CN103807490A - 一种气液联动快关阀门系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气液联动快关阀门系统，安装在电站的蒸汽管道上，用于控制蒸汽管道中蒸汽介质的导通与阻断，该系统包括相连接的液压驱动装置和阀门，所述的阀门与蒸汽管道连接，所述的液压驱动装置包括供油模块、排油模块和气液联动液压缸，所述的气液联动液压缸分别连接供油模块、排油模块和阀门，所述的供油模块与排油模块连接；供油模块向气液联动液压缸输送液压油，气液联动液压缸驱动阀门打开，导通蒸汽管道；气液联动液压缸中的液压油通过排油模块流出，驱动阀门关闭。与现有技术相比，本发明具有关阀力大、结构紧凑、可靠性高等优点。

Description

一种气液联动快关阀门系统

技术领域

本发明涉及一种电站阀门设备，尤其是涉及一种气液联动快关阀门系统。

背景技术

在电站的蒸汽管道上安有阀门，用于控制蒸汽介质的导通与阻断，在发生紧急情况时，如蒸汽泄漏或阀门下游管路需要检修的时候均需要将阀门关闭。在紧急情况下，还要求阀门能够快速地关闭，市面上液压驱动的快速关闭阀门常用蓄能器储能，在阀门需要快速关闭的时候释放蓄能器能量来达到目的，因蓄能器容积有限，这种方式关阀力较小，输出的能量有限，一般用于驱动小型阀门。其液压控制回路可靠性不高，可能出现错误关闭阀门的现象，影响生产活动。

一般阀门要求有四种动作：阀门开启、慢速关闭、快速关闭、90％开度实验，常见的液压驱动方式为了满足这四种动作，采用了正常动作液压回路加紧急动作液压回路的形式，不仅使液压驱动装置所需元件增多，可靠性也有所降低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种关阀力大、结构紧凑、可靠性高的气液联动快关阀门系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种气液联动快关阀门系统，安装在电站的蒸汽管道上，用于控制蒸汽管道中蒸汽介质的导通与阻断，该系统包括相连接的液压驱动装置和阀门，所述的阀门与蒸汽管道连接，所述的液压驱动装置包括供油模块、排油模块和气液联动液压缸，所述的气液联动液压缸分别连接供油模块、排油模块和阀门，所述的供油模块与排油模块连接；

供油模块向气液联动液压缸输送液压油，气液联动液压缸驱动阀门打开，导通蒸汽管道；气液联动液压缸中的液压油通过排油模块流出，驱动阀门关闭。

所述的供油模块包括依次连接的油箱、吸油过滤器、油泵电机组、压力管路过滤器、单向阀和截止阀，所述的截止阀分别连接排油模块和气液联动液压缸，所述的单向阀和截止阀之间的管路上依次连接有溢流阀、压力表、蓄能器和压力继电器，所述的油箱上连接有空气过滤器；

油泵电机组吸入经吸油过滤器过滤后的液压油，并向压力管路过滤器输送，液压油再经压力管路过滤器过滤后依次经过单向阀、截止阀，分别向气液联动液压缸和排油模块提供液压油。

所述的排油模块设有两个。

所述的排油模块包括截止阀、二位四通电磁阀、二位三通电磁阀、第一控制阀组件、第二控制阀组件和第三控制阀组件，所述的截止阀一端分别连接供油模块和气液联动液压缸，另一端分别连接二位四通电磁阀、二位三通电磁阀和第一控制阀组件，所述的二位四通电磁阀分别连接第二控制阀组件和第三控制阀组件，所述的二位三通电磁阀设有两个，通过一个梭阀与第一控制阀组件连接。

所述的第一控制阀组件、第二控制阀组件和第三控制阀组件均由相连接的控制盖板和插装阀组成，其中，所述第一控制阀组件的控制盖板与梭阀的出口连接，所述二控制阀组件和第三控制阀组件的控制盖板均与二位四通电磁阀的出口连接。

所述的控制盖板为带行程限制的盖板，所述的插装阀为阀芯带阻尼的插装阀，且所述第二控制阀组件的插装阀所允许通过的流量大于设定的高阈值，所述第三控制阀组件的插装阀所允许通过的流量小于设定的低阈值。

所述的截止阀为球阀；

所述的二位四通电磁阀、二位三通电磁阀均为截止式方向阀；

所述的两个二位三通电磁阀的控制信号来自同一个监测点的两个相同传感器。

所述的气液联动液压缸包括缸筒、无杆腔、活塞和活塞杆，所述的缸筒一端与阀门连接，另一端与无杆腔连接，所述的无杆腔内填充有压缩气体，无杆腔的端部为半球形外壳，所述的活塞和活塞杆设在缸筒内，所述的活塞杆一端与阀门连接，另一端与活塞连接，所述的排油模块和供油模块通过管路与缸筒连接，实现对气液联动液压缸运动的控制。

所述的半球形外壳上开有孔，该孔上依次连接有截止阀、压力表和压力继电器。

所述的阀门包括阀座、联轴器、阀杆、闸板和行程开关，所述的阀座安装在蒸汽管道上，所述的联轴器、阀杆、闸板设在阀座内，所述的阀杆一端通过联轴器与活塞杆连接，另一端与闸板连接，所述的行程开关包括全开行程开关、全关行程开关和90％开度行程开关，均安装在阀座上；阀门关闭时，通过闸板阻断蒸汽管道。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.关阀力大，储存的能量多。将气液联动液压缸的无杆腔端部制成半球形外壳并填充压缩气体，根据不同的情况可制成不同尺寸的半球，填充不同压强的压缩气体，以实现不同大小能量的存储，为关闭阀门提供足够的动力。

2.结构紧凑。由于慢速关闭和快速关闭共用一个油道，无需再分别设置慢速关闭控制回路和快速关闭控制回路。

3.可靠性高。一方面压缩气体储存的能量可以随时释放让液压缸动作，能可靠地保证慢速关闭和快速关闭；另一方面与梭阀相关的控制方式以及双排油模块的形式能可靠地保证系统动作的正确实施。

4.本发明通过设置两个相同的排油模块，在一个排油模块出故障时另一个排油模块仍能完成相应动作，提高了系统工作的可靠性。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明阀门的三种不同的工作位置及对应行程开关示意图；

图3为二位三通电磁阀控制信号示意图。

图中，1：吸油过滤器，2：空气过滤器，3：压力管路过滤器，4：压力表，5：油泵电机组，6：蓄能器，7：压力继电器，8：单向阀，9a、9b、9c：截止阀，10：溢流阀，11a、11b、13a、13b、15a、15b：控制盖板，12a、12b、14a、14b、16a、16b：插装阀，17a、17b、17c、17d：二位三通电磁阀，18a、18b：二位四通电磁阀，19a、19b：梭阀，20a、20b：截止阀；21：压力表，22：压力继电器，23：半球形外壳，24：活塞，25：活塞杆，26：阀座，27：联轴器，28：阀杆，29：闸板，30：蒸汽管道，31a：全开行程开关，31b：全关行程开关，31c：90％开度行程开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

一种气液联动快关阀门系统，安装在电站的蒸汽管道上，用于控制蒸汽管道中蒸汽介质的导通与阻断。首先对阀门的三个工作位置以及几个不同工况做一些说明。如图2所示，阀门的三个工作位置包括：

全开位置：此时管道中的蒸汽介质导通，可以自由通过。

全关位置：此时管道中的蒸汽介质完全阻断，不能自由通过。

90％开度位置：介于全开位置和全关位置之间，若全开位置到全关位置的距离为S，那么90％开度位置距全关位置的距离为90％S。

阀门的不同工况包括：

阀门开启：阀门的闸板29由阀杆28提升，闸板29在上升的时候蒸汽管道30中的蒸汽介质逐渐开始导通。

保持开启：当闸板29上升到全开位置时停止运动并保持所处位置，蒸汽管道30中的蒸汽介质能自由流动。

慢速关闭：阀门的闸板29由阀杆28下放，闸板在下降的时候蒸汽管道30中的蒸汽介质流动逐渐受阻，当闸板下降到全关位置时蒸汽介质被完全隔断，不能自由流动。

快速关闭：在遇到紧急情况时，如管道发生蒸汽泄漏，需要迅速将蒸汽介质阻断，消除蒸汽泄露，这时阀门需要在很短的时间内运动至全关位置。

90％开度实验：在大部分的情况下，阀门都处于保持开启的状态，时间太久会使运动部件，如阀杆28、活塞杆25、活塞24，与相应的密封面产生卡阻现象，导致阀门关闭受阻，甚至有可能发生阀门不能关闭的情况。为了检验阀门有正常的关闭功能，需要每隔一定时间让运动部件活动。具体做法是，在阀门保持开启的状态下，进入慢速关闭的动作，当阀门关到90％开度位置的时候，自动进入阀门开启的动作，当达到全开位置时，进入保持开启状态，90％开度实验即完成。

如图1所示的气液联动快关阀门系统即可实现上述功能。如图1所示，气液联动快关阀门系统包括相连接的液压驱动装置和阀门D，所述的阀门D与蒸汽管道30连接，所述的液压驱动装置包括供油模块A、排油模块和气液联动液压缸C，所述的气液联动液压缸C分别连接供油模块A、排油模块和阀门D，所述的供油模块A与排油模块连接。

供油模块A包括依次连接的油箱、吸油过滤器1、油泵电机组5、压力管路过滤器3、单向阀8和截止阀9a，所述的截止阀9a分别连接排油模块和气液联动液压缸，所述的单向阀8和截止阀9a之间的管路上依次连接有溢流阀10、压力表4、蓄能器6和压力继电器7，所述的油箱上连接有空气过滤器2。油箱内存储有液压油，油泵电机组5吸入经吸油过滤器1过滤后的液压油，并向压力管路过滤器3输送，液压油再经压力管路过滤器3过滤后依次经过单向阀8、截止阀9a，分别向气液联动液压缸和排油模块提供液压油。

排油模块设有两个。第一排油模块B1包括截止阀9c、二位四通电磁阀18a、二位三通电磁阀17a和17b、第一控制阀组件、第二控制阀组件和第三控制阀组件，所述的截止阀9c一端分别连接供油模块和气液联动液压缸，另一端分别连接二位四通电磁阀18a、二位三通电磁阀17a和17b和第一控制阀组件，所述的二位四通电磁阀出口分别连接第二控制阀组件和第三控制阀组件，所述的二位三通电磁阀17a、17b出口通过一个梭阀19a与第一控制阀组件连接。所述的第一控制阀组件包括相连接的控制盖板11a和插装阀12a，第二控制阀组件包括相连接的控制盖板13a和插装阀14a，第三控制阀组件包括相连接的控制盖板15a和插装阀16a，

第二排油模块B2与第一排油模块B1结构相同，包括截止阀9b、二位四通电磁阀18b、二位三通电磁阀17c和17d、控制盖板11b、插装阀12b、控制盖板13b、插装阀14b、控制盖板15b、插装阀16b。由供油模块提供的液压油经截止阀9b流入二位四通电磁阀18b和二位三通电磁阀17c、17d。二位三通电磁阀17c、17d的出口与梭阀19b相连，梭阀19b的出口与控制盖板11b相连，控制盖板11b与插装阀12b相连。二位四通电磁阀18b的出口分别与控制盖板13b、15b相连，控制盖板13b与插装阀14b相连，控制盖板15b与插装阀16b相连。

控制盖板13a、13b、15a、15b均为带行程限制的盖板，插装阀14a、14b、16a、16b为阀芯带阻尼的插装阀，并且所述的插装阀16a、16b所允许通过的流量较小，小于设定的低阈值，所述的插装阀14a，14b所允许通过的流量较大，大于设定的高阈值。

上述截止阀9a、9b、9c为球阀，保证良好的密封性能；二位三通电磁阀17a、17b、17c、17d，二位四通电磁阀18a、18b均采用截止式方向阀，以保证良好的密封性。

所述的二位三通电磁阀17a、17b控制信号分别来自同一个监测点的两个相同的传感器，用于接收监测信号，提高冗余度。所述的二位三通电磁阀17c、17d控制信号分别来自同一个监测点的两个相同的传感器，用于接收监测信号，提高冗余度。如图3所示，图3中YA-17a表示二位三通电磁阀17a的电磁铁，YA-17b表示二位三通电磁阀17b的电磁铁，YA-17c表示二位三通电磁阀17c的电磁铁，YA—17d表示二位三通电磁阀17d的电磁铁。信号A1、B1表示来自同一个监测点的两个信号，A2、B2表示来自同一监测点的两个信号。当阀门处于保持开启状态时，对于第一排油模块，当蒸汽管道未发生泄漏时，A1信号不应导致YA-17a带电，B1信号不应导致YA-17b带电。假设A1信号发生故障，让YA—17a带电，那么此时二位三通电磁阀17a出口变为低压油，由于梭阀19a的高压选择特性，且B1信号正常，二位三通电磁阀17b出口为高压油，因此梭阀19a出口仍为高压油，插装阀12a保持关闭状态，液压油不会经12a流回油箱，阀门会保持开启状态而不会关闭。若仅有一个二位三通电磁阀控制插装阀12a，那么只要信号出错就会导致插装阀12a开启，阀门就会关闭，因此这种结构减少了阀门错误关闭的概率。对于第二排油模块，原理一样。

气液联动液压缸C包括缸筒、无杆腔、活塞24和活塞杆25，所述的缸筒一端与阀门连接，另一端与无杆腔连接，所述的无杆腔内填充有压缩气体，无杆腔的端部为半球形外壳23，所述的活塞24和活塞杆25设在缸筒内，所述的活塞杆25一端与阀门连接，另一端与活塞24连接，所述的排油模块和供油模块通过管路与缸筒连接，实现对气液联动液压缸运动的控制。所述的半球形外壳23上开有孔，该孔上依次连接有截止阀20a和20b、压力表21和压力继电器22。

阀门D包括阀座26、联轴器27、阀杆28、闸板29和行程开关，所述的阀座26安装在蒸汽管道30上，所述的联轴器27、阀杆28、闸板29设在阀座26内，所述的阀杆28一端通过联轴器27与活塞杆25连接，另一端与闸板29连接，所述的行程开关包括全开行程开关31a、全关行程开关31b和90％开度行程开关31c，均安装在阀座26上；阀门关闭时，通过闸板29阻断蒸汽管道30。

根据图1，当阀门处于全关位置时，油泵电机组5运转并供油，油液流经压力管路过滤器3、单向阀8、截止阀9a，然后进入气液联动液压缸C下腔，推动气液联动液压缸的活塞24及活塞杆25克服压缩气体的阻力向上运动，并通过联轴器27带动阀门的阀杆28及闸板29向上运动，直至达到全开位置，此时活塞24上部的气体被压缩，储存了一定能量。

油液流入第一排油模块B1，通过二位三通电磁阀17a、17b，并进入梭阀19a，梭阀19a输出油液至控制盖板11a，并进入插装阀12a的控制腔，由于油液压力高，因此插装阀12a处于关闭状态，阻断了插装阀12a下部的油道，而二位四通电磁阀18a不带电，液压油流入控制盖板15a，并进入插装阀16a的控制腔，由于油液压力高，因此插装阀16a处于关闭状态，阻断了插装阀16a下部的油道。控制盖板13a与低压油接通，插装阀14a中的控制腔也为低压油，因此插装阀14a处于导通状态，允许液压油流过插装阀14a下部的油道。

油液流入第二排油模块B2，通过二位三通电磁阀17c、17d，并进入梭阀19b，梭阀19b输出油液至控制盖板11b，并进入插装阀12b的控制腔，由于油液压力高，因此插装阀12b处于关闭状态，阻断了插装阀12b下部的油道，而二位四通电磁阀18b不带电，液压油流入控制盖板15b，并进入插装阀16b的控制腔，由于油液压力高，因此插装阀16b处于关闭状态，阻断了插装阀16b下部的油道。控制盖板13b与低压油接通，插装阀14b中的控制腔也为低压油，因此插装阀14b处于导通状态，允许液压油流过插装阀14b下部的油道。

由于插装阀12a、12b均处于关闭状态，因此液压油不会经第一排油模块，第二排油模块流回油箱。

当阀门达到全开位置并进入保持开启状态后，油泵电机组5停止运转，此时由于单向阀8阻止逆向流动的作用，液压油停止流动并维持高压，并在气液联动液压缸活塞24上产生作用力，克服压缩气体的力以及运动部件的重力。考虑到油液处于封闭腔内，因此温度变化会影响油液的体积，进而影响油液的压力，为了防止油液压力过高，因此在供油模块上装有用于温度补偿的蓄能器6。另外设置一个溢流阀10，用于进一步防止压力过高，使整个液压系统处于安全的压力下。

当需要阀门慢速关闭时，对于第一排油模块B1，首先将二位四通电磁阀18a上电，这时插装阀16a控制腔将会变为低压油，插装阀14a控制腔将会变为高压油，因此插装阀16a将会处于导通状态，插装阀14a变为关闭状态。然后将二位三通电磁阀17a、17b上电，这样两个二位三通电磁阀出口的油液均变低压，梭阀19a出口的油液也变低压，与控制盖板11a相连的插装阀12a的控制腔油液也变低压，插装阀12a变为导通状态。

对于第二排油模块B2，首先将二位四通电磁阀18b上电，这时插装阀16b控制腔将会变为低压油，插装阀14b控制腔将会变为高压油，因此插装阀16b将会处于导通状态，插装阀14b变为关闭状态。然后将二位三通电磁阀17c、17d上电，这样两个二位三通电磁阀出口的油液均变低压，梭阀19b出口的油液也变低压，与控制盖板11b相连的插装阀12b的控制腔油液也变低压，插装阀12b变为导通状态。

当插装阀12a导通，油液即从气液联动液压缸C流出，流过插装阀12a，并经过同样导通的插装阀16a。当插装阀12b导通，油液即从气液联动液压缸流出，流过插装阀12b，并经过同样导通的插装阀16b。气液联动液压缸的活塞24在压缩气体作用下开始下降，由于插装阀16a和插装阀16b所允许通过的流量小，因此活塞24缓慢下降，直至阀门完全关闭。

当需要阀门快速关闭时，与慢速关闭原理类似，不同的是：对于第一排油模块，维持二位四通电磁阀18a失电状态，插装阀14a导通。直接将二位三通电磁阀17a，17b上电，这时插装阀12a导通。对于第二排油模块，维持二位四通电磁阀18b失电状态，插装阀14b导通。直接将二位三通电磁阀17c，17d上电，这时插装阀12b导通。当插装阀12a导通，油液即从气液联动液压缸流出，并流过插装阀12a，经过同样导通的插装阀14a。当插装阀12b导通，油液即从气液联动液压缸流出，并流过插装阀12b，经过同样导通的插装阀14b。气液联动液压缸的活塞24在压缩气体作用下开始下降，而插装阀14a和插装阀14b所允许通过的流量大，因此活塞24快速下降，直至阀门完全关闭。

对于90％开度实验，当阀门下降时，原理与慢速关闭类似，不同的是：阀门并不下降至全关位置，而是在下降到90％开度位置的时候停止下降，然后自动进入阀门开启状态，到达全开位置并进入保持开启状态，即完成90％开度实验。

表1

表1所示的是各个工况下电磁阀及油泵电机组5的带电情况，便于说明不同工况下各个电磁阀及油泵电机组的工作状态。其中YA-18a表示二位四通电磁阀18a的电磁铁，YA-18b表示二位四通电磁阀18b的电磁铁。YA-17a表示二位三通电磁阀17a的电磁铁，YA-17b表示二位三通电磁阀17b的电磁铁，YA-17c表示二位三通电磁阀17c的电磁铁，YA-17d表示二位三通电磁阀17d的电磁铁。

上面所述的不同工况下的自动控制均可以通过行程开关的配合，以及相应电气控制设备来实现。

以上所述，仅为本发明的较佳实施实例，不能以之限制本发明权利要求的范围。即凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和权利要求范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。

Claims (10)

1.一种气液联动快关阀门系统，安装在电站的蒸汽管道上，用于控制蒸汽管道中蒸汽介质的导通与阻断，其特征在于，该系统包括相连接的液压驱动装置和阀门，所述的阀门与蒸汽管道连接，所述的液压驱动装置包括供油模块、排油模块和气液联动液压缸，所述的气液联动液压缸分别连接供油模块、排油模块和阀门，所述的供油模块与排油模块连接；

供油模块向气液联动液压缸输送液压油，气液联动液压缸驱动阀门打开，导通蒸汽管道；气液联动液压缸中的液压油通过排油模块流出，驱动阀门关闭。

2.根据权利要求1所述的一种气液联动快关阀门系统，其特征在于，所述的供油模块包括依次连接的油箱、吸油过滤器、油泵电机组、压力管路过滤器、单向阀和截止阀，所述的截止阀分别连接排油模块和气液联动液压缸，所述的单向阀和截止阀之间的管路上依次连接有溢流阀、压力表、蓄能器和压力继电器，所述的油箱上连接有空气过滤器；

油泵电机组吸入经吸油过滤器过滤后的液压油，并向压力管路过滤器输送，液压油再经压力管路过滤器过滤后依次经过单向阀、截止阀，分别向气液联动液压缸和排油模块提供液压油。

3.根据权利要求2所述的一种气液联动快关阀门系统，其特征在于，所述的排油模块设有两个。

4.根据权利要求3所述的一种气液联动快关阀门系统，其特征在于，所述的排油模块包括截止阀、二位四通电磁阀、二位三通电磁阀、第一控制阀组件、第二控制阀组件和第三控制阀组件，所述的截止阀一端分别连接供油模块和气液联动液压缸，另一端分别连接二位四通电磁阀、二位三通电磁阀和第一控制阀组件，所述的二位四通电磁阀分别连接第二控制阀组件和第三控制阀组件，所述的二位三通电磁阀设有两个，通过一个梭阀与第一控制阀组件连接。

5.根据权利要求4所述的一种气液联动快关阀门系统，其特征在于，所述的第一控制阀组件、第二控制阀组件和第三控制阀组件均由相连接的控制盖板和插装阀组成，其中，所述第一控制阀组件的控制盖板与梭阀的出口连接，所述二控制阀组件和第三控制阀组件的控制盖板均与二位四通电磁阀的出口连接。

6.根据权利要求5所述的一种气液联动快关阀门系统，其特征在于，所述的控制盖板为带行程限制的盖板，所述的插装阀为阀芯带阻尼的插装阀，且所述第二控制阀组件的插装阀所允许通过的流量大于设定的高阈值，所述第三控制阀组件的插装阀所允许通过的流量小于设定的低阈值。

7.根据权利要求4所述的一种气液联动快关阀门系统，其特征在于，所述的截止阀为球阀；

所述的二位四通电磁阀、二位三通电磁阀均为截止式方向阀；

所述的两个二位三通电磁阀的控制信号来自同一个监测点的两个相同传感器。

8.根据权利要求1所述的一种气液联动快关阀门系统，其特征在于，所述的气液联动液压缸包括缸筒、无杆腔、活塞和活塞杆，所述的缸筒一端与阀门连接，另一端与无杆腔连接，所述的无杆腔内填充有压缩气体，无杆腔的端部为半球形外壳，所述的活塞和活塞杆设在缸筒内，所述的活塞杆一端与阀门连接，另一端与活塞连接，所述的排油模块和供油模块通过管路与缸筒连接，实现对气液联动液压缸运动的控制。

9.根据权利要求8所述的一种气液联动快关阀门系统，其特征在于，所述的半球形外壳上开有孔，该孔上依次连接有截止阀、压力表和压力继电器。

10.根据权利要求7所述的一种气液联动快关阀门系统，其特征在于，所述的阀门包括阀座、联轴器、阀杆、闸板和行程开关，所述的阀座安装在蒸汽管道上，所述的联轴器、阀杆、闸板设在阀座内，所述的阀杆一端通过联轴器与活塞杆连接，另一端与闸板连接，所述的行程开关包括全开行程开关、全关行程开关和90％开度行程开关，均安装在阀座上；阀门关闭时，通过闸板阻断蒸汽管道。

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