上海滬工閥門廠（集團(tuán)）有限公司
摘要：介紹了快關(guān)蝶閥液壓驅(qū)動(dòng)裝置液壓控制及電氣控制部分的系列化設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：快關(guān)蝶閥；液壓執(zhí)行器；系列化設(shè)計(jì)
1 概述
抽汽汽輪機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供而廣泛應(yīng)用于熱電廠的供熱系統(tǒng)中，為防止汽輪機(jī)抽汽管道蒸汽倒流與冷凝水倒灌，引發(fā)汽輪機(jī)超速事故，在汽輪機(jī)抽汽管道上電動(dòng)截止蝶閥與止回閥之間需安裝快關(guān)蝶閥，以瞬間切斷管路保護(hù)汽輪機(jī)安全。由于快關(guān)蝶閥的關(guān)閉速度快（< 1s），輸出力大（> 100kN），必須使用液壓驅(qū)動(dòng)裝置，為適應(yīng)各種型號(hào)的閥門，對(duì)快關(guān)蝶閥液壓驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了系列化設(shè)計(jì)。
2 結(jié)構(gòu)
快關(guān)蝶閥液壓驅(qū)動(dòng)裝置由液壓泵站、控制閥組、蓄能器、快速油缸、電氣控制箱等 5 部分組成（圖 1），它可以完成蝶閥的慢開、慢關(guān)、快關(guān)、活動(dòng)等動(dòng)作。
圖 1 快關(guān)蝶閥液壓驅(qū)動(dòng)裝置外型（1.電氣控制箱 2.蓄能器 3.液壓泵站 4.控制閥組 5.快速油缸）
2.1 液壓控制部分
根據(jù)快關(guān)蝶閥的要求和計(jì)算，液壓驅(qū)動(dòng)裝置的基本參數(shù)確定如《表 1》。
| 參數(shù) | 系列 1 | 系列 2 |
|---|---|---|
| 油箱容積 V / L | 50 | 80 |
| 額定流量 qm / L*min | 2.0 | 3.0 |
| 工作壓力 p / MPa | 13~16 | 15~18 |
| 保壓性能 | 4h 壓降不大于 2MPa | |
| 開閥時(shí)間 | 10~30s（0~90°）可調(diào) | |
| 關(guān)閥時(shí)間 | 10~30s（90~0°）可調(diào) | |
| 快開閥時(shí)間 | <0.5s（包括緩沖時(shí)間小于 1s） | |
| 過濾精度 | 10µm | |
| 蓄能器預(yù)壓力 py / MPa | 8.0±10% | 9.0±10% |
| 工作介質(zhì) | N46~N68 號(hào)抗磨液壓油 | |
液壓泵站由電機(jī)、聯(lián)軸器、液壓泵、進(jìn)油過濾器、高壓過濾器、油箱等元件組成，其主要作用是供給系統(tǒng)所需的壓力油，為蓄能器提供流量和壓力，設(shè)計(jì)時(shí)采用了進(jìn)口高壓低噪聲的齒輪泵，泵裝置采用立式安裝和倒置結(jié)構(gòu)的高壓過濾器，結(jié)構(gòu)緊湊，又保證了系統(tǒng)油液清潔，以保證各種控制閥能正常動(dòng)作。為滿足不同快關(guān)蝶閥的需要，分成 2 個(gè)系列來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
圖 2 液壓控制閥組（1.電磁閥 DT3 2.電磁閥 DT2 3.截止閥 AV1 4.截止閥 AV3 5.截止閥 AV2 6.溢流閥 RV 7.測(cè)壓接頭 MP 8.截止閥 AV4 9.壓力開關(guān) KP2 10.壓力開關(guān) KP1 11.電磁閥 DT1）
控制閥組（圖 2）主要由閥塊、溢流閥、單向閥、節(jié)流閥、截止閥、電磁閥、壓力繼電器和壓力表等組成，溢流閥 RV 的作用是設(shè)定系統(tǒng)安全壓力，截止閥 AV1 的作用是釋放系統(tǒng)壓力油回油箱，節(jié)流閥 AV3 的作用是調(diào)節(jié)系統(tǒng)關(guān)閥速度，節(jié)流閥 AV2 的作用是調(diào)節(jié)系統(tǒng)開閥速度，壓力繼電器 KP2 的作用是設(shè)定系統(tǒng)油壓控制上限點(diǎn)，壓力繼電器 KP1 的作用是設(shè)定系統(tǒng)油壓控制下限點(diǎn)，壓力表的作用是顯示系統(tǒng)油壓，為了減少系統(tǒng)的內(nèi)泄漏和油泵的啟動(dòng)次數(shù)，節(jié)省能源，便于維修和安裝，選用了進(jìn)口的螺紋插裝閥和優(yōu)質(zhì)的二通插裝閥。為了滿足不同快關(guān)蝶閥的需要，閥塊分成左閥塊、中間閥塊和右閥塊三部分來進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過不同的組合應(yīng)對(duì)不同的要求。
蓄能器為蝶閥慢開、慢關(guān)、快關(guān)及活動(dòng)等動(dòng)作時(shí)提供能源，蓄能器規(guī)格的選擇經(jīng)過了嚴(yán)格的計(jì)算，每個(gè)系統(tǒng)不同，以滿足系統(tǒng)保壓和蝶閥快關(guān)的要求。蓄能器用的氮?dú)饪梢钥闯墒抢硐霘怏w，而快速的膨脹和壓縮過程可以看成是絕熱的狀態(tài)變化，所需選用蓄能器總?cè)莘e的計(jì)算公式為：
式中：
V0——蓄能器理想總?cè)莘e，m3
ΔV——蓄能器所需的有效排油量，m3
P0——蓄能器充氣壓力（絕對(duì)壓力），Pa
P1——系統(tǒng)最低工作壓力（絕對(duì)壓力），Pa
P2——系統(tǒng)最高工作壓力（絕對(duì)壓力），Pa
K——氣體的多變指數(shù)（氮?dú)獾亩嘧冎笖?shù) K=1.4）
圖 3 快速油缸
快速油缸（圖 3）是通過齒輪齒條推動(dòng)蝶閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為保證其運(yùn)行可靠，油缸密封選用了進(jìn)口的密封圈，并設(shè)置了液壓緩沖裝置以保護(hù)蝶閥，設(shè)計(jì)了節(jié)流裝置，按系統(tǒng)要求控制驅(qū)動(dòng)外界負(fù)載，直接安裝于齒輪齒條傳動(dòng)裝置上。為更好地與快關(guān)蝶閥連接，快速油缸也做了系列化設(shè)計(jì)，見《表 2》。
| 油缸規(guī)格型號(hào) | d | M | D1 | M1 | L1 | L2 | L3 | L | D | M2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| φ40/25×95 | 66 | M20×2 | 85 | M8 | 80 | 50 | 5 | 250 | 105 | M18×115 |
| φ40/25×126 | 66 | M20×2 | 85 | M8 | 80 | 50 | 5 | 280 | 105 | M18×115 |
| φ50/28×126 | 72 | M24×2 | 92 | M10 | 100 | 65 | 5 | 300 | 112 | M22×115 |
| φ50/28×157 | 72 | M24×2 | 92 | M10 | 100 | 65 | 5 | 350 | 112 | M22×115 |
| φ63/35×157 | 80 | M30×2 | 100 | M10 | 110 | 70 | 10 | 380 | 120 | M33×2 |
| φ63/35×189 | 80 | M30×2 | 100 | M10 | 110 | 70 | 10 | 420 | 120 | M33×2 |
| φ80/45×189 | 90 | M42×2 | 110 | M12 | 120 | 80 | 10 | 440 | 135 | M42×2 |
| φ80/45×220 | 90 | M42×2 | 110 | M12 | 120 | 80 | 10 | 480 | 135 | M42×2 |
2.2 電氣控制部分
根據(jù)液壓控制部分的要求，確定電氣控制系統(tǒng)的參數(shù)，見《表 3》。
| 參數(shù) | 系列 1 | 系列 2 |
|---|---|---|
| 電機(jī)功率 P / kW | 1.1 | 1.5 |
| 開關(guān)電源 | 60W | |
| 控制電壓 | DC 24V | |
| 電源進(jìn)線 | 三相四線制 AC 380V/AC 220V ±10%, 2kW | |
| 控制電源 | AC 220V ±10% | |
快關(guān)蝶閥液壓驅(qū)動(dòng)裝置電控系統(tǒng)采用自行設(shè)計(jì)的專用集成印刷線路板，經(jīng)嚴(yán)格測(cè)試證明該線路板調(diào)節(jié)方便，性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。電控箱由開關(guān)電源、交流接觸器、熱繼電器、斷路器、線路板和接線端子等組成。電氣控制分普通繼電器控制箱和 PLC 型電控箱兩種。
3 型號(hào)編制
電液控制驅(qū)動(dòng)裝置的型號(hào)由 9 個(gè)單元組成，用來表明裝置的代號(hào)、閥門公稱通徑、閥門公稱壓力、儲(chǔ)能形式、快關(guān)動(dòng)作形式、帶手動(dòng)動(dòng)作、帶油源系統(tǒng)、電氣選項(xiàng)和產(chǎn)品版本號(hào)。裝置型號(hào)的 9 個(gè)單元按下列順序排列：
① 產(chǎn)品代號(hào)——HGKG，電液控快速關(guān)斷蝶閥電液控制驅(qū)動(dòng)裝置；
② 閥門公稱通徑——DN200、DN250、DN300、DN350、DN400、DN450、DN500、DN550、DN600、DN650、DN700、DN750、DN800、DN900、DN1000、DN1.00、DN1200、DN1300、DN1400、DN1500、DN1600、DN1800、DN2000；
③ 閥門公稱壓力——PN6、PN10、PN16、PN20、PN25、PN40、PN50、PN63.3；
④ 儲(chǔ)能形式——X 為蓄能器型（默認(rèn)選項(xiàng)），T 為彈簧型；
⑤ 快關(guān)動(dòng)作形式——E 為得電動(dòng)作型（默認(rèn)選項(xiàng)），D 為失電動(dòng)作型；
⑥ 帶手動(dòng)動(dòng)作——S（蓄能器型用）；
⑦ 帶油源系統(tǒng)——P（彈簧型用）；
⑧ 電氣選項(xiàng)——PT 為普通繼電器控制型（默認(rèn)選項(xiàng)），XD 為 PLC 控制型；
⑨ 產(chǎn)品版本號(hào)——2X，3X；
舉例：HGKG① - 450②/06③ - X④ - E⑤ - S⑥/P⑦ - PT⑧ - 2X⑨
4 結(jié)語
快關(guān)蝶閥電液控制驅(qū)動(dòng)裝置經(jīng)過多次優(yōu)化設(shè)計(jì)后，既能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，又能實(shí)現(xiàn)本地控制箱操作面板控制。通過選用進(jìn)口高壓低噪聲的齒輪泵、高壓大流量的邏輯閥、結(jié)構(gòu)緊湊的螺紋插裝閥和專用的控制線路板，快關(guān)速度可達(dá)到 0.3s，且運(yùn)行穩(wěn)定可靠。