快速关闭阀驱动装置液压系统方案设计
1 概述
抽汽汽轮机组可以实现热电联供而广泛应用于热电厂的供热系统中，为防止汽轮机抽汽管道蒸汽倒流与冷凝水倒灌，引发汽轮机超速事故，在汽轮机抽汽管道上电动截止蝶阀与止回阀之间需安装快关，以瞬间切断管路保护汽轮机安全。由于快关蝶阀的关闭速度快（<1s），输出力大（>100kN），必须使用液压驱动装置，为适应各种型号的阀门，对快关蝶阀液压驱动装置进行了系列化设计。
2 结构
快关蝶阀液压驱动装置由液压泵站、控制阀组、蓄能器、快速油缸、电气控制箱等5部分组成（图 1），它可以完成蝶阀的慢开、慢关、快关、活动等动作。
图 1 快关蝶阀液压驱动装置外型（1.电气控制箱 2.蓄能器 3.液压泵站 4.控制阀组 5.快速油缸）
2.1 液压控制部分
根据快关蝶阀的要求和计算，液压驱动装置的基本参数确定如《表 1》。
| 参数 | 系列 1 | 系列 2 |
|---|---|---|
| 油箱容积 V / L | 50 | 80 |
| 额定流量 qm / L*min | 2.0 | 3.0 |
| 工作压力 p / MPa | 13~16 | 15~18 |
| 保压性能 | 4h 压降不大于 2MPa | |
| 开阀时间 | 10~30s（0~90°）可调 | |
| 关阀时间 | 10~30s（90~0°）可调 | |
| 快开阀时间 | <0.5s（包括缓冲时间小于 1s） | |
| 过滤精度 | 10µm | |
| 蓄能器预压力 py / MPa | 8.0±10% | 9.0±10% |
| 工作介质 | N46~N68 号抗磨液压油 | |
液压泵站由电机、联轴器、液压泵、进油过滤器、高压过滤器、油箱等元件组成，其主要作用是供给系统所需的压力油，为蓄能器提供流量和压力，设计时采用了进口高压低噪声的齿轮泵，泵装置采用立式安装和倒置结构的高压过滤器，结构紧凑，又保证了系统油液清洁，以保证各种控制阀能正常动作。为满足不同快关蝶阀的需要，分成2个系列来进行设计。
图 2 液压控制阀组（1.电磁阀 DT3 2.电磁阀 DT2 3.截止阀 AV1 4.截止阀AV3 5.截止阀AV2 6.溢流阀RV 7.测压接头MP8.截止阀 AV4 9.压力开关 KP2 10.压力开关 KP1 11.电磁阀DT1）
控制阀组（图 2）主要由阀块、溢流阀、单向阀、节流阀、截止阀、电磁阀、压力继电器和压力表等组成，溢流阀 RV 的作用是设定系统安全压力，截止阀 AV1 的作用是释放系统压力油回油箱，节流阀AV3的作用是调节系统关阀速度，节流阀AV2的作用是调节系统开阀速度，压力继电器 KP2 的作用是设定系统油压控制上限点，压力继电器 KP1 的作用是设定系统油压控制下限点，压力表的作用是显示系统油压，为了减少系统的内泄漏和油泵的启动次数，节省能源，便于维修和安装，选用了进口的螺纹插装阀和优质的二通插装阀。为了满足不同快关蝶阀的需要，阀块分成左阀块、中间阀块和右阀块三部分来进行设计，通过不同的组合应对不同的要求。
蓄能器为蝶阀慢开、慢关、快关及活动等动作时提供能源，蓄能器规格的选择经过了严格的计算，每个系统不同，以满足系统保压和蝶阀快关的要求。蓄能器用的氮气可以看成是理想气体，而快速的膨胀和压缩过程可以看成是绝热的状态变化，所需选用蓄能器总容积的计算公式为：
式中：
V0——蓄能器理想总容积，m3
ΔV——蓄能器所需的有效排油量，m3
P0——蓄能器充气压力（绝对压力），Pa
P1——系统最低工作压力（绝对压力），Pa
P2——系统最高工作压力（绝对压力），Pa
K——气体的多变指数（氮气的多变指数 K=1.4）
图 3 快速油缸
快速油缸（图 3）是通过齿轮齿条推动蝶阀的执行机构，为保证其运行可靠，油缸密封选用了进口的密封圈，并设置了液压缓冲装置以保护蝶阀，设计了节流装置，按系统要求控制驱动外界负载，直接安装于齿轮齿条传动装置上。为更好地与快关蝶阀连接，快速油缸也做了系列化设计，见《表 2》。
| 油缸规格型号 | 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 电气控制部分
根据液压控制部分的要求，确定电气控制系统的参数，见《表 3》。
| 参数 | 系列 1 | 系列 2 |
|---|---|---|
| 电机功率 P / kW | 1.1 | 1.5 |
| 开关电源 | 60W | |
| 控制电压 | DC 24V | |
| 电源进线 | 三相四线制 AC 380V/AC 220V ±10%, 2kW | |
| 控制电源 | AC 220V ±10% | |
快关蝶阀液压驱动装置电控系统采用自行设计的专用集成印刷线路板，经严格测试证明该线路板调节方便，性能稳定，质量可靠。电控箱由开关电源、交流接触器、热继电器、断路器、线路板和接线端子等组成。电气控制分普通继电器控制箱和 PLC 型电控箱两种。
3 型号编制
电液控制驱动装置的型号由9个单元组成，用来表明装置的代号、阀门公称通径、阀门公称压力、储能形式、快关动作形式、带手动动作、带油源系统、电气选项和产品版本号。装置型号的9个单元按下列顺序排列：
① 产品代号——HGKG，电液控快速关断蝶阀电液控制驱动装置；
② 阀门公称通径——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 阀门公称压力——PN6、PN10、PN16、PN20、PN25、PN40、PN50、PN63.3；
④ 储能形式——X为蓄能器型（默认选项），T 为弹簧型；
⑤ 快关动作形式——E为得电动作型（默认选项），D为失电动作型；
⑥ 带手动动作——S（蓄能器型用）；
⑦ 带油源系统——P（弹簧型用）；
⑧ 电气选项——PT为普通继电器控制型（默认选项），XD为PLC控制型；
⑨ 产品版本号——2X，3X；
举例：HGKG①-450②/06③-X④-E⑤-S⑥/P⑦-PT⑧-2X⑨
4 结语
快关蝶阀电液控制驱动装置经过多次优化设计后，既能实现远程控制，又能实现本地控制箱操作面板控制。通过选用进口高压低噪声的齿轮泵、高压大流量的逻辑阀、结构紧凑的螺纹插装阀和专用的控制线路板，快关速度可达到 0.3s，且运行稳定可靠。