摘 要:本文闡述了高爐煤氣主管道快速切斷(安全)閥液壓系統的關鍵技術要求,以及基于該技術要求的設計思路。
   關鍵詞:隔爆; 快速關閉; 保壓; PLC控制

   1、前言
   濟鋼高爐煤氣主管道上配置的快速切斷閥是國家強制性安全裝置。閥門口徑比較大,通徑Φ2000mm,蝶閥結構,液壓轉角器驅動,遇緊急情況時要求2s關閉,以防止造成更大事故。
   2、液壓系統的主要技術要求
  (1)主體蝶閥口徑Φ2000mm。
  (2)液壓轉角器為左右兩個活塞單齒條結構,齒輪孔輸出,花鍵傳動。液壓轉角器活塞直徑Φ180mm,
  (3)緊急情況時主體蝶閥自全開位置到完全關閉的時間為2s,打開時間為15s。由于關閉速度太快,需要采取緩沖措施。
  (4)液壓系統工作壓為20MPa。額定壓力25MPa。
  (5)油泵采用變量柱塞泵,排量10mL/r,額定壓力31.5Ma。
  (6)主電動機功率4kW,轉速1450r/min,防爆。
  (7)油泵停機后,系統主壓力從22MPa降到20MPa的時間應大于等于6h,實現保壓節能。
  (8)液壓系統的電控部分分為現場控制和遠程控制,現場控制為手動操作,遠程控制為PLC控制并與主控系統聯機。
  (9)液壓系統的現場用電器都必須采取隔爆措施,應符合GB3861.1-2000《爆炸性環境用防爆電氣設備通用要求》和GB3836.2-2000《爆炸性環境用防爆電氣設備隔爆型電氣設備“d”》。
    3、液壓系統的設計思路
   根據以上技術要求,該液壓系統的主體設計思路為隔爆型插裝式液壓系統,采用大容量蓄能器實現保壓6h和被控蝶閥2s快速關閉時的大流量供油。如圖1所示。
    
                       圖1： 液壓系統
        1--油箱   2--吸油過濾器  3--空氣過濾器  4--液位計  5--變量柱塞泵
        6--電動機  7--溢流閥  8--壓力過濾器  9--單向閥  10--壓力表
        11--蓄能器   12--壓力傳感器  13--高壓球閥  14--插裝閥組
        15--電磁球閥  16--液壓轉角器  17--被控蝶閥

  (1)插裝閥采用蓋板式錐型零泄漏插件,通徑NG25。應用錐型零泄漏插件大大降低了液壓系統的內泄,保證了實現保壓6h的功能要求;NG25通徑大大降低了對油流的阻力,保證了實現2s快速關閉蝶閥的功能要求。
  (2)系統共四個插件,其主控電磁閥采用了DC24V隔爆型二位三通電磁球閥,該閥為零泄漏結構,保證了實現保壓6h的功能要求。
  (3)主溢流閥設置在油泵的出口和單向閥進口之間的油路上。這洋消除了溢流的內泄對系統保壓帶來的不利因素，保證了保壓6h的實現。
 （4）在系統主油路單向閥出口處沒置了兩臺25L(31.5MPa)蓄能器，這兩臺蓄能器的作用：其一,當被控蝶閥快速關閉時，按2s計算系統所需流量為185L/min,如果單純由液壓泵供此流量，則需要排量為125ml/r的液壓泵和60Kw的電動機。不但造價高，而且啟動慢，不利于2s快速關閉閥門的實現。蓄能器的應用解決這個問題,當被控蝶閥快速關閉時為系統提供大流量補油,并且所需的油泵排量和電動機功率都大大降低,采用了排量10mm/r(31.5MPa)變量柱塞泵和4kW-4P防爆電動機,造價大大降低,并且節能,確保實現2s快速關閉蝶閥。其二,蓄能器的應用確保實現了保壓6h的功能要求。雖然系統中涉及保壓的所有元件都采用了錐閥結構和球閥結構,但微量的內泄漏還是有的,這種微量內泄也會造成整個系統的壓降,蓄能器里儲存了大量的高壓油,大大延長了壓降持續時間。
  (5)系統的執行元件采用的是左右活塞中間單齒條式液壓轉角器,最大轉角90°。這種轉角器有左右兩個活塞,推動中間的單齒條左右運動,齒條的運動帶動軸孔齒輪的旋轉,進而帶動被控蝶閥的開啟和關閉。由于被控蝶閥較大,口徑Φ2000mm,當2s快速關閉時慣性沖量很大,如不采取緩沖措施則極有可能損壞蝶閥和液壓轉角器。我們在液壓轉角器的活塞行程末端設置了內部緩沖結構解決了這個問題,但緩沖行程也不宜太長,否則就會影響2s關閉的效果。
     4、液壓系統的工作過程
   啟動電動機--泵為系統供油,溢流閥調定系統主壓力為22MPa,這時兩臺25L蓄能器進入儲油狀態,當系統主壓力上升到22MPa時,隔爆壓力傳感器測得該壓力信號并遠程傳輸給PLC,PLC發出指令使電動機--泵停止工作,這時系統進入保壓狀態(設計要求保壓時間不得小于6h),當壓力由22MPa降到20MPa,隔爆壓力傳感器測得該壓力信號并遠程傳輸給PLC,PLC發出指令使電動機--泵工作為系統供油,當壓力上升到22MPa時再次停機,如此循環工作使系統油壓始終維持在20~22MPa
之間。當遇緊急情況時,主控室通過PLC控制二位三通隔爆電磁球閥換向,這時四個插件聯動控制液壓轉角器轉向,將被控蝶閥迅速關閉。
     5、實測結果
   該系統實地安裝完工后對其進行驗收測試,性能良好,空載關閉時間為1.6s,全載關閉時間為1.8s,系統實際保壓時間達到12h。
    參 考 文 獻
 (1)雷天覺、揚爾莊、李壽剛。新編液壓工程手冊[M]。北京:北京理工大學出版社,1998。
 (2)趙靜一,姚成玉。液壓系統的可靠性研究進展[J].液壓氣動與