四川岷江紫坪铺水利枢纽工程位于四川省都江堰市麻溪乡境内的岷江上游，大坝为混凝土面板堆石坝，坝高156m，总库容11.12亿m3。工程以灌溉和供水为主，兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益。紫坪铺水利枢纽工程是国家西部大开发“十大标志性工程”之一，具有不完全年调节功能。电站总装机容量760MW（4×190MW），保证出力168MW，年发电量34.17亿kW•h，年平均利用小时4496h，以一回500kV出线接入成都环网，可承担西南电网一部分调峰调频任务。水库正常蓄水位高程877m，死水位高程817m，设计洪水位高程871.1m，校核洪水位高程883.1m。水头变化范围为68.4～132.76m。因水库库容较小，水头变化较大，给电厂的技术供水提出了问题，造成技术供水减压阀工作条件比较恶劣。
一、紫坪铺电厂供水系统概况
水电站的技术供水系统是水轮发电机组必不可少的组成部分。其担负着机组的上导、空冷器、推力轴承、水导、主轴密封、下导及变压器冷却、消防、生活用水等方面的重要任务。
我厂机组技术供水系统的正常供水采用自流供水方式，每台机在蜗壳进口处的直管段设有一个取水口，一路供机组各部技术用水，作为本机组的技术供水工作水源，另一路供给技术用水备用总管；在尾水设有两个取水口，通过两台双吸离心泵直接供技术供水备用总管，作为全厂技术供水的备用水源。通过技术供水备用总管，各机组技术供水可互为备用（图1）。
图1 紫坪铺电厂技术供水示意图
技术供水的主要供水对象为主变冷却器、发电机空气冷却器、推力轴承冷却器、上导轴承油冷却器、水导轴承冷却器、备用供水总管等设备。
技术供水进水总管的正常水压为0.30～0.40MPa；上导轴承冷却水正常水压为0.15～0.30MPa；推力轴承冷却水正常水压为0.15～0.30MPa；空气冷却器冷却水正常水压为0.15～0.30MPa。
机组消防水正常水压为0.40～0.60MPa；主变消防水正常水压为0.40～0.60MPa；水头变化范围为68.4～132.76m，对应的水压力为0.69～1.33MPa。
优点：若某台机组因故不能从本机组蜗壳取水时，可打开机组冷却备用供水阀由全厂技术供水备用总管供水；当全厂技术供水不能从机组蜗壳取水或者蜗壳取水不能满足供水质量要求时，备用技术供水系统由尾水取水。
二、改造前的调节阀情况
阀门特点：我厂4台机组均采用以色列DOROT阀门，其特点：阀门减压比高，在高水头电站不需要多级减压，一台即可达到所需的出口压力；调节范围大，出口压力最大可在0.15～1.2MPa范围调节，可以满足不同水头段、不同压力要求；过流设计具有独特结构，过流量较同类产品出众；采用大刚度弹簧加载和射流泵技术，不管进口压力和流量如何变化，减压阀出口压力稳定；过流面采用特殊结构和材料并在辅助控制阀上装有排污装置，减压阀可适用任何水质，不会产生气蚀和堵塞；可靠性高，减压阀装有双反馈系统和出口压力自锁锭装置，从而保证了减压阀在工作状态下互相切换反馈系统，以保证阀后设备安全。
遇到的问题：单机独立运行时，输出压力稳定。输出流量基本上能够满足我厂技术供水系统要求，但存在以下问题：2006年10月5日，发现3号机组减压阀动作异常，全开后无法关闭，联系厂家人员进行检查后发现减压阀阀杆断裂，中心导向爪损坏，阀座脱落更换后正常。2007年11月6日，4号机组技术供水减压阀无法正常工作，检查发现减压阀阀杆断裂，橡胶膜损坏，阀座脱落。2007年11月14日，2号机组减压阀震动强烈，工作异常，检查后发现减压阀阀杆断裂。减压阀前后压差过大将引起气蚀破坏及较大气噪。
其原因分析如下：
（1）我厂机组水头在68.4～132.76m变化，DOROT减压阀的最低调节压力为0.4MPa，而经过3年多时间的实际运行，我厂机组技术供水水压允许范围为0.25～0.4MPa。由于减压阀长期工作在恶劣工况下，导致了减压阀工作不稳定。
（2）受我厂技术供水系统运行方式影响，加之尾水取水一直未形成，可靠性较低，当4台机技术供水管路联络运行时，由于每个减压阀的机械特性不完全相同，在开停机操作时管路中的局部水压变化对减压阀产生的瞬间冲击很大。
（3）备用技术供水采用尾水取水方式，较目前常用的坝前取水方式增加了取水电机和控制系统，降低了设备的可靠性，增加了维护工作量，经济性较差。
三、影响减压阀选择的因素
1、自然因素
（1）流域水源情况决定水头变化特点。岷江是长江上游水量较大的一条支流。岷江水主要来自天然雨水、草原湿地和高山雪水。岷江不同于其他流域，每年有两次汛期，6～7月上游暴雨最大年雨量可达1688mm，有时一日雨量就达228mm。暴雨强度大，造成了洪水的暴涨暴落，对机组以及技术供水提出了较高要求。其次，由于江源区冬季降雪量大（松潘县10月至次年1月平均积雪深度接近40cm，平均每年降雪达24次以上），每当仲春4月，气温逐渐升高，积雪逐渐溶化，在桃花开放的季节，融雪水集中进入江中，形成一次特殊的洪水，俗称“桃花汛”。由于上游居住人群相对稀少，加之其特殊的地理位置决定了紫坪铺电站所处位置的水质情况：清洁度好、含沙量少、水温低（河水水温从最低3.5℃到最高20℃之间变化）。预计通过水轮机的多年平均水温为16℃。
（2）河水水质影响阀门的选择。
①天然河水含沙量及主要成分。天然河道汛期多年平均含沙量为0.886kg/m3，汛期最大月平均含沙量为1.30kg/m3，多年平均含沙量为0.572kg/m3。沙的主要成分为：石英、长石、黑云母、铁屑、粘土岩屑及其它杂质，其中莫氏硬度大于5的硬质泥沙占80%以上。
②过机泥沙颗粒与级配。
根据试验资料得知，水库投入运行的前30年水库出库水中的泥沙含量小于0.1kg/m3。过机泥沙颗粒级配见表1。
表1 过机泥沙颗粒级配表
中值粒径/mm：0.078
平均粒径/mm：0.148
最大粒径/mm：2.71
2、技术要求因素
基于以上原因，我厂对可调式减压阀门的选取提出了以下要求：
（1）阀室的设计应能可靠地防止汽蚀的发生、杂物的附着，尽量消除或减小噪音。
（2）不管进口压力和阀后流量如何变化，减压阀通过一级减压将阀后压力减小为0.45～0.5MPa。减压阀应能长期安全可靠地运行，出口压力可根据需要方便调整。
（3）减压阀为软密封结构时，可进行静态密封试验，在规定的时间内，减压阀不得有渗漏；减压阀为硬密封结构时，可进行静态密封试验，在规定的时间内，减压阀渗漏量不得超过减压阀最大流量的0.5%。
（4）当减压阀进行动态试验时，阀后出口压力表的升压值在采用软密封结构时应为0，采用硬密封结构时不得超过0.2MPa/min。
（5）减压阀应调节灵敏，无卡阻、异常振动及压力波动现象。
（6）减压阀在稳定流动状态下，当其出口流量一定、进口压力变化时，出口压力偏差值不得超过5%。
（7）减压阀在稳定流动状态下，当其出口压力一定、进口压力变化时，出口流量偏差值不得超过10%。当进口压力一定，出口流量从该工况下最大流量的20%～100%变化时，出口压力负偏差值不得超过10%。减压阀应设有节流装置，在相对较大的压力损失情况下，具有较宽的流量范围。
（8）减压阀的弹簧、橡胶膜片、橡胶密封圈的使用寿命应在8万h以上。
（9）减压阀的导阀及其他控制部件的使用寿命应在10万h以上。
（10）减压阀在最大减压比工况条件下运行时，在1m范围内的噪音应小于70分贝。
（11）减压阀前后各配备一块防震压力表。
四、改造后的阀门情况
基于以上要求，我们选择了北京时代中基科技发展有限公司出品的ZJY46H型减压阀。
1、减压阀工作原理
如图2所示：P1为减压阀的进口压力；P2为减压阀的出口压力；Pt为减压阀主阀的弹簧压力；Pk为减压阀主阀的压力调节腔压力；Pt′为反馈系统控制阀弹簧压力；Pk′为反馈系统控制阀压力调节腔压力；h为减压阀主阀的过流面积。
图2 减压阀工作原理示意图
减压阀正常工况时，Pt=Pk；当控制阀Pt′=Pk′时，主阀和控制阀的阀座与阀瓣开启高度h为一个定值（即过流面积一定，过流量一定）。因此，减压阀出口压力相对是一个低压值P2。
在进口压力P1变化时，出口压力P2是不变的，当P1上升时，减压阀的P2+ΔP2首先表现为上升，其值通过反馈系统出口管传到控制阀，使Pt′+ΔPt′，ΔPt′与Pk′的力达到新的平衡，控制阀h减小；相应的ΔPk′压力增大，经压力导管，使主阀的Pk+ΔPk，Pt=Pk+ΔPk压力达到新的平衡，主阀h减小、ΔP2值恢复为原P2值。当进口压力P1下降时，主阀与控制阀的工况则与上述工况相反。当出口流量Q增大时，减压阀的工况相当于P1下降时的工况。当出口流量Q减小时，减压阀的工况相当于P1上升时的工况。
2、该减压阀具有的特点
（1）减压比大：一般减压阀的减压比为2∶1或3∶1，而该产品可达10∶1。高水头水电站不需多级减压，一台减压阀即可达到所需的出口压力；
（2）调压范围大：该减压阀的出口压力可在0.15～1.2MPa范围内任意调节，以满足不同水头段、不同压力要求机组的供水要求；
（3）过流量大：该减压阀的过流设计具有独特的结构，其过流面积比同口径的管道大，过流能力完全可以适应设计中已选管道的需要；
（4）出口压力稳定：由于采用了大刚度弹簧加载和射流泵技术，不管进口压力和出口流量如何变化，减压阀始终能够保证出口压力的稳定；
（5）对水质的适应能力强：由于其过流面采用特殊结构和材料并在辅助控制阀上装有排污装置，故该减压阀可以适用任何水质，不会产生气蚀、磨蚀和堵塞现象；
（6）可靠性高：由于该减压阀装有双反馈系统和出口压力自锁定装置，从而保证了该减压阀在工作状态下相互切换反馈系统，并保证了出口压力不超限，从而保护了阀后设备的安全。切换功能操作简单、稳定性好、使用寿命长；
（7）运行平稳：该减压阀运行中无噪音、无振动、无压力漂移、无卡阻现象；
（8）使用寿命长：由于该减压阀内部主要部件均采用1Cr18Ni9Ti材料，主弹簧不与水接触和主阀无橡胶受力件等良好结构，故该减压阀的使用寿命是其它减压阀无法相比的；
（9）安装、调试、维护方便：对出厂调试好的减压阀，安装完毕后直接充水即可投入使用，平时无需调整。
目前我厂对2号、3号机组减压阀进行了更换，其适应性有待一段时间运行考验。
