1．前言

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

(1)密封要求高

由于這類系統壓力高，壓差大，起初輕微的滲漏，很快會被高速氣流快速沖刷出大的缺口，小漏變成大漏，因而即使輕微的泄漏也會導致機組出力不足，煤耗上升，成本增加。

(2)須快開快閉，具備故障保護功能

一旦機組出現故障，要求閥門能即時迅速打開或關閉，以最大限度保證設備的安全，同時故障狀態也許會失電或失氣，這時要求閥門能按工況設計要求自動打開或自動關閉。

(3)具備自動控制功能

這主要是電廠自動控制的要求。

(4)較高的可靠性

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

針對上述要求，氣動控制的疏水閥成為這類系統的首選產品，它比較圓滿地適應上述要求。這主要體現在以下幾方面：

(1)持久穩定的密封比壓

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，并作用到閥座關閉閥門。彈簧力或氣缸推力比較穩定，較之于電動裝置能始終維持設計所要求的密封比壓，不會因溫度變化或調試問題產生泄漏。

(2)調試簡單，維護要求低，故障低，可靠性高

電動裝置調試繁瑣，很多用戶不會調試，常出現故障，要么調不到位，要么調過頭，常出現不應有的用戶投訴。氣動裝置則結構簡單，維護要求低，調試方便，故障率低。

(3)失氣失電自動保護

單作用氣缸靠復位彈簧，可方便地回復到故障所要求的閥門控制狀態。

(4)快速啟閉

與電動裝置相比，氣缸執行速度更快，對要求故障快速反應復位的工況更適應。

除上述特點外，還具有價格相對低廉，節能環保等特點，因而在電廠這類工況用氣動疏水閥替代原電動、手動閥門正成為一種趨勢。

2．閥門及氣動執行機構的選型

這類閥門一般設計為全開全閉，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，啟閉靜態力矩小等特點，因而兩類產品都得到應用，隨著硬密封球閥制造技術的日趨成熟，氣動球閥也獲得了一席之地，但從可靠性考慮主流產品仍然是氣動截止閥。

選型的另一個問題是控制方式的選擇。氣缸為定型產品，依作用方式可分單作用和雙作用。單作用產品帶復位圓柱彈簧，具有失氣自動復位功能，即失氣時氣缸活塞(或膜片)在彈簧作用下，驅動氣缸推桿回復到氣缸初始位置(行程的原始位置)；雙作用氣缸無復位彈簧，推桿進退須依靠變換氣缸氣源的進出口位置。氣源從活塞上腔進時，推桿向下運動；反之氣源從活塞下腔進時，推桿向上運動。由于不帶復位彈簧，雙作用氣缸對比同徑單作用氣缸具有更大的推力，但不具備自動復位功能。顯然不同的進氣位置使推桿有不同的方向運動，當進氣位置在推桿的背腔時，進氣使推桿前進，這種方式又稱為正作用氣缸，反之進氣位置在推桿同側時，進氣使推桿后退，這種方式又稱反作用氣缸。對氣動疏水閥因為一般需要失氣保護功能，通常選用單作用氣缸，圖1為以上兩類氣缸結構簡圖。

從以上分析可知，當閥門保護方式為失氣打開時，我們必須選擇單作用的正作用氣缸；當閥門的保護方式為失氣關閉時，我們必須選擇單作用的反作用氣缸。前者閥門關閉時必須維持持久的穩定氣源壓力，對氣源的穩定性持久性要求較高，常閉閥盡可能地避免選擇這種設計，一般用于常開閥；后者則相反，適用于常閉閥，但對于彈簧的要求較高，應具有穩定持久的彈力。

3．氣缸推力計算

除了作用方式的選擇，計算所選氣缸推力是設計的重要工作，這里以常見的常閉式氣動疏水閥說明如下：

圖2為產品結構設計簡圖

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

3.1 氣缸關閉力的計算

關閉狀態受力分析如圖3(a)

圖中：

Q_t為填料摩擦力

Q_j為介質靜壓力

Q_f為閥桿截面的介質推力

Q_m為閥門達到必須密封比壓時的密封面作用力

Q_g為氣缸關閉時輸出力

Q_k為氣缸打開時輸出力

各受力計算公式如下：

f為填料摩擦系數，b_t為填料寬度，P為閥門設計壓力。

q_MF為密封面必須比壓。

要實現閥門的有效密封，必須Q_g-Q_f-Q_t+Q_j≥Q_m即Q_g≥Q_f+Q_t+Q_m-Q_j

當然關閉力也不是越大越好，還須校核密封面實際比壓q，并使其小于許用比壓[q]

式中：Q¹_m為作用于密封面的實際密封力，由氣缸實際推力減去相關阻力得出。

通過以上計算可確定關閉狀態的彈簧預緊力，為彈簧選型確定依據。

3．2 開啟狀態氣缸力的計算

開啟時瞬間閥門受力分析如圖3(b)。

當閥門被打開后Q_j，會消失為零，但Q_g會逐漸增加，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，再根據實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，最終確定氣缸大小。

4．出廠試驗

工廠型式試驗是確認產品性能的重要依據，通過試驗可確認閥門的設計加工質量，承壓新能，啟動裝置的動作性能，一般應進行以下試驗。

(1)密封試驗

撤除氣源，讓彈簧復位至閥門關閉后，從設計流向向閥芯密封面逐步加壓，進行承壓密封試驗，全程分3—4個壓力階段，分別觀察閥門各階段保壓性能，到最高設計壓力的1.1倍壓力為止均應無泄漏。以此驗證閥門在壓力波動時也能穩定密封。

(2)殼體試驗

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

(3)動作試驗

閥門關閉后，將閥門打壓到設計壓力，給氣缸通氣(壓力控制O.4-O.45MPa)確認能否開啟閥門，能否達到設計行程，到達設計行程后撤除氣源，閥門應能自行復位。此試驗至少反復3次以上。

5．附件的選擇

除閥門和氣缸外，氣動疏水閥應配備以下附件：電磁閥、行程開關、調壓閥(含過濾器、油霧器，即三聯件)、手動裝置。對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構形式；行程開關可選擇搖臂式，調整方便，三聯件用于氣源處理及壓力調節，如氣源統一處理，可不必單配。手動裝置用于輔助強制密封，分為上裝式和側裝式，配置應考慮安裝空間及合同規定。

連接管及管件應選擇金屬材料的，因介質溫度比較高。支架盡可能高一些，使氣缸內部橡膠件遠離熱源，延長內部橡膠密封件的適用壽命。

最后需要說明的是，氣動閥門雖然有很多優點，但其缺點也是明顯的：氣動裝置不可能做得很大，因而對高壓大口徑閥門的應用受到限制，安裝空間有限時也無法安裝。

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