浅谈高炉煤气主管道快速切断阀液压系统的设计

发布时间:2011-02-28  点击数:2527
    济钢高炉煤气主管道上配置的快速切断阀是国家强制性安全装置。调节阀口径比较大、通径φ2000mm蝶阀结构,采用液压转角器驱动,遇紧急情况时要求2s关闭以防止造成更大事故。
一、液压系统的主要技术要求
    1、紧急情况时主体蝶阀自全开位置到完全关闭的时间为2s,打开时间为15s。由于关闭速度太快,需要采取缓冲措施。
    2、主体蝶阀口径φ2000mm。
    3、液压转角器为左右两个活塞单齿条结构,齿轮轴孔输出,花键传动。液压转角器活塞直径φ180mm,转角90°。
    4、液压系统工作油压为20MPa,额定油压25MPa
    5、油泵采用柱向变量柱塞泵,排量10mL/r,额定压力31.5MPa
    6、主电动机功率4kW-4P,1450r/min,防爆。
    7、油泵停机后,系统主油压从22MPa降到20MPa所需时间应大于等于6h,实现保压节能。
    8、液压系统的电控部分分为现场控制和远程控制,现场控制为手动操作,远程控制为PLC控制并与主控系统联机。
    9、液压系统的现场用电器都必须采取隔爆措施,应符合GB3861.1-2000《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》和GB3836。2-2000《爆炸性环境用防爆电气设备隔爆型电气设备“d”》。
二、液压系统的设计思路
    根据以上技术要求,该液压系统的主体设计思路为隔爆型插装式液压系统,采用大容量蓄能器实现保压6h和被控蝶阀2s快速关闭时的大流量供油。如图1所示。
    1、插装阀采用盖板式锥型零泄漏插件,通径NG25。应用锥型零泄漏插件大大降低了液压系统的内泄,保证了实现保压6h的功能要求;NG25通径大大降低了对油流的阻力,保证了实现2s快速关闭蝶阀的功能要求。
    2、系统共四个插件,其主控电磁阀采用了DC24V隔爆型二位三通电磁球阀,该阀为零泄漏结构,保证了实现保压6h的功能要求。
    3、主溢流阀设置在油泵的出口和单向阀进口之间的油路上,这样消除了溢流阀的内泄对系统保压带来的不利因素,保证了保压6h的实现。
    4、在系统主油路的单向阀出口处设置了两台25L(31.5MPa)蓄能器,这两台蓄能器的作用:其一,当被控蝶阀快速关闭时,按2s计算所需系统流量为185L/min,如果单纯由泵供此流量则需要排量125mL/r的油泵和60kW-4P电动机,不但造价高而且启动慢不利于2s快关阀门的实现。蓄能器的应用解决这个问题,当被控蝶阀快速关闭时为系统提供大流量补油,并且所需的油泵排量和电动机功率都大大降低,采用了排量10mL/r(31.5MPa)变量柱塞泵和4kW-4P防爆电动机,造价大大降低,并且节能,确保实现2s快速关闭蝶阀。其二,蓄能器的应用确保实现了保压6h的功能要求。虽然系统中涉及保压的所有元件都采用了锥阀结构和球阀结构,但微量的内泄漏还是有的,这种微量内泄也会造成整个系统的压降,蓄能器里储存了大量的高压油,大大延长了压降持续时间。
    5、系统的执行元件采用的是左右活塞中间单齿条式液压转角器,最大转角90o。这种转角器有左右两个活塞,推动中间的单齿条左右运动,齿条的运动带动轴孔齿轮的旋转,进而带动被控蝶阀的开启和关闭。由于被控蝶阀较大,口径φ2000mm,当2s快速关闭时惯性冲量很大,如不采取缓冲措施则极有可能损坏蝶阀和液压转角器。我们在液压转角器的活塞行程末端设置了内部缓冲结构解决了这个问题,但缓冲行程也不宜太长,否则就会影响2s关闭的效果。


三、液压系统的工作过程
    启动电动机-泵为系统供油,溢流阀调定系统主压力为22MPa,这时两台25L蓄能器进入储油状态,当系统主压力上升到22MPa时,隔爆压力传感器测得该压力信号并远程传输给PLC,PLC发出指令使电动机-泵停止工作,这时系统进入保压状态(设计要求保压时间不得小于6h),当压力由22MPa降到20MPa,隔爆压力传感器测得该压力信号并远程传输给PLC,PLC发出指令使电动机-泵工作为系统供油,当压力上升到22MPa时再次停机,如此循环工作使系统油压始终维持在20~22MPa之间。当遇紧急情况时,主控室通过PLC控制二位三通隔爆电磁球阀换向,这时四个插件联动控制液压转角器转向将被控蝶阀迅速关闭。
四、实测结果
    该系统实地安装完工后对其进行验收测试:性能良好。空载关闭时间为1.6s,全载关闭时间为1.8s,系统实际保压时间达到12h。