(jī)組軸承并聯(lián)，此閥門常開溢流，將多余的流量通過溢流管排回油箱，溢流部分損耗功率。需注意的是此溢流閥不能作為防止系統(tǒng)超壓的安全閥使用。

當(dāng)主油泵采用主軸驅(qū)動(dòng)離心泵配合油渦輪時(shí)，油渦輪出口也會(huì)設(shè)置一個(gè)溢流閥，但其閥門型式通常更像一個(gè)安全閥，在此不做詳細(xì)討論。當(dāng)主油泵采用主軸驅(qū)動(dòng)離心泵配合射油器時(shí)，由于不會(huì)在射油器出口布置蓄能器，因此射油器出口設(shè)計(jì)壓力不會(huì)太高，在進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)時(shí)選擇自力式溢流閥穩(wěn)定供油壓力。

3 自力式壓力調(diào)節(jié)閥的選型

本文按自力式減壓閥進(jìn)行選型說明，對于自力式溢流閥，其選型方法同自力式減壓閥基本一致，需注意的是閥門出口背壓基本恒定，主要由出口高度和油箱液位的關(guān)系確定。

首先，需要確定自力式壓力調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性，該特性可由閥門供應(yīng)商提供，通常：

（1）自力式壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)口壓力的波動(dòng)應(yīng)控制在設(shè)定壓力的0.8～1.05倍，超出該范圍減壓閥的性能可能會(huì)受影響；

（2）對于自力式減壓閥，正常工作流量下的閥后壓力P2應(yīng)小于閥前壓力的0.5倍，即P2＜0.5P1[3]。

（3）由于自力式壓力調(diào)節(jié)閥要求壓力變化時(shí)，閥門快速達(dá)到設(shè)定值，因此選用的閥門一般為快開特性。

其次，需要確定閥門入口壓力P1，出口壓力P2，以及在此壓力下的總流量L，其中總流量L分為通過閥門的流量L1，以及通過旁路節(jié)流孔板的流量L2，流量L2需滿足壓力調(diào)節(jié)閥在異常全關(guān)時(shí)軸承的的最小供油量。

然后，根據(jù)壓力P1，P2，流量L2和流體參數(shù)等，按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2624計(jì)算節(jié)流孔板的孔徑。

最后，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17213計(jì)算出閥門正常工作時(shí)的流量系數(shù)Cv′，通常所選閥門的最大流量系數(shù)應(yīng)該為計(jì)算流量系數(shù)的1.2～1.8倍為宜，具體數(shù)值需根據(jù)閥門特性確定。

以某發(fā)電機(jī)組為例：

發(fā)電機(jī)組要求軸承正常供油壓力0.15 MPa（g），跳機(jī)壓力0.08 MPa（g），正常供油流量4 000 L/min。根據(jù)達(dá)西（Darcy）公式和伯努利方程可以計(jì)算出壓力調(diào)節(jié)閥出口正常壓力P2為0.24 MPa（g），跳機(jī)壓力為0.17 MPa（g），過濾器壓損不超過0.1 MPa（g），冷油器壓損不超過0.05 MPa（g），因此，潤滑油泵出口壓力：

選擇潤滑油主油泵出口額定流量4 300 L/min，額定壓力0.67 MPa（g）。因此：

最后計(jì)算出節(jié)流孔板直徑d=29 mm（當(dāng)節(jié)流孔板直徑為45 mm時(shí)，孔板后壓力已經(jīng)達(dá)到0.24 MPa（g），壓力調(diào)節(jié)閥全關(guān)，失去壓力升高時(shí)的調(diào)節(jié)能力），閥門正常工作的流量系數(shù)Cv′為110，所選閥門的最大流量系數(shù)Cv為132～198。

4 自力式壓力調(diào)節(jié)閥的校核

為了驗(yàn)證所選壓力調(diào)節(jié)閥是否合適，利用Flowmaster建立了整個(gè)潤滑油系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型，模擬在主油泵切換時(shí)閥門開度和出口壓力的變化。在蓄能器、冷油器、過濾器和軸承等設(shè)備都不變的情況下，選擇閥門流量系數(shù)（Cv）分別為100、120、140、160、180、200進(jìn)行分析對比，其中主油泵A在第2 s時(shí)開始停止，第3 s完全停止，主油泵B在壓力調(diào)節(jié)閥閥后壓力低于1.9 MPa（g）或者油泵出口壓力低于4.9 MPa（g）時(shí)聯(lián)啟，啟動(dòng)時(shí)間為2 s，閥門采用典型的快開閥門特性曲線。閥門開度和閥后壓力仿真結(jié)果見圖4和圖5。

圖4 閥門開度仿真結(jié)果

圖5 閥后壓力仿真結(jié)果

從仿真結(jié)果可以看出，在閥門流量系數(shù)（Cv）為100時(shí)，閥后壓力一直低于設(shè)定壓力0.24 MPa（g），故閥門一直全開，壓力調(diào)節(jié)閥完全沒有調(diào)節(jié)特性，當(dāng)主油泵切換時(shí)，出現(xiàn)壓力低于跳機(jī)值（0.17 MPa（g））的情況。在閥門流量系數(shù)（Cv）為120時(shí)，隨著閥后壓力降低，閥門也達(dá)到全開位置，壓力調(diào)節(jié)閥閥后壓力略高于跳機(jī)值（0.17 MPa（g）），沒有足夠的安全欲度。在閥門流量系數(shù)（Cv）為140～200時(shí)，閥門開度和閥后壓力都保持在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，因此可以認(rèn)為上述選型滿足設(shè)計(jì)要求。需要注意的是不同廠家的閥門特性曲線不同，結(jié)果可能會(huì)略有差異，但閥門開度和閥后壓力變化的趨勢應(yīng)該是一致的。

5 結(jié)論

針對不同的電廠潤滑油主油泵型式，對兩種常見的自力式壓力調(diào)節(jié)閥應(yīng)用方式進(jìn)行了對比，并分析了不同主油泵型式采用不同自力式壓力調(diào)節(jié)閥布置方式的原因。同時(shí)，也給出了其中一種壓力調(diào)節(jié)閥的選型方法，并對選型方法進(jìn)行舉例和校核，驗(yàn)證了選型方法的正確性。