防爆电液伺服比例控制液压调节快关阀乐

1、防爆电液伺服比例控制液压调节快关阀的研制与应用乐贵菊 朱小明 隆跃进摘要：根据国内石化工业的发展，在我国首台达到0.3秒快关阀产品的基础上，通过分析研究，采用伺服比例控制液压技术设计研制出了防爆电液伺服比例控制液压调节快关阀系统，并已成功地应用于工业生产和使用中。1 研制与发展背景随着我国工业的发展，阀门行业蝶阀产品的口径不断增大，已达到1m以上以至10几米，从而对控制方式也提出了挑战，上世纪七八十年代一般采用手动方式的阀门，也已发展到采用气动、电动阶段，但是针对如此大的口径气动与电动已“力”不能及，需要更大的扭矩与速度，从而液压传动与控制越来越广泛被采用到这种场合，上世纪九十年代，上海豪高机电科技有限公司在徐仰曾教授的主持下，一次性成功地开发了蓄能器式快关蝶阀液压装置，并为中国江南阀门有限公司开启了系列生产的先河，继而成功地实现我国首台达到0.3秒快关速度的产品，在中国环球阀门集团的联合试制下通过了浙江省科委的鉴定，并获得2005年由中国液压气动密封工业协会颁发的优秀新产品奖，继之，根据国内石化工业的发展，进一步开发了防爆电液伺服比例控制的液压调节快关阀，并应用于工业生产，本文阐述了

2、这一系统的研制与开发。2 系统结构和控制实现防爆电液伺服比例控制液压调节快关阀是为适应石化工业日益发展的需要而研制开发的新型产品，主要由防爆控制柜、液压油源系统、执行机构包括伺服执行机构和手动输入机构、电气控制系统等组成。（见图1）21液压油源系统由齿轮泵、电机、联轴器、控制阀、蓄能器、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，泵采用进口高压低噪声的齿轮泵，立式安装，控制阀集成了溢流阀、单向阀、节流阀、节流阀、压力继电器、压力表等，系统安全压力由溢流阀设定，截止阀的作用是释放系统压力油回油箱，节流阀的用来调节系统开、关阀的速度，压力继电器设定系统油压控制的上下限点，压力表显示系统油压，液压油源系统选用了进口的螺纹插装阀和优质的二通插装阀，这样使得系统的内泄漏大大减少，减少了油泵的启动次数，节省能源，维修和安装也变得方便。过滤器采用倒置的高压过滤器，结构紧凑，保证系统油液清洁和各种控制阀能正常动作。22执行机构有液压伺服、手动两套驱动机构，液压伺服执行系统由液压伺服比例阀、蓄能器、快速油缸、齿轮箱等组成。当电信号输入给比例电磁铁时，

3、比例电磁铁将电信号转换成机械位移，使双向减压阀芯移动，这时从P 点进入的压力油经减压阀芯流到液动换向阀芯的油腔，推动阀芯移动，使压力油P 与P1 相通、P2 与T相通；当电信号输入另一电磁铁时，压力油P 就会与P2 相通，P1 与T相通，阀上设有反馈油孔，反馈油压经反馈油孔分别引向减压阀芯的两端，当作用在减压阀芯的液压力与电磁铁的电磁力相等时，减压阀芯即处于平衡状态。阀的输出流量大小和液流方向可以由输入电信号的大小及方向来控制。（见图2）P1、P2分别与快速油缸相通，T与油箱相通。液压伺服驱动最大执行扭矩为25000Nm，由液压泵站提供液压能，推动执行油缸完成蝶阀090的开闭动作。齿轮箱主轴顶部安装有电子角位移检测装置，能正确的检测出蝶阀的开闭角度，并能及时发出信号，通知电气系统停止执行油缸的开闭动作，控制精度为1/60090。当电源切断后，执行机构还能用手动驱动机构开闭蝶阀，手动驱动机构的齿轮比1/138，最大执行扭矩为5000Nm，蝶阀的开闭角度可通过齿轮箱顶部的角度指示盘中的指针目测确定。蝶阀连接过渡部件中附有水冷却装置，可在过渡部件上的给水口通入冷却水，以减少蝶阀的温度传入齿轮

4、箱。执行机构齿轮箱的液压驱动部分由油缸08、齿条24、齿轮25组成。（见图3）当液压伺服系统向油缸提供压力油时，油缸08带动齿条24作往复运动，齿条24带动齿轮25旋转，从而带动主轴20旋转，使得蝶阀打开或关闭。蝶阀阀门开闭的角度可通过主轴20顶部的齿轮13和15，带动电子角位移检测装置14旋转而检测到。执行机构齿轮箱的手摇驱动部分由一个三级齿轮减速轮系组成。当人工转动手轮09时，齿轮03带动齿轮10转动，再通过齿轮轴04、齿轮12、齿轮06，与安装在主轴上的齿轮17啮合，从而带动主轴20旋转，使得蝶阀阀门开闭。蝶阀的开闭角度，可通过齿轮箱顶部的角度指示盘21中的指针22目测确定。齿轮箱中的所有齿轮轴及主轴均由滚动轴承支承，减少摩擦阻力，减轻工人人工开闭阀门劳动强度。蓄能器是用于蝶阀慢开、慢关、快关、活动等动作时提供能源，蓄能器规格的选择必须经过严格的计算，每个系统是不同的，它得满足系统保压和蝶阀快关的要求。快速油缸是通过齿轮齿条推动蝶阀的执行机构，为保证其运行可靠设计时我们选用了进口的密封圈，并设置了液压缓冲以保护蝶阀，还设计节流装置，按系统要求控制驱动外界负载，直接安装于齿轮齿条传

5、动装置上，其外型图如图3所示。2.3电气控制系统：电气控制系统的组成核心部件使用了高可靠性的PLC（可编程序控制器），所有的输入输出信号均由PLC来处理，人机会话由HMI（可编程触摸屏）完成，方便直观的人机会话环境，大大增强了系统的可维护性及操作性。系统构架和信号流程（见图4）图4（1）远程阀位主令（420mA）信号送入防爆控制柜（防爆等级dxII BT4），接线端子台（47+,48 -）,信号由端子台输送到PLC的模拟量输入端（精度12位，细分1/4000）。由PLC的AD转换模块转换成04000的数字量信号，此数字量信号同时作为远程控制时的主令信号。当系统处于手动操作（本地操作）状态时，在上电初始或由远程操作状态转换为本地操作状态时，系统将自动将当前的阀门位置作为系统主令，所有本地操作均以当前阀门位置作为初始位置。（2）阀位信号由高精度角度传感器（1/2000）将当前阀位信号(090)转换成（07.5V）左右的电压信号,再由两块电压电流转换器（JD1、JD2）将此信号转换成420A的标准电流信号，其中一路送至远程作为阀位指示，另一路送至PLC的模拟量输入端，经PLCAD转换模块转换

6、成04000的数字量作为阀位反馈信号。系统处于运行的状态下，系统将会根据当前的系统主令及阀门位置的差值调整阀门位置，使当前阀门位置趋向于主令位置，系统控制精度1/600,系统将当前误差信号处理放大后，转换成10V10V之间的控制信号，同时向电磁阀提供DC24V的电源，由此两路信号驱动伺服阀来控制阀门信号。注0V时阀门处于停止状态。 电气控制系统主要技术参数：动力电源：AC 380V 50HZ三相 6KVA交流控制电源：AC 220V 50HZ 单相1KVA直流控制电源：DC 24V 5A海拔高度：1/600相应时间 30S防爆等级：dxII BT43主要功能及性能指标启动：一切正常后，按一下电控箱操作面板上“启动”按钮，此时一般情况下“电机”、“运行”指示灯会同时点亮，但若启动前压力表5指示压力在18MPa左右，“电机”指示灯不会点亮。启动后可调节溢流阀4来调节系统管路内的压力，压力表5将予以显示压力值。3.2慢开：在启动运行后，即“运行”指示灯点亮条件下，按一下电控箱操作面板上“慢开”按钮，PLC 接收到慢开信号后,给伺服阀发出指令,使电机朝相应的方向运转,将高压油输入到双作用油缸的

7、右侧,从而带动齿轮及阀门朝开启方向即可实现阀门的缓慢开启，可调节节流阀2实现阀门开启速度一定范围内的调节。当PLC接收到全开位置的信号后,PLC 仍持续发出指令一段时间确保阀门到达全开位置。慢开过程中可直接按以下“停止”按钮，阀门将在任意位置停定，此时系统也将退出“运行”状态；也可在阀门全开后，系统会自动停止阀门的“慢开”动作，且不会将系统退出“运行”状态。32慢关：在启动运行后，即“运行”指示灯点亮条件下，按一下电控箱操作面板上“慢关”按钮，PLC 接收到慢关信号后,给伺服阀发出指令,使电机朝相应的方向运转,将高压油输入到双作用油缸的左侧,即可实现阀门的缓慢关闭，可调节节流阀2实现阀门关闭速度一定范围内的调节。当PLC接收到全关位置的信号后,PLC 仍持续发出指令一段时间确保阀门到达全关位置。慢关过程中也可直接按以下“停止”按钮，阀门将在任意位置停定，此时系统也将退出“运行”状态；同样可在阀门全关后，系统会自动停止阀门的“慢关”动作，且不会将系统退出“运行”状态。33快关：在启动运行后，即“运行”指示灯点亮条件下，按一下电控箱操作面板上“快关”按钮，PLC 接收到快关信号后,给伺服阀

8、发出指令, 伺服阀根据指令和阀位反馈信号使电机朝相应的方向运转,将高压油输入到双作用油缸的两侧,即可实现阀门的快速关闭（小于1秒）。系统不会退出运行状态，且一直处于快关阀门动作状态，将阀门死死关闭，防止出现管路蒸汽继续倒流事故，很好的保护了主装置设备。当然此刻可通过“慢开”按钮慢慢开启阀门，同时也将解除阀门快关动作状态。另外还可使用“停止”按钮解除阀门快关动作状态，不过系统需重新启动运行方可激活“慢开”“慢关”“快关”按钮。34远控：电控箱操作面板上的“远控”按钮，可随时按下激活本系统的远程控制接口，如用户已接入使用，便可通过用户远程控制房内的开关信号实现与本系统电控箱操作面板上 “快关”按钮相同的控制功能。特别注意，考虑到本设备实际使用情况，只设立远控“快关”功能。远程启动后，“远程”按钮内镶的指示灯会被点亮。3.5保位当PLC未接收到任何指令时,电机、泵及齿轮不做任何运动。由于设备中的液压元件采用的是无泄漏式元件,因此阀门在此状态下保位。3.6缓冲为了减小阀门在快关过程中形成的冲击,在阀门关至10 %的行程时,双作用油缸中增加了可变节流缓冲。3.7状态显示及报警对阀门“开启”、“关闭”、“快关”等工作状态进行显示,同时对“驱动器错误”、“开关阀时间过长”等故障进行监测和报警。38阀主要技术参数（1）型号： （2）阀门公称压力： Mpa（3）阀门公称通径：Dn（4）抽汽最高工作温度：425（5）抽汽工作压力： Mpa（6）阀门控制方式：电液联动（7）连接方式：法兰39阀的主要性能指标如下:(1)阀门全行程正常开启、关闭时间为 s。(2)阀门全行程快关时间小于0.3 s。(3)液压执行器最大出力扭矩达25000Nm 。4应用防爆电液伺服比例控制液压调节快关阀安装在热电厂抽汽汽轮机组的抽汽管路上，为紧急切断抽汽管路保护汽轮发电机组而用，能在机组出现危急工况时实施紧急关闭，快速关闭时间小于0.3 s，阻止管路系统的蒸汽倒流入汽轮机，保护机组安全。北京燕山石化于2007 年初在 上安装了这种新型的通径为 mm( ) 、压力为MPa ( PN ) 的防爆电液伺服比例控制液压调节快关阀。从安装至今,经过近3 年的运行表明,快关阀各项性能指标均与预期相符,取得了满意的应用效果。

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