先导活塞式减压阀的工作原理及应用

王 慧 贺 超

1.山东电力工程咨询院有限公司 山东 济南 250013 2.济南四建（集团）有限责任公司 山东 济南 250031

在电厂水处理的工艺设计中，经常遇到系统前后压力需要调节的情况，先导活塞式减压阀作为一种简单有效的压力调节装置，很受设计人员的青睐，在电厂水处理中应用广泛。但在使用过程中仍然出现了一些问题，本文在总结了前人工作的基础上，对先导活塞式减压阀的动、静态工作性能进行了讨论，并对其使用过程中的注意事项做了进一步明确。

1 减压阀的原理及定义

GB 12244-2006对减压阀的定义为：减压阀是通过阀瓣的节流，将进口压力降至某一个需要的出口压力，并能在进口压力及流量变动时，利用介质本身能量保持出口压力基本不变的阀门［1-2］。具体来讲不同结构形式的减压阀具有不同的工作原理，减压阀的两个基本功能：一是减压，二是稳压，两个基本功能缺一不可。

2 减压阀的分类

减压阀的种类很多，它们适用于不同的工作介质和工况。通常情况下人们习惯于按结构形式和控制方式对减压阀进行分类。

2.1 按照结构形式分类

按照结构形式分类，减压阀分为比例式、可调式两类。

比例式减压阀结构简单，阀体只有一个活动部件活塞，利用截留口前后活塞面积不同产生的压力差降低出口压力。比例式减压阀出口压力与进口压力是按照固定比例减压的，当没有流量时，阀体的截留口完全关闭实现减静压［3-4］。比例式减压阀减压效果好，无需人工调节，阀体体积小，便于加工，价格低廉，安装、维护简便，使用寿命长。但出口压力不能调节，比较适用于消防系统。

可调式减压阀利用膜片与弹簧的力平衡关系，通过联动阀芯使阀瓣保持在一定的开启高度，使出水压力达到设定值。可调式减压阀可以灵活地调节出口压力，出口压力相对稳定，动作反应灵敏，使用灵活，但结构复杂，阀体体积大，价格较高。

2.2 按照控制方式分类

按照控制方式分类，减压阀分为直接作用式、先导式两类。

直接作用式减压阀利用出口压力变化直接控制阀瓣运动。先导式减压阀由主阀和先导阀组成，出口压力的变化通过先导阀放大控制主阀阀瓣动作。

3 先导活塞式减压阀的工作性能

3.1 先导活塞式减压阀的结构

先导活塞式减压阀将先导式减压阀与可调式减压阀的特点结合起来，通过副阀瓣的动作带动主阀运动，同时当阀前介质压力不稳定时可以调节出口压力相对稳定。具体结构示意图见图1。

3.2 先导活塞式减压阀的工作原理

先导活塞式减压阀的工作原理可分为以下几个步骤：

1）副阀瓣运动。

减压阀出厂时，调节弹簧处于放松状态，此时主阀瓣和副阀瓣处于关闭状态。使用时按顺时针转动调节螺钉，压缩调节弹簧，弹簧下座推动膜片向下运动，克服副阀瓣弹簧阻力打开副阀瓣。

2）主阀瓣运动。

介质通过阀前控制气路，经过副阀瓣，进入活塞上方气腔形成一定压力。活塞在介质压力的作用下向下移动，克服活塞环与气缸壁的摩擦阻力、主阀瓣弹簧压缩弹力、介质对主阀瓣的压力推动主阀瓣离开主阀座，使介质流向阀后。

3）减压状态。

阀后部分介质通过阀后控制气路进入膜片下方气腔，对膜片形成向上的推力，当阀后压力升高到一定程度时，这个推力与预调的弹簧力平衡。阀门的开启程度确定，介质经阀门节流后流向阀后形成一定压力。

先导活塞式减压阀动态与静态时具有不同的工作性能，下面将分别进行讨论。这里首先明确一下，动态即管道中介质处于流动状态，静态即系统中某处阀门关闭、管道中介质不流动，处于相对静止状态。

图1 先导活塞式减压阀的典型结构

3.3 先导活塞式减压阀的动态性能讨论

减压阀工作时，阀后压力并不是静止不变的。如果阀前介质压力波动，阀后压力也将随之在调节范围内小幅度变化。当阀后压力超过调定压力时，推动膜片上移压缩调节弹簧，副阀瓣随之向关闭方向移动，流入活塞上方气腔的介质减少，压力下降，此时主阀瓣在弹簧的推动下上移，介质流量也随之减小，阀后压力随之下降到新的平衡；反之当阀后压力低于调定压力时，介质流量增加，阀后压力也随之增高达到新的平衡。

减压阀膜片下方气腔压力与调节弹簧的压缩弹力始终处于动态平衡状态，膜片的上下运动使副阀瓣的开度始终处于动态变化之中，最终导致主阀瓣的开度处于动态变化状态。减压阀的阀后压力始终在调节弹簧所设定的压力值的附近作小范围波动，如果流量和阀前压力趋于稳定，这种波动也趋于平稳。

3.4 先导活塞式减压阀静态性能讨论

先导活塞式减压阀因其安装简单，调节方便，在电厂化学水处理工艺中经常使用。在介质流动过程中，先导活塞式减压阀的减压功能是能够实现的，此亦称减压阀的动态减压性能。但在某些情况下，先导活塞式减压阀不能够减压。

在电厂运行过程中，设备并不是时时刻刻处于工作状态，在减压阀后某一阀门被关闭时，介质被阻止流动，减压阀前的压力保持不变，此时在阀前阀后形成了一个高压区和低压区。在压差的作用下介质由高压区通过主阀瓣流向低压区，阀后压力升高，膜片上移带动副阀瓣向关闭方向移动。如果阀门完全关闭，减压阀功能相当于关断的截止阀，即处于静态减压状态。

根据电厂工作人员反应，目前按照GB12244～12246标准生产的活塞式减压阀无法实现静态减压。当介质处于静态时，减压阀后的压力在短时间内就会与阀前压力平衡。宁夏某电厂调试阶段，超滤系统反洗用气管路安装Y43H型先导活塞式减压阀，调试前介质不流通，减压阀不具备减压功能。超滤系统进气阀门开启后，高压气体瞬间进入超滤系统，致使部分管件破损。

由先导活塞式减压阀的工作原理可知，副阀瓣的动作带动主阀瓣动作，因此副阀瓣适时的关闭是解决此类阀门静态不减压的关键。另外，密封装置的密封性能不好也是静态不减压的主要原因。吴政［5］在进行了大量研究后，吸收国外经验，在Y43H型减压阀的基础上研制了一系列新型减压阀，减压阀密封面达到完全密封状态；据吴祖平［6］报道双反馈减压阀既减动压、又减静压，在龙滩水电站的应用取得了较好的效果，值得在水电行业内推广应用；周刚等［7］报道采用新型活塞式先导阀的ZJY46H型减压阀在天生桥发电厂应用效果良好。

4 先导活塞式减压阀在电厂水处理的应用及注意事项

虽然先导活塞式减压阀静态不减压，但仍具有较大的市场需求。目前，电厂水处理工艺中，水、压缩空气和蒸汽系统最常用的就是先导活塞式减压阀。

设计及使用过程中，我们可以采取一系列措施来确保系统的安全性：

1）缩短减压阀后管道长度：将减压阀靠近用气端安装，以减少静态时减压阀后管道内储存的气体量。

2）安装排气阀：在减压阀后安装自动排气阀与用气端连锁，用气端阀门开启前将减压阀后高压气体泄压；或在减压阀前安装自动阀门与用气端连锁，用气端不用气时关闭自动阀门，停止气源供应。

3）选用能静态减压的新型减压阀门。

对于以上几种措施，各有利弊，在设计过程中需要针对具体情况进行选择。另外减压阀安装时还应注意：

1）对于压缩空气系统，阀门及连接附件均应采用不锈钢材质，防止对系统内介质造成污染，或损坏仪用控制配件。

2）应用于蒸汽系统时，应根据蒸汽的压力、温度参数选择合适型号的减压阀，蒸汽减压阀的阀前与阀后绝对压力之比不应超过5~7，超过时应串联安装两个。

3）活塞式减压阀应安装于水平管路，以减少重力对调节精度的影响［8］。

4）当阀前与阀后的压差为0.1~0.2MPa时，可串联安装两个截止阀进行减压。

5）阀体水流方向应与系统水流方向一致，不得反装。

［1］中华人名共和国国家标准.GB 12244-2006减压阀一般要求［S］.2006.

［2］周铭杰.浅谈减压阀的结构设计［J］.液压与气动，2005，（03）:62-65.

［3］陈应新.给水减压阀在给水系统中的应用 ［J］.通用机械，2009，（02）:22-24.

［4］吴虹.减压阀的应用 ［J］.江西教育学院学报，2001，22（03）:60-61.

［5］吴政.活塞式减压阀结构性能的分析与探讨［J］.阀门，2000，（05）:1-3.

［6］吴祖平.双反馈减压阀在龙滩水电站的应用［J］.水力发电，2009，35（06）:53-54.

［7］周刚，张殿祥.ZJY46H型减压阀在高水头电站技术供水应用的经验［J］.水电站机电技术，2010，33（02）:68-71.

［8］核工业第二设计研究院.给水排水设计手册 （第二册）建筑给水排水［M］.北京：中国建筑工业出版社，2001.