電液控制快速關(guān)斷閥在汽輪機(jī)上的應(yīng)用
熱電廠有兩臺(tái)C50－8.82/4.12型抽汽汽輪機(jī)組，其抽汽口位于汽輪機(jī)第二級(jí)之后，額定抽汽壓力為4.12MPa，溫度445℃，流量180t/h，抽汽管道的規(guī)格為φ426mm。上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過(guò)濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)閥門(mén)、高壓閥門(mén)、中壓閥門(mén)、低壓閥門(mén)、水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。汽輪機(jī)抽汽要求在汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)能快速切斷，否則蒸汽將沿抽汽管道倒流回汽輪機(jī)內(nèi)，引發(fā)汽輪機(jī)超速等一系列惡性事故。
1采用水壓式逆止閥存在的問(wèn)題
為了防止汽輪機(jī)抽汽管道蒸汽倒流，引發(fā)汽輪機(jī)事故的發(fā)生，我廠汽輪機(jī)抽汽管道上原安裝使用的是水壓式逆止閥，它主要由操縱座、逆止閥及相關(guān)控制管路三部分組成。
操縱座部分由操縱座殼體、活塞、閥桿、彈簧等組成；逆止閥與簡(jiǎn)單的升降式逆止閥結(jié)構(gòu)相似。需要說(shuō)明的是，操縱座的閥桿與逆止閥的閥芯并不相連，兩者是相互分離的。
當(dāng)汽輪機(jī)開(kāi)機(jī)后需要抽汽時(shí)，電磁球閥斷電關(guān)閉，操縱座活塞上部水壓消失，活塞在彈簧力的作用下向上頂起，同時(shí)帶動(dòng)閥桿向上運(yùn)動(dòng)，這樣閥桿即與逆止閥閥芯脫離。此時(shí)，蒸汽作用力將閥芯向上托起，蒸汽便經(jīng)過(guò)逆止閥*地供給熱用戶。
當(dāng)汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)，電磁球閥得電開(kāi)啟，壓力為1.5MPa的壓力水進(jìn)入操縱座活塞上部空間，克服彈簧力，將活塞連同閥桿壓下，這樣閥桿即對(duì)閥芯產(chǎn)生一個(gè)向下作用力。同時(shí)，由于汽輪機(jī)停機(jī)后，汽輪機(jī)進(jìn)汽閥已切斷，逆止閥前壓力降低，逆止閥后壓力大于逆止閥前壓力，此壓力差對(duì)閥芯產(chǎn)生一個(gè)向下作用力，這兩個(gè)力共同作用促使逆止閥關(guān)閉，切斷了蒸汽的倒流通道。
水壓式逆止閥在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：
(1)由于閥體密封面口徑大，制造精度不高，閥門(mén)在關(guān)閉時(shí)間芯與閥座密合不好，不能有效地密封，總有蒸汽通過(guò)閥門(mén)倒流回汽輪機(jī)。
(2)關(guān)閉時(shí)動(dòng)作不靈敏，甚至卡澀不能關(guān)閉。閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間大于2S。
(3)故障率高，可靠性差。使用表明，操縱座活塞易卡澀，彈簧疲勞斷裂，閥芯易卡澀等。
2電液聯(lián)動(dòng)快速關(guān)斷閥
針對(duì)以上水壓逆止閥在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，通過(guò)廣泛的考察論證，選用更為可靠的電液聯(lián)動(dòng)快關(guān)蝶閥。此快速關(guān)閉閥是專(zhuān)為熱電廠汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的安全設(shè)備，可以有效地防止抽汽管道蒸汽倒流，電液控制快關(guān)閥主要由兩部分組成，即閥門(mén)主體(三偏心金屬錐面密封蝶閥)和電液控制系統(tǒng)，電液控制系統(tǒng)通過(guò)液壓缸、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使蝶閥在0～90°范圍內(nèi)完成快關(guān)、慢關(guān)、慢開(kāi)等一系列功能。
2.1閥門(mén)主體閥門(mén)主體采用三偏心金屬錐面密封蝶閥，它主要由閥體、閥板、閥軸三部分構(gòu)成，它的大特點(diǎn)是采用了斜錐形橢圓密封機(jī)構(gòu)，使密封副在360°圓周面上各密封點(diǎn)正壓力趨于均勻分布，實(shí)現(xiàn)了蝶閥在開(kāi)啟瞬間密封面即分離，關(guān)閉時(shí)接觸即密封的效果，所以達(dá)到了零泄漏。由于采用了上述斜錐形橢圓密封機(jī)構(gòu)，大大減輕了蝶閥啟閉瞬間磨擦扭矩力，閥門(mén)啟閉輕松，即使閥門(mén)在高低溫的工作情況下，密封面略有變形，也不會(huì)產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，延長(zhǎng)了密封副的使用壽命。三偏心金屬錐面密封蝶閥的另一特點(diǎn)是采用了可浮動(dòng)的多層復(fù)合密封結(jié)構(gòu)的金屬密封環(huán)座，這種密封環(huán)座可以順著閥板關(guān)閉時(shí)的推力適當(dāng)調(diào)整其自身的位置，補(bǔ)償了機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)密封面的影響，消除了對(duì)密封面的損壞因素，延長(zhǎng)了密封副的使用壽命，提高了金屬硬密封蝶閥的密封效果和可靠性。
2.2電液控制系統(tǒng)
現(xiàn)對(duì)該電液控制系統(tǒng)及有關(guān)參數(shù)說(shuō)明如下。
(1)該系統(tǒng)以L-HM46號(hào)抗磨液壓油作為非工作介質(zhì)，液壓泵采用齒輪泵，電動(dòng)機(jī)功率0.75kW。為了防止液壓系統(tǒng)的故障，工作油液的清潔度不應(yīng)低于NAS1638-9級(jí)，向油箱加油時(shí)需經(jīng)過(guò)過(guò)濾裝置，以避免油液污染。齒輪泵出口過(guò)濾器過(guò)濾精度為5μm，應(yīng)定期進(jìn)行清洗檢查。
(2)在齒輪泵出口裝有電接點(diǎn)壓力表，其壓力分別調(diào)整為上限16MPa，下限為14MPa，即當(dāng)油壓低于14MPa時(shí)，電氣控制系統(tǒng)使液壓泵工作，當(dāng)油壓升到16MPa時(shí)，電氣控制系統(tǒng)使液壓泵停止工作。保證了工作油壓在14～16MPa之間。溢流間采用直動(dòng)式溢流閥，其調(diào)整壓力為16.5MPa，在此系統(tǒng)中作為安全閥使用。
(3)蓄能器采用皮囊式，所充氣體為氮?dú)?，充氣壓力?MPa。它的主要作用是存儲(chǔ)液壓能量，當(dāng)閥門(mén)需要快關(guān)時(shí)，系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)用油量很大，此時(shí)由蓄能器釋放液壓能，并通過(guò)液壓缸及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)迅速關(guān)閉閥門(mén)。為了保證快速關(guān)閉工作的可靠性，要定期檢查蓄能器氮?dú)獾膲毫托孤┣闆r。
(4)閥門(mén)在快關(guān)至后3°時(shí)，依靠液壓缸內(nèi)部設(shè)置的液壓緩沖裝置減輕閥板對(duì)閥座的沖擊，延長(zhǎng)了閥門(mén)使用壽命。
(5)該套液壓系統(tǒng)除具有正常慢開(kāi)、慢關(guān)、快關(guān)功能以外，為了防止閥門(mén)因不動(dòng)而發(fā)生卡澀等異?，F(xiàn)象，還專(zhuān)門(mén)設(shè)置了小行程范圍內(nèi)的閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)。即當(dāng)閥門(mén)處于全開(kāi)位時(shí)，不影響蒸汽流量的前提下，閥門(mén)緩慢關(guān)閉，當(dāng)關(guān)閉到試驗(yàn)位置時(shí)，閥門(mén)停止關(guān)閉，又重新開(kāi)啟至全開(kāi)位置。
(6)為了保證控制閥有足夠的通流能力，保證快關(guān)時(shí)間，采用了兩個(gè)大通徑插裝間來(lái)實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的快關(guān)功能，在系統(tǒng)中，電磁閥2用以控制兩個(gè)插裝閥的開(kāi)啟與關(guān)閉，從而控制了蝶閥的快關(guān)動(dòng)作。在電磁2失電情況下，電磁閥1通過(guò)開(kāi)門(mén)電磁鐵YVI及關(guān)門(mén)電磁鐵YV2控制閥門(mén)的慢速開(kāi)啟與關(guān)閉動(dòng)作。當(dāng)需要做閥門(mén)活動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)(此時(shí)閥門(mén)處于全開(kāi)位置)，關(guān)門(mén)電磁鐵YV2得電，閥門(mén)慢速關(guān)閉，當(dāng)關(guān)閉到達(dá)試驗(yàn)位置時(shí)，YV2失電，同時(shí)，開(kāi)門(mén)電磁鐵YV1得電閥門(mén)慢速開(kāi)啟，直到全開(kāi)。兩個(gè)液控單向閥構(gòu)成鎖緊回路，稱(chēng)作一液壓鎖，其作用是鎖定液壓缸位置，防止閥門(mén)因外力作用而改變開(kāi)度。
(7)其電氣控制系統(tǒng)即可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制，又可以與汽輪機(jī)控制微機(jī)接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。其快關(guān)功能還可與汽輪機(jī)停機(jī)信號(hào)聯(lián)鎖，即當(dāng)汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)，快關(guān)閥接受相應(yīng)快關(guān)信號(hào)實(shí)現(xiàn)快關(guān)功能，避免了蒸汽倒流現(xiàn)象的發(fā)生。
慢開(kāi)：三位四通電磁換向閥1的開(kāi)閥電磁鐵YN1得電，電磁閥工作位置處于右位，壓力油經(jīng)電磁閥1、液控單向閥、進(jìn)入液壓缸右腔，同時(shí)，液壓缸左腔的油經(jīng)液控單向閥、電磁閥1回油箱，閥門(mén)緩慢開(kāi)啟，到達(dá)全開(kāi)位置時(shí)，電磁鐵YN1失電，電磁閥工作狀態(tài)回復(fù)到中間位置，液壓鎖便鎖定閥門(mén)在全開(kāi)狀態(tài)。
慢關(guān)：三位四通電磁換向閥1的關(guān)閥電磁鐵YN2得電，電磁閥的工作位置處于左位，壓力油經(jīng)電磁閥1、液控單向閥、進(jìn)入液壓缸左腔，同時(shí)，液壓缸右腔的油經(jīng)液控單向閥、電磁閥1回油箱，閥門(mén)緩慢關(guān)閉，達(dá)到全關(guān)位置時(shí)，電磁鐵YN2失電，電磁閥回復(fù)到中間位置工作狀態(tài)，鎖壓鎖鎖定閥門(mén)在全關(guān)狀態(tài)?？礻P(guān)：正常運(yùn)行時(shí)，電磁閥2的電磁鐵YV3處于失電狀態(tài)，二位四通電磁閥2工作狀態(tài)處于右位，壓力油經(jīng)電磁間作為控制油，使插裝閥3和插裝閥4處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)需要快關(guān)時(shí)，電磁閥2的電磁鐵YV3得電，工作狀態(tài)為左位，插裝閥3和插裝閥4上部的控制油壓消失，從蓄能器來(lái)的大量壓力油打開(kāi)插裝閥3進(jìn)入液壓缸左腔，同時(shí)液壓缸右腔的油經(jīng)插裝閥4回油箱，閥門(mén)快速關(guān)閉?？礻P(guān)后，電磁鐵YN3失電。
閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)：活動(dòng)試驗(yàn)只能在閥門(mén)處于全開(kāi)位置時(shí)進(jìn)行，按“活動(dòng)試驗(yàn)”按鈕，關(guān)門(mén)電磁鐵YN2得電，閥門(mén)緩慢關(guān)閉，待檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到試驗(yàn)位置時(shí)，關(guān)門(mén)電磁鐵YN2失電，然后開(kāi)門(mén)電磁鐵YN1得電，閥門(mén)開(kāi)始緩慢開(kāi)啟，直至全開(kāi)。
3結(jié)論
該電液聯(lián)動(dòng)快速關(guān)閉蝶閥使用一年多來(lái)，啟閉運(yùn)行良好，關(guān)閉嚴(yán)密性好，無(wú)蒸汽泄漏，可靠性高，同時(shí)故障率極低。該閥關(guān)閉時(shí)間短，快關(guān)時(shí)動(dòng)作迅速，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，用411型毫秒表計(jì)時(shí)，閥門(mén)快關(guān)時(shí)間為0.64s，達(dá)到了使用要求。
總之，電液聯(lián)動(dòng)快關(guān)蝶閥由于蝶閥采用了偏心金屬錐形密封結(jié)構(gòu)，密封性能達(dá)到了零泄漏，特別是電液控制系統(tǒng)動(dòng)作的靈敏、可靠，能有效地防止管道由蒸汽的倒流，使汽輪機(jī)組的安全得到保證。 |
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