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高壓減壓閥在水電站技術(shù)供水系統(tǒng)中的性能改造及CFD分析

文檔作者：李祥波文檔來源：新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月30日
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0 概述
技術(shù)供水方式的選擇多種多樣，有自流減壓供
水方式、水泵供水方式、水輪機(jī)頂蓋取水供水方式、
小水輪機(jī)減壓后供水方式等。因?yàn)樽粤鳒p壓供水方
式運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)簡單且可節(jié)約工程投資，技術(shù)可靠
且有較高的經(jīng)濟(jì)性，被很多水電站采用。
但對很多高水頭電站而言，采用自流減壓供水
方式會突破我國現(xiàn)行規(guī)范的要求，對是否采用自流
減壓供水方式宜做進(jìn)一步的分析研究，并且技術(shù)供
水對象對水壓有嚴(yán)格的要求，因?yàn)樽粤鳒p壓方式需
要通過減壓閥將來自上游高壓水的多余水壓加以削
減，所以必須對減壓閥有關(guān)性能進(jìn)行可行性研究和
分析。
影響減壓閥性能的主要因素之一，即流體對閥
體過流位置的氣蝕和沖蝕，即流體在減壓閥內(nèi)的流
態(tài)，反應(yīng)現(xiàn)象為減壓閥在工作過程中的震動和噪音。
1 實(shí)驗(yàn)對象和目的
ZJY46H 型組合式減壓閥是我國水電站自流減
壓方式采用得較多，也是較穩(wěn)定的一種減壓閥，其具
有高減壓比、大流量、穩(wěn)定性好、使用壽命長、一級減
壓的特點(diǎn)。但即使如此，在高減壓比的工況下運(yùn)行
時，由于能量消耗的形式體現(xiàn)，運(yùn)行噪聲和氣蝕的現(xiàn)
象也是不可避免的。在分析這一現(xiàn)象時，我們認(rèn)為：
合理過流面積的幾何形狀可有效地減小流阻，同時
有效地減少噪聲和氣蝕程度。
為此，我們首先設(shè)計了兩個改進(jìn)型DN150 節(jié)流
錐S1 號、S2 號和缸套閥座組合件，先在試驗(yàn)臺上進(jìn)
行試驗(yàn)，S2 號節(jié)流錐和缸套閥座組合件，取得了明
顯的預(yù)計效果；然后我們又在某水電站進(jìn)行了水電
站試驗(yàn)，證明了這次改進(jìn)的確有著良好的效果。
在水電站試驗(yàn)取得良好效果之后，我們根據(jù)節(jié)
流錐型線優(yōu)化試驗(yàn)數(shù)據(jù)制造出DN450 大口徑減壓
閥，在CDF 實(shí)驗(yàn)臺上采集參數(shù)進(jìn)行了CFD 分析，以
印證改造思路和效果。
2 試驗(yàn)臺實(shí)驗(yàn)
2.1 試驗(yàn)臺簡介
多功能試驗(yàn)臺如圖1 所示：B 為多級泵；A 為被
測減壓閥；C 為安全泄壓閥。試驗(yàn)系統(tǒng)開啟后，將P1
最高值調(diào)整為1.9 MPa，然后在分別設(shè)定P2 為各不
同值，在各值中改變P1 值，觀測在不同工況下的運(yùn)
行穩(wěn)定性和噪聲。
收稿日期：2014-12-18
作者簡介：李祥波（1979-），男，高級工程師，從事水電站機(jī)電、金屬
結(jié)構(gòu)設(shè)備建設(shè)及運(yùn)行管理工作。
高壓減壓閥在水電站技術(shù)供水系統(tǒng)中的性能改造及CFD 分析
李祥波
（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆烏魯木齊830000）
摘要：針對新疆某電站ZJY46H 組合式高壓減壓閥在使用過程中出現(xiàn)的噪音大、氣蝕嚴(yán)重等性能缺陷問題，通過對
高壓減壓閥的試驗(yàn)、CFD 分析及節(jié)流錐型線優(yōu)化、仿真等研究，降低了高壓減壓閥在水電站技術(shù)供水系統(tǒng)應(yīng)用中產(chǎn)
生的噪音和氣蝕問題，提高了高壓減壓閥在高水頭水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的性能。
關(guān)鍵詞：高壓減壓閥；噪音；氣蝕；試驗(yàn)；仿真
中圖分類號：TH138.52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5387（2015）03-0056-06
DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.03.017
圖1 多功能試驗(yàn)臺
第38 卷第3 期水電站機(jī)電技術(shù)Vol.38 No.3
2015 年03 月Mechanical &amp;amp; Electrical Technique of Hydropower 56 Station Mar.2015
2.2 試驗(yàn)方式
用兩個改進(jìn)型DN150 節(jié)流錐S1 號S2 號，一個
原型節(jié)流錐S0 號和相對應(yīng)的缸套閥座組合件，先后
裝入減壓閥閥體內(nèi)在試驗(yàn)臺上進(jìn)行試驗(yàn)，通過給定
出口壓力、調(diào)節(jié)進(jìn)口壓力，測試主閥不同開度條件下
的噪聲分貝值，即可比較不同節(jié)流錐的性能差異。
2.3 試驗(yàn)臺試驗(yàn)數(shù)據(jù)及初步判斷
試驗(yàn)臺試驗(yàn)結(jié)果見表1：
由表1 可知，改進(jìn)型節(jié)流錐S1 號的降噪性能比
原型節(jié)流錐S0 號好，改進(jìn)型節(jié)流錐S2 號降噪性能
最佳。
3 水電站試驗(yàn)
3.1 水電站及減壓閥使用情況簡介
某水電站裝機(jī)容量為2×6 300 kW，為引水式電
站，機(jī)組技術(shù)供水采用自流減壓供水和水泵供水方
式，單機(jī)組技術(shù)供水流量為450 m3/h；水頭為260～
240 m。因水泵運(yùn)行故障率高，所以自流減壓供水為
主供水。
3.2 機(jī)組自流減壓供水系統(tǒng)簡介
如圖2 所示：在壓力鋼管進(jìn)機(jī)組處的位置附近
取水。K1、K2 分別是取水閥和工作閥，Y 為
ZJY46H-4 0C DN150 減壓閥。P2 的壓力整定為
0.6MPa，減壓后的水直供水池，再由水池供兩臺機(jī)組
用水。調(diào)節(jié)閥門K3 為合適的過流面積。改進(jìn)前的單
臺ZJY46H-40C DN150 減壓閥的流量在滿足兩臺機(jī)
組運(yùn)行時，運(yùn)行噪音為118 dB。
3.3 自流減壓供水系統(tǒng)工作狀況
該水電站以前曾用國外某公司生產(chǎn)的膜片差壓
式DN450 減壓閥2 臺作兩級減壓，使用不到半年即
損壞，無法再用。后改用ZJY46H 型組合式減壓閥，1
臺作一級減壓，使用1 年后，雖然噪聲偏高，節(jié)流錐
有沖蝕和氣蝕，但仍能使用。
由于電站生態(tài)環(huán)境較差，植被破壞嚴(yán)重，水中的
雜質(zhì)主要為石英砂。由于高速水流產(chǎn)生的氣蝕，再加
上石英砂的磨蝕，減壓閥的運(yùn)行環(huán)境很差。這就需要
對減壓閥進(jìn)行合理的改進(jìn)，保證在惡劣環(huán)境下運(yùn)行
的減壓閥有良好的適應(yīng)性，以保證電站的正常運(yùn)行。
3.4 水電站試驗(yàn)簡介
原計劃試驗(yàn)S2 號節(jié)流錐和S0 號節(jié)流錐及對應(yīng)
的缸套閥座組合件，以作比較。但因兩次試驗(yàn)間隔的
準(zhǔn)備時間（減壓閥前截止閥不能關(guān)死，需壓力鋼管泄
水和灌水）過長，為不影響按時發(fā)電，只試驗(yàn)S2 號節(jié)
流錐而未能進(jìn)行S0 號原型節(jié)流錐的試驗(yàn)。另外，只
有減壓閥后有壓力表，而減壓閥前沒有，也沒有流量
計。這對試驗(yàn)造成一定的不便。
在S2 號節(jié)流錐試驗(yàn)過程中及后正式發(fā)電投入
運(yùn)行時，減壓閥的噪音明顯減小，振動微弱。
3.5 水電站試驗(yàn)數(shù)據(jù)及初步判斷
水電站試驗(yàn)結(jié)果見表2 和表3。
注：1）符號同表一；2）減壓閥主閥全開程為28 mm；3）調(diào)
節(jié)桿預(yù)壓高度為89 mm。
注：1）符號同表一。2）減壓閥主閥全開程為28 mm。3）帶
* 號的調(diào)節(jié)桿預(yù)壓高度為63 mm，是當(dāng)前的發(fā)電投運(yùn)狀態(tài)。其
余的調(diào)節(jié)桿預(yù)壓高度為89 mm。
表3 水電站試驗(yàn)結(jié)果（二）
進(jìn)口閥開度 P2 出口閥開度 Z
全開 0.70 1/2 111.0
全開 0.70 1/3 99.0
全開 0.70 1/4 93.5
全開 0.71 1/5 88.5
全開* 0.75 全開 102.0
表 1 試驗(yàn)臺試驗(yàn)結(jié)果
注：P1 為進(jìn)口壓力(MPa)；P2 為出口壓力(MPa)；K 為主閥
開程(mm)；Z 為噪聲聲壓級(dB)。
圖2 機(jī)組自流減壓供水系統(tǒng)
進(jìn)口閥開度 P2 出口閥開度 Z
全開 0.49 全開 110.0
全開 0.50 1/2 106.5
全開 0.51 1/3 105.0
全開 0.51 1/4 100.0
全開 0.52 1/5 91.0
P1
S0 號
P2
S1 號
P2
S2 號
P2
S0 號
K
S1 號
K
S2 號
K
S0 號
Z
S1 號
Z
S2 號
Z
0.9 0.29 0.27 0.32 3.5 3.8 4.0 78.2 82.0 79.0
1.0 0.27 0.28 0.32 3.0 3.3 3.5 82.5 83.0 79.0
1.1 0.27 0.27 0.32 2.8 3.0 3.0 85.6 84.0 79.0
1.2 0.26 0.28 0.32 2.5 2.7 2.8 87.0 85.0 80.0
1.3 0.26 0.29 0.32 2.0 2.3 2.5 86.5 86.0 80.5
1.4 0.27 0.28 0.32 1.8 2.1 2.2 86.3 85.0 81.0
1.5 0.27 0.30 0.32 1.5 1.5 2.0 86.5 85.0 81.0
1.6 0.26 0.30 0.32 1.2 1.3 1.5 86.5 85.0 81.0
1.7 0.27 0.30 0.32 1.0 1.1 1.2 85.1 83.0 80.0
1.8 0.27 0.32 0.8 1.0 82.7 80.0
1.9 0.28 0.32 0.5 0.8 77.5 79.0
表 2 水電站試驗(yàn)結(jié)果（一）
李祥波：高壓減壓閥在水第 3 期 電站技術(shù)供水系統(tǒng)中的性能改造及CFD 分析 57
由表2 可知，出口閥開度從全開到1/2 開時，減
壓閥的出口壓力變化很小，不影響機(jī)組運(yùn)行。此時通
過減壓閥的水流噪聲有較大降低。
通過表2 和表3 對比，可以發(fā)現(xiàn)：
1）當(dāng)出口壓力調(diào)高后，水流噪聲降低約6～7 dB。
2）在表2 中，出口閥開度變化后，水流噪聲從
110.0 dB 降到91.0 dB，降幅為19 dB；在表3 中，水
流噪聲則從111.0 dB 降到88.5 dB，降幅為22.5 dB。
3）試驗(yàn)完成后，應(yīng)電站要求，將ZJY46H-40C
DN150 減壓閥的P2 值整定為0.7 MPa，調(diào)節(jié)出口閥
K3 滿足兩臺機(jī)組運(yùn)行的流量要求。即時工況的噪聲
為89.5dB。
3.6 綜合分析
通過上述試驗(yàn)，可得出結(jié)論：1）S2 號節(jié)流錐對
降低減壓閥的水流噪聲是有效的；2）S2 號節(jié)流錐的
穩(wěn)壓性能是可靠的；3）輔以增加主閥調(diào)節(jié)桿的預(yù)壓量
對降低減壓閥的水流噪聲也是可行的。
一般來說，減壓閥的水流噪聲與水通過節(jié)流錐
產(chǎn)生的渦流直接相關(guān)，而渦流與節(jié)流錐的幾何形狀、
附近的流道及流速有關(guān)，而流速又與節(jié)流錐的開度
和前后壓力差有關(guān)。
選擇合理的節(jié)流錐形狀，可以減小流阻系數(shù)及
相應(yīng)的渦流影響；增加主閥調(diào)節(jié)桿的預(yù)壓量，可以增
加水的流量而降低通過節(jié)流錐過流面的流速（實(shí)際
上是流阻損失減少）。通過這種方式，可以有效降低
減壓閥的水流噪聲。
4 CFD 試驗(yàn)
4.1 CFD 試驗(yàn)臺簡介
如圖3 所示：4 位置減壓閥，分別為
ZJY46H-25C DN450 組合式減壓閥；壓力表（P1、P2）
精度為0.4 級，并具有穩(wěn)流管和旋塞調(diào)節(jié)閥；測流流
量計為電磁式或超聲波式均可，安裝于被測閥4 后
的規(guī)定位置。
4.2 試驗(yàn)方法
（1）本次試驗(yàn)的P1 值為5 個測試點(diǎn)：1.50MPa、1.70
MPa、1.80 MPa、1.90 MPa、2.00 MPa。P2 值分別為
0.40 MPa 和0.60 MPa。每個P2 值的P1 變化值滿足
前敘5 個測試點(diǎn)的技術(shù)要求。試驗(yàn)方法：調(diào)節(jié)減壓閥
工作反饋系統(tǒng)的控制閥，使P2=0.40MPa。
（2）調(diào)節(jié)F1 的開度，使P1 值分別升序，即：1.50
MPa、1.70 MPa、1.80 MPa、1.90 MPa、2.00 MPa。并在
每個點(diǎn)記錄P1 值、P2 值、Q 值。
（3）當(dāng)P1 值升至2.00 MPa 時，調(diào)節(jié)減壓閥工作
反饋系統(tǒng)的控制閥，使P2=0.60 MPa。
（4）調(diào)節(jié)F1 的開度，使P1 值分別降序，即：2.00
MPa、1.90 MPa、1.80 MPa、1.70 MPa、1.50 MPa。并在
每個點(diǎn)記錄P1 值、P2 值、Q 值。
4.3 模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)
測試型號：ZJY46H 組合式減壓閥DN450-25C
出口壓力整定值：0.4~0.6 MPa。
測試參數(shù)：P1- 進(jìn)口壓力MPa、P2- 出口壓力MPa、
Q - 流量m3/h、H - 主閥拉桿運(yùn)行開度mm。
基準(zhǔn)參數(shù)：H0- 主閥拉桿全關(guān)值227mm。
5 ZJY46H 組合式減壓閥CFD 分析及節(jié)流
錐型線優(yōu)化
計算技術(shù)和計算流體力學(xué)的飛速發(fā)展使得設(shè)計
者可以借助CFD 軟件模擬各種復(fù)雜流動現(xiàn)象，對流
場特性有直觀的了解，進(jìn)而可針對所出現(xiàn)的問題改
進(jìn)設(shè)計，大大節(jié)約時間和成本。
利用三維CFD 技術(shù)，擬對ZJY46H 組合式減壓
閥的減壓過程，流場特性如壓力場、速度場等以及空
化和噪聲性能進(jìn)行定性描述，以驗(yàn)證所采用的
ZJY46H 組合式減壓閥在電站自流供水系統(tǒng)中的可
行性。
ZJY46H 組合式減壓閥是依靠調(diào)整閥芯開度來
改變閥芯與閥座之間的環(huán)形通道（也就是過流面積）
來達(dá)到減壓目的的，水流沖擊ZJY46H 組合式減壓
閥閥芯會消耗部分能量，從狹小的過流面積通過的
水流流速會急劇上升，從而導(dǎo)致較大的壓力降。顯
降序 升序
P1 P2 Q H dB P1 P2 Q H dB
1.45 0.385 1470 207 1.93 0.62 1564 208
1.67 0.38 1450 208.5 1.84 0.62 1565 207.5
1.76 0.38 1444 208.8 1.78 0.62 1569 207
1.90 0.375 1430 209 1.70 0.62 1573 207
1.99 0.37 1400 209.5 1.64 0.62 1578 206.5
1.6 0.63 1584 206
圖 3 CFD 試驗(yàn)臺
表4 模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
58 水 電 站 機(jī) 電 技 術(shù) 第38卷
然，節(jié)流錐型線對ZJY46H 組合式減壓閥性能有直
接影響。
5.1 ZJY46H 組合式減壓閥結(jié)構(gòu)圖（見圖4）
5.2 ZJY46H 組合式減壓閥基本參數(shù)（見表5）、三維
建模及網(wǎng)格劃分（見圖5）
5.3 ZJY46H 組合式減壓閥數(shù)值計算條件（見表6）
5.4 ZJY46H 組合式減壓閥數(shù)值計算結(jié)果
針對水電站技術(shù)供水的實(shí)際運(yùn)行情況，如果運(yùn)
行工況穩(wěn)定，一定的進(jìn)口壓力或流量會對應(yīng)于
ZJY46H 組合式減壓閥的某個開度H，首先應(yīng)該在模
擬試驗(yàn)臺上尋找出對應(yīng)于水電站技術(shù)供水的
ZJY46H 組合式減壓閥閥芯開度。
分別試算H= 45 mm、35 mm、30 mm、29 mm、28 mm、
27 mm 六種閥芯開度并比較計算結(jié)果（見圖6），得出在
標(biāo)稱直徑（DN） 450 mm
標(biāo)稱壓力（PN） 2.5 MPa
進(jìn)口壓力（PN1） 1.56-2 MPa
出口壓力（PN2） 0.6 MPa
流量（Q） 1 600 m3/h
邊界條件 Remark
進(jìn)口 Total pressure(2.04MPa)
出口 Mass flow rate (365.556kg/s)
壁面 No-slip、Smooth
湍流模型 K-Epsilon
（a）
（b）
圖4 ZJY46H 減壓閥結(jié)構(gòu)圖
表5 基本參數(shù)
表6 計算條件
26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
出口壓力(MPa)
閥芯開度(mm)
圖6 ZJY46H 組合式減壓閥出口壓力隨開度變化曲線
（a）
（b）
（c）
圖5 ZJY46H 減壓閥三維建模及網(wǎng)格劃分圖
李祥波：高壓減壓閥在水第 3 期 電站技術(shù)供水系統(tǒng)中的性能改造及CFD 分析 59
H=28 mm 時，ZJY46H 組合式減壓閥出口壓力約為
0.6 MPa，因此適于給定的水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的
ZJY46H 組合式減壓閥的開度應(yīng)為28 mm。
5.5 減壓閥空化性能分析
水流在經(jīng)過閥芯與閥座之間狹小的過流面時，
流速急劇增大，壓力會迅速降低，形成低壓區(qū)，這些
低壓區(qū)域很容易發(fā)生空化現(xiàn)象，若空化現(xiàn)象持續(xù)累
積將會造成減壓閥減壓性能的下降，增加運(yùn)行成本。
空化發(fā)生的根本原因是在液體溫度一定的條件
下，液體的絕對壓力降低到當(dāng)?shù)仄瘔毫σ韵?，此時
液體會汽化或者溶解于液體中的空氣發(fā)育形成空
穴，當(dāng)空穴隨水流運(yùn)動至高壓區(qū)時，氣泡會潰滅，若
潰滅發(fā)生在固體避免附近，將會引起過流表面的材
料損壞。
采用FLUENT 進(jìn)行減壓閥的空化數(shù)值模擬，空
化模型采用基于混合相的“Schnerr-Sauer”空化模
型，汽化壓力取為3 540 Pa，空泡數(shù)密度為1e+13，進(jìn)
口給定速度入口邊界條件，且進(jìn)口處水蒸氣體積分
數(shù)為零，出口給定壓力，同樣水蒸氣體積分?jǐn)?shù)為零，
采用無滑移壁面條件。計算時先采用定常計算，然后
在定常計算的基礎(chǔ)上采用非定常計算，時間歩長取
為5e-6s，計算步數(shù)取為2000，每一時間步迭代次數(shù)
為20。見圖7、圖8。
5.6 減壓閥噪聲仿真分析
減壓閥內(nèi)的流場是極不穩(wěn)定的，不穩(wěn)定的流場
會產(chǎn)生一定強(qiáng)度的流噪聲。并且伴隨著空化現(xiàn)象的
發(fā)生，空泡的不斷潰滅，勢必會引起減壓閥的噪聲和
振動，因此有必要對減壓閥內(nèi)的噪聲進(jìn)行仿真分析。
借助FLUENT，在空化非定常計算的基礎(chǔ)上，利
用噪聲模塊，采用“Ffowcs-Williams &amp;amp; Hawkings”噪
聲模型，遠(yuǎn)場密度為水密度998 . 2 kg/m3 , 遠(yuǎn)場聲
速為1 483 m/s ，參考升壓為1e-5 Pa，定義減壓閥
閥芯為噪聲源，F(xiàn)W-H 模型可以將流場分布轉(zhuǎn)化為
閥芯表面的聲源，從而進(jìn)行噪聲分析。
由奈奎斯特采樣定律：在進(jìn)行模擬或數(shù)字信號
的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)采樣頻率大于信號中的最高頻率
的兩倍時，那么采樣之后的數(shù)字信號完整的保留了
原始信號中的信息。一般實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該保證采樣
頻率為信號最高頻率的5~10 倍，本次噪聲數(shù)值模擬
中取時間歩長△t=5e-6 s,則根據(jù)采樣最高頻率與時
間歩長的關(guān)系：
經(jīng)計算，f=100 kHz，f= 1
2△t
低頻時聲壓級幅值較大，且變化梯度大，隨著頻
率的升高，幅值持續(xù)下降，最后在基本保持在一個定
值，由此可知，噪聲的低頻能量較大，高頻部分能量
較小。并且遠(yuǎn)離閥芯的位置噪聲越小，且上游噪聲較
下游小一些。
5.7 減壓閥節(jié)流錐型線優(yōu)化
基于對減壓閥流動特性的分析，擬對減壓閥進(jìn)
行節(jié)流錐型線進(jìn)行優(yōu)化，旨在降低空化發(fā)生率，同時
期望閥芯附近的最大噪聲有一定的下降。
減壓閥閥芯斷面靠近上表面處最易發(fā)生空化，
根本原因是此處流體過流通道的急劇改變形成了較
大的速度梯度，因次可以考慮將端面與上表面之間
的過渡面改為曲率更大的曲面形結(jié)構(gòu)，使流道更加
光滑（見圖9）。
改型之后的減壓閥空化性能得到明顯地改善，
氣泡的最大體積分?jǐn)?shù)由0.537 減小到0.214，減幅達(dá)
60 %以上（見圖10）。
（a）改型前（b）改型后
圖10 改型前后減壓閥閥芯氣泡體積分?jǐn)?shù)分布圖
圖7 閥芯表面空泡體積分?jǐn)?shù)分布云圖
圖8 導(dǎo)流板表面空泡體積分?jǐn)?shù)分布云圖
圖9 減壓閥節(jié)流錐改型前后斷面型線對比圖
60 水 電 站 機(jī) 電 技 術(shù) 第38卷
圖5 1/2 分頻諧振三相電壓波形
圖6 基波諧振三相電壓波形
圖7 1/2 分頻諧振中性點(diǎn)電壓波形
圖8 氧化鋅壓敏電阻中的電流波形
優(yōu)化前后的減壓閥有相同趨勢的聲壓級圖，優(yōu)
化節(jié)流錐型線后的減壓閥聲壓級平均下降了20dB
以上，并且優(yōu)化后的減壓閥聲壓級脈動性較未優(yōu)化
明顯，達(dá)到一定的減噪要求（見圖11）。
6 結(jié)論
通過對ZJY46H-25-P-④-Q2 型減壓閥進(jìn)行三
維建模，劃分網(wǎng)格，給定計算條件，對減壓閥進(jìn)行了
CFD 三維流場特性、空化特性和噪聲仿真的研究。
由CFD 計算結(jié)果來看，減壓閥在閥座與閥芯之間的
過流區(qū)域流場最不穩(wěn)定，其壓力、速度等梯度變化較
大，易發(fā)生空化現(xiàn)象并且伴隨著一定的噪聲，嚴(yán)重時
可能影響機(jī)組技術(shù)供水的正常供應(yīng)。根據(jù)初步關(guān)于
減壓閥的數(shù)值模擬結(jié)果，對節(jié)流錐進(jìn)行型線優(yōu)化，重
新計算并與初始結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果表明：優(yōu)化節(jié)流
錐型線后的減壓閥在未改變減壓效果的前提下，其
空化性能有所改善并且噪聲有一定的下降，達(dá)到了
預(yù)期的優(yōu)化效果。
(a)Point 4 (b)Point 5
(c)Point 6 (d)Point 7
圖11 改型前后減壓閥聲壓級對比圖
優(yōu)化前優(yōu)化后優(yōu)化前優(yōu)化后
優(yōu)化前優(yōu)化后
優(yōu)化前優(yōu)化后
損耗，使諧振回路因阻尼過大而無法產(chǎn)生諧振。采用
氧化鋅并聯(lián)于電壓互感器的消諧措施具有能有效地
降低過電壓水平，故障消除快，對系統(tǒng)無暫態(tài)危害，
供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是較理想的消諧措施。
（2）由圖8 可以看出，通過氧化鋅壓敏電阻的電
流較小，元件的選取較為簡單。通常只要能夠滿足
1/2 分頻諧振即可滿足其他諧振的能量要求。
（3）非線性電阻中允許通過大電流，且非線性電
阻的阻值變化是無時延的，不會發(fā)生因阻值滯后變
化而引發(fā)高幅值的位移電壓，限制了電網(wǎng)的暫態(tài)過
程和過電壓的發(fā)展。
（4）氧化鋅壓敏電阻在過電壓下電阻很小，殘壓
很低，相當(dāng)于中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)于中性點(diǎn)經(jīng)一小電
阻或者是直接接地；一旦諧振故障消除，高壓開關(guān)斷
開，電網(wǎng)恢復(fù)正常，電網(wǎng)的供電得以維持，由此可見，
利用非線性電阻并聯(lián)于電壓互感器兩端的消諧措
施，具有傳統(tǒng)消諧措施無法比擬的優(yōu)勢。
淵上接第27 頁冤
李祥波：高壓減壓閥在水第 3 期 電站技術(shù)供水系統(tǒng)中的性能改造及CFD 分析 61

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