1．前言

用于火電廠高加疏水、再熱器疏水、過熱器疏水等系統(tǒng)疏放水的關(guān)閉與排放閥門具有以下使用特點(diǎn)：

(1)密封要求高

由于這類系統(tǒng)壓力高，壓差大，起初輕微的滲漏，很快會(huì)被高速氣流快速?zèng)_刷出大的缺口，小漏變成大漏，因而即使輕微的泄漏也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組出力不足，煤耗上升，成本增加。

(2)須快開快閉，具備故障保護(hù)功能

一旦機(jī)組出現(xiàn)故障，要求閥門能即時(shí)迅速打開或關(guān)閉，以最大限度保證設(shè)備的安全，同時(shí)故障狀態(tài)也許會(huì)失電或失氣，這時(shí)要求閥門能按工況設(shè)計(jì)要求自動(dòng)打開或自動(dòng)關(guān)閉。

(3)具備自動(dòng)控制功能

這主要是電廠自動(dòng)控制的要求。

(4)較高的可靠性

要求閥門在溫度變化狀態(tài)、高壓差狀態(tài)、不常動(dòng)作狀態(tài)，壓力波動(dòng)狀態(tài)均能具有較高的密封性能、可靠的動(dòng)作性能。

針對(duì)上述要求，氣動(dòng)控制的疏水閥成為這類系統(tǒng)的首選產(chǎn)品，它比較圓滿地適應(yīng)上述要求。這主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)持久穩(wěn)定的密封比壓

彈簧力或氣缸推力能始終保證活塞推桿一步到位地作用于閥芯，并作用到閥座關(guān)閉閥門。彈簧力或氣缸推力比較穩(wěn)定，較之于電動(dòng)裝置能始終維持設(shè)計(jì)所要求的密封比壓，不會(huì)因溫度變化或調(diào)試問題產(chǎn)生泄漏。

(2)調(diào)試簡(jiǎn)單，維護(hù)要求低，故障低，可靠性高

電動(dòng)裝置調(diào)試繁瑣，很多用戶不會(huì)調(diào)試，常出現(xiàn)故障，要么調(diào)不到位，要么調(diào)過頭，常出現(xiàn)不應(yīng)有的用戶投訴。氣動(dòng)裝置則結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)要求低，調(diào)試方便，故障率低。

(3)失氣失電自動(dòng)保護(hù)

單作用氣缸靠復(fù)位彈簧，可方便地回復(fù)到故障所要求的閥門控制狀態(tài)。

(4)快速啟閉

與電動(dòng)裝置相比，氣缸執(zhí)行速度更快，對(duì)要求故障快速反應(yīng)復(fù)位的工況更適應(yīng)。

除上述特點(diǎn)外，還具有價(jià)格相對(duì)低廉，節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，因而在電廠這類工況用氣動(dòng)疏水閥替代原電動(dòng)、手動(dòng)閥門正成為一種趨勢(shì)。

2．閥門及氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型

這類閥門一般設(shè)計(jì)為全開全閉，而從流量特性考慮截止閥、球閥具有啟閉行程短，速度快，密封可靠，啟閉靜態(tài)力矩小等特點(diǎn)，因而兩類產(chǎn)品都得到應(yīng)用，隨著硬密封球閥制造技術(shù)的日趨成熟，氣動(dòng)球閥也獲得了一席之地，但從可靠性考慮主流產(chǎn)品仍然是氣動(dòng)截止閥。

選型的另一個(gè)問題是控制方式的選擇。氣缸為定型產(chǎn)品，依作用方式可分單作用和雙作用。單作用產(chǎn)品帶復(fù)位圓柱彈簧，具有失氣自動(dòng)復(fù)位功能，即失氣時(shí)氣缸活塞(或膜片)在彈簧作用下，驅(qū)動(dòng)氣缸推桿回復(fù)到氣缸初始位置(行程的原始位置)；雙作用氣缸無復(fù)位彈簧，推桿進(jìn)退須依靠變換氣缸氣源的進(jìn)出口位置。氣源從活塞上腔進(jìn)時(shí)，推桿向下運(yùn)動(dòng)；反之氣源從活塞下腔進(jìn)時(shí)，推桿向上運(yùn)動(dòng)。由于不帶復(fù)位彈簧，雙作用氣缸對(duì)比同徑單作用氣缸具有更大的推力，但不具備自動(dòng)復(fù)位功能。顯然不同的進(jìn)氣位置使推桿有不同的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)氣位置在推桿的背腔時(shí)，進(jìn)氣使推桿前進(jìn)，這種方式又稱為正作用氣缸，反之進(jìn)氣位置在推桿同側(cè)時(shí)，進(jìn)氣使推桿后退，這種方式又稱反作用氣缸。對(duì)氣動(dòng)疏水閥因?yàn)橐话阈枰獗Ｗo(hù)功能，通常選用單作用氣缸，圖1為以上兩類氣缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

從以上分析可知，當(dāng)閥門保護(hù)方式為失氣打開時(shí)，我們必須選擇單作用的正作用氣缸；當(dāng)閥門的保護(hù)方式為失氣關(guān)閉時(shí)，我們必須選擇單作用的反作用氣缸。前者閥門關(guān)閉時(shí)必須維持持久的穩(wěn)定氣源壓力，對(duì)氣源的穩(wěn)定性持久性要求較高，常閉閥盡可能地避免選擇這種設(shè)計(jì)，一般用于常開閥；后者則相反，適用于常閉閥，但對(duì)于彈簧的要求較高，應(yīng)具有穩(wěn)定持久的彈力。

3．氣缸推力計(jì)算

除了作用方式的選擇，計(jì)算所選氣缸推力是設(shè)計(jì)的重要工作，這里以常見的常閉式氣動(dòng)疏水閥說明如下：

圖2為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

因壓力較高，為盡可能選擇較小的氣缸，采用了上進(jìn)流(倒流)的閥門設(shè)計(jì)方式，為提高密封比壓，采用了錐面密封的密封面設(shè)計(jì)形式。

3.1 氣缸關(guān)閉力的計(jì)算

關(guān)閉狀態(tài)受力分析如圖3(a)

圖中：

Q_t為填料摩擦力

Q_j為介質(zhì)靜壓力

Q_f為閥桿截面的介質(zhì)推力

Q_m為閥門達(dá)到必須密封比壓時(shí)的密封面作用力

Q_g為氣缸關(guān)閉時(shí)輸出力

Q_k為氣缸打開時(shí)輸出力

各受力計(jì)算公式如下：

f為填料摩擦系數(shù)，b_t為填料寬度，P為閥門設(shè)計(jì)壓力。

q_MF為密封面必須比壓。

要實(shí)現(xiàn)閥門的有效密封，必須Q_g-Q_f-Q_t+Q_j≥Q_m即Q_g≥Q_f+Q_t+Q_m-Q_j

當(dāng)然關(guān)閉力也不是越大越好，還須校核密封面實(shí)際比壓q，并使其小于許用比壓[q]

式中：Q¹_m為作用于密封面的實(shí)際密封力，由氣缸實(shí)際推力減去相關(guān)阻力得出。

通過以上計(jì)算可確定關(guān)閉狀態(tài)的彈簧預(yù)緊力，為彈簧選型確定依據(jù)。

3．2 開啟狀態(tài)氣缸力的計(jì)算

開啟時(shí)瞬間閥門受力分析如圖3(b)。

當(dāng)閥門被打開后Q_j，會(huì)消失為零，但Q_g會(huì)逐漸增加，兩者部分抵消，到開啟行程末端(最高位)，氣缸推力Q¹_k應(yīng)使

式中：Q¹_s為此位置彈簧的壓縮力。

比較以上兩式確定其中較大者為氣缸推力，再根據(jù)實(shí)際輸入氣源額定壓力可大致推算出所選擇氣缸的直徑，考慮一定的安全系數(shù)，最終確定氣缸大小。

4．出廠試驗(yàn)

工廠型式試驗(yàn)是確認(rèn)產(chǎn)品性能的重要依據(jù)，通過試驗(yàn)可確認(rèn)閥門的設(shè)計(jì)加工質(zhì)量，承壓新能，啟動(dòng)裝置的動(dòng)作性能，一般應(yīng)進(jìn)行以下試驗(yàn)。

(1)密封試驗(yàn)

撤除氣源，讓彈簧復(fù)位至閥門關(guān)閉后，從設(shè)計(jì)流向向閥芯密封面逐步加壓，進(jìn)行承壓密封試驗(yàn)，全程分3—4個(gè)壓力階段，分別觀察閥門各階段保壓性能，到最高設(shè)計(jì)壓力的1.1倍壓力為止均應(yīng)無泄漏。以此驗(yàn)證閥門在壓力波動(dòng)時(shí)也能穩(wěn)定密封。

(2)殼體試驗(yàn)

依公稱壓力的1.5倍進(jìn)行水壓殼體試驗(yàn)，觀察填料部位、中法蘭墊片各處以及殼體全表面應(yīng)無滲漏。

(3)動(dòng)作試驗(yàn)

閥門關(guān)閉后，將閥門打壓到設(shè)計(jì)壓力，給氣缸通氣(壓力控制O.4-O.45MPa)確認(rèn)能否開啟閥門，能否達(dá)到設(shè)計(jì)行程，到達(dá)設(shè)計(jì)行程后撤除氣源，閥門應(yīng)能自行復(fù)位。此試驗(yàn)至少反復(fù)3次以上。

5．附件的選擇

除閥門和氣缸外，氣動(dòng)疏水閥應(yīng)配備以下附件：電磁閥、行程開關(guān)、調(diào)壓閥(含過濾器、油霧器，即三聯(lián)件)、手動(dòng)裝置。對(duì)電磁閥一般單作用氣缸選擇二位三通即可，并按安裝位置確定電磁閥的結(jié)構(gòu)形式；行程開關(guān)可選擇搖臂式，調(diào)整方便，三聯(lián)件用于氣源處理及壓力調(diào)節(jié)，如氣源統(tǒng)一處理，可不必單配。手動(dòng)裝置用于輔助強(qiáng)制密封，分為上裝式和側(cè)裝式，配置應(yīng)考慮安裝空間及合同規(guī)定。

連接管及管件應(yīng)選擇金屬材料的，因介質(zhì)溫度比較高。支架盡可能高一些，使氣缸內(nèi)部橡膠件遠(yuǎn)離熱源，延長(zhǎng)內(nèi)部橡膠密封件的適用壽命。

最后需要說明的是，氣動(dòng)閥門雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也是明顯的：氣動(dòng)裝置不可能做得很大，因而對(duì)高壓大口徑閥門的應(yīng)用受到限制，安裝空間有限時(shí)也無法安裝。

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