山东恒通化工股份有限公司热电厂有两台C50－8.82/4.12型抽汽汽轮机组，其抽汽口位于汽轮机第二级之后，额定抽汽压力为4.12MPa，温度445℃，流量180t/h，抽汽管道的规格为φ426mm。汽轮机抽汽要求在汽轮机停机时能快速切断，否则蒸汽将沿抽汽管道倒流回汽轮机内，引发汽轮机超速等一系列恶性事故。

      1 采用水压式逆止阀存在的问题

      为了防止汽轮机抽汽管道蒸汽倒流，引发汽轮机事故的发生，我厂汽轮机抽汽管道上原安装使用的是水压式逆止阀，它主要由操纵座、逆止阀及相关控制管路三部分组成，其结构见图1。

      操纵座部分由操纵座壳体、活塞、阀杆、弹簧等组成；逆止阀与简单的升降式逆止阀结构相似。需要说明的是，操纵座的阀杆与逆止阀的阀芯并不相连，两者是相互分离的。

      当汽轮机开机后需要抽汽时，电磁球阀断电关闭，操纵座活塞上部水压消失，活塞在弹簧力的作用下向上顶起，同时带动阀杆向上运动，这样阀杆即与逆止阀阀芯脱离。此时，蒸汽作用力将阀芯向上托起，蒸汽便经过逆止阀源源不断地供给热用户。

      当汽轮机停机时，电磁球阀得电开启，压力为1.5MPa的压力水进入操纵座活塞上部空间，克服弹簧力，将活塞连同阀杆压下，这样阀杆即对阀芯产生一个向下作用力。同时，由于汽轮机停机后，汽轮机进汽阀已切断，逆止阀前压力降低，逆止阀后压力大于逆止阀前压力，此压力差对阀芯产生一个向下作用力，这两个力共同作用促使逆止阀关闭，切断了蒸汽的倒流通道。

      水压式逆止阀在使用过程中发现以下问题：

      （1）由于阀体密封面口径大，制造精度不高，阀门在关闭时间芯与阀座密合不好，不能有效地密封，总有蒸汽通过阀门倒流回汽轮机。
      （2）关闭时动作不灵敏，甚至卡涩不能关闭。阀门关闭时间大于2S。
      （3）故障率高，可靠性差。长期使用表明，操纵座活塞易卡涩，弹簧疲劳断裂，阀芯易卡涩等。

      2 电液联动快速关断阀

      针对以上水压逆止阀在使用过程中存在的问题，通过广泛的考察论证，选用更为可靠的电液联动快关蝶阀。此快速关闭阀是专为热电厂汽轮机设计的安全设备，可以有效地防止抽汽管道蒸汽倒流，电液控制快关阀主要由两部分组成，即阀门主体（三偏心金属锥面密封蝶阀）和电液控制系统，电液控制系统通过液压缸、齿轮齿条传动机构，使蝶阀在0～90°范围内完成快关、慢关、慢开等一系列功能。

      2.1 阀门主体

      阀门主体采用三偏心金属锥面密封蝶阀，它主要由阀体、阀板、阀轴三部分构成，它的特点是采用了斜锥形椭圆密封机构，使密封副在360°圆周面上各密封点正压力趋于均匀分布，实现了蝶阀在开启瞬间密封面即分离，关闭时接触即密封的效果，所以达到了零泄漏。由于采用了上述斜锥形椭圆密封机构，大大减轻了蝶阀启闭瞬间磨擦扭矩力，阀门启闭轻松，即使阀门在高低温的工作情况下，密封面略有变形，也不会产生卡死现象，延长了密封副的使用寿命。三偏心金属锥面密封蝶阀的另一特点是采用了可浮动的多层复合密封结构的金属密封环座，这种密封环座可以顺着阀板关闭时的推力适当调整其自身的位置，补偿了机构传动机构对密封面的影响，消除了对密封面的损坏因素，延长了密封副的使用寿命，提高了金属硬密封蝶阀的密封效果和可靠性。

      2.2 电液控制系统

      图2是电液联动快速关断阀的电液控制系统的液压原理图。现对该电液控制系统及有关参数说明如下。

      （1）该系统以L-HM46号抗磨液压油作为非工作介质，液压泵采用齿轮泵，电动机功率0.75kW。为了防止液压系统的故障，工作油液的清洁度不应低于NAS1638-9级，向油箱加油时需经过过滤装置，以避免油液污染。齿轮泵出口过滤器过滤精度为5μm，应定期进行清洗检查。

      （2）在齿轮泵出口装有电接点压力表，其压力分别调整为上限16MPa，下限为14MPa，即当油压低于14MPa时，电气控制系统使液压泵工作，当油压升到16MPa时，电气控制系统使液压泵停止工作。保证了工作油压在14～16MPa之间。溢流间采用直动式溢流阀，其调整压力为16.5MPa，在此系统中作为安全阀使用。

      （3）蓄能器采用皮囊式，所充气体为氮气，充气压力为6MPa。它的主要作用是存储液压能量，当阀门需要快关时，系统在短时间内用油量很大，此时由蓄能器释放液压能，并通过液压缸及传动机构迅速关闭阀门。为了保证快速关闭工作的可靠性，要定期检查蓄能器氮气的压力和泄漏情况。

      （4）阀门在快关至*后3°时，依靠液压缸内部设置的液压缓冲装置减轻阀板对阀座的冲击，延长了阀门使用寿命。

      （5）该套液压系统除具有正常慢开、慢关、快关功能以外，为了防止阀门因长期不动而发生卡涩等异常现象，还专门设置了小行程范围内的阀门活动试验。即当阀门处于全开位时，不影响蒸汽流量的前提下，阀门缓慢关闭，当关闭到试验位置时，阀门停止关闭，又重新开启至全开位置。

      （6）为了保证控制阀有足够的通流能力，保证快关时间，采用了两个大通径插装间来实现阀门的快关功能，在系统中，电磁阀2用以控制两个插装阀的开启与关闭，从而控制了蝶阀的快关动作。在电磁2失电情况下，电磁阀1通过开门电磁铁YVI及关门电磁铁YV2控制阀门的慢速开启与关闭动作。当需要做阀门活动实验时（此时阀门处于全开位置），关门电磁铁YV2得电，阀门慢速关闭，当关闭到达试验位置时，YV2失电，同时，开门电磁铁YV1得电阀门慢速开启，直到全开。两个液控单向阀构成锁紧回路，称作一液压锁，其作用是锁定液压缸位置，防止阀门因外力作用而改变开度。   

      （7）其电气控制系统即可以实现现场控制，又可以与汽轮机控制微机接口实现远程控制。其快关功能还可与汽轮机停机信号联锁，即当汽轮机停机时，快关阀接受相应快关信号实现快关功能，避免了蒸汽倒流现象的发生。

      慢开：三位四通电磁换向阀1的开阀电磁铁YN1得电，电磁阀工作位置处于右位，压力油经电磁阀1、液控单向阀、进入液压缸右腔，同时，液压缸左腔的油经液控单向阀、电磁阀1回油箱，阀门缓慢开启，到达全开位置时，电磁铁YN1失电，电磁阀工作状态回复到中间位置，液压锁便锁定阀门在全开状态。

      慢关：三位四通电磁换向阀1的关阀电磁铁YN2得电，电磁阀的工作位置处于左位，压力油经电磁阀1、液控单向阀、进入液压缸左腔，同时，液压缸右腔的油经液控单向阀、电磁阀1回油箱，阀门缓慢关闭，达到全关位置时，电磁铁YN2失电，电磁阀回复到中间位置工作状态，锁压锁锁定阀门在全关状态。

      快关：正常运行时，电磁阀2的电磁铁YV3处于失电状态，二位四通电磁阀2工作状态处于右位，压力油经电磁间作为控制油，使插装阀3和插装阀4处于关闭状态。当需要快关时，电磁阀2的电磁铁YV3得电，工作状态为左位，插装阀3和插装阀4上部的控制油压消失，从蓄能器来的大量压力油打开插装阀3进入液压缸左腔，同时液压缸右腔的油经插装阀4回油箱，阀门快速关闭。快关后，电磁铁YN3失电。

      阀门活动试验：活动试验只能在阀门处于全开位置时进行，按“活动试验”按钮，关门电磁铁YN2得电，阀门缓慢关闭，待检测开关检测到试验位置时，关门电磁铁YN2失电，然后开门电磁铁YN1得电，阀门开始缓慢开启，直至全开。

      3 结论

      该电液联动快速关闭蝶阀使用一年多来，启闭运行良好，关闭严密性好，无蒸汽泄漏，可靠性高，同时故障率极低。该阀关闭时间短，快关时动作迅速，经实验测定，用411型毫秒表计时，阀门快关时间为0.64s，达到了使用要求。

      总之，电液联动快关蝶阀由于蝶阀采用了偏心金属锥形密封结构，密封性能达到了零泄漏，特别是电液控制系统动作的灵敏、可靠，能有效地防止管道由蒸汽的倒流，使汽轮机组的安全得到保证。

原创作者：浙江金锋自动化仪表有限公司