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電站電動(dòng)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
上海申弘閥門有限公司
電動(dòng)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為電動(dòng)閥門的動(dòng)力裝置，直接影響著電動(dòng)閥門的使用性能。作為電站自動(dòng)控制的終端環(huán)節(jié)之一，電動(dòng)閥門在電站中起著至關(guān)重要的作用。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥,電動(dòng)球閥,氣動(dòng)球閥,電動(dòng)閘閥,氣動(dòng)閘閥,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。因而，閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇好壞將直接影響整個(gè)電廠的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，甚至事關(guān)機(jī)組能否正常運(yùn)行。
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按其操作方式分為迴轉(zhuǎn)、直行程和角行程3種。以下就電站閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型談一談筆者的看法。
根據(jù)所選閥門的使用的工況條件確定電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)型的還是開關(guān)型的。我們知道通常情況下，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用的執(zhí)行器多為調(diào)節(jié)型的；電動(dòng)閘閥、截止閥等采用的執(zhí)行器多為開關(guān)型的。但是閥門的類型并不是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型的*決定因素，當(dāng)我們在為一個(gè)電動(dòng)閥門選擇使用調(diào)節(jié)型還是開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，該閥門在單位時(shí)間的使用頻率決定了應(yīng)該選擇哪種電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。例如，對采用遠(yuǎn)方手動(dòng)操作控制的調(diào)節(jié)閥來說法，亦可以采用開關(guān)型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
過去，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被嚴(yán)格地分為開關(guān)型電動(dòng)裝置和調(diào)節(jié)型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此我國至今仍有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)對該類產(chǎn)品有著嚴(yán)格的定義和要求。但隨著大量引進(jìn)型、進(jìn)口電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)入市場以來，以及自動(dòng)化水平的不斷提高，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不斷的向標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化、智能化轉(zhuǎn)變，目前市場上的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是過去常用的產(chǎn)品，如常州電站輔機(jī)廠的ZB系列、揚(yáng)州電力修造廠的DZW系列，均采用15min短時(shí)工作制，每h允許啟動(dòng)頻率通常為100次，主要適用于要求不高，動(dòng)作不頻繁的兩位制閥門上，由于它具有功率大、成本低、可靠性較好的優(yōu)勢，至今仍在電廠大量使用。近幾年來，部分廠家也在老產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，相繼延伸開發(fā)出一體化的電動(dòng)裝置，并根據(jù)需要能提供4～20mA反饋電流信號(hào)，如常州電站輔機(jī)廠的ZB一體化系列等。盡管相對于老產(chǎn)品其價(jià)格有所提高，但為電廠提供了更多類型調(diào)節(jié)閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
由于過去調(diào)節(jié)閥僅起調(diào)節(jié)作用，其前常設(shè)有截止閥，所以通常對調(diào)節(jié)閥的泄漏等級(jí)要求并不高，故為減少閥門動(dòng)作需要的力矩采用平衡式結(jié)構(gòu)，限于當(dāng)時(shí)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造水平，因此調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常為小功率的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如自動(dòng)化儀表十一廠的DKZ系列等。但隨著對調(diào)節(jié)閥要求的不斷提高，以及電站設(shè)計(jì)向大容量、高參數(shù)發(fā)展，原有的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率已經(jīng)不能滿足要求，調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也逐漸開始采用大功率產(chǎn)品。主要品種為進(jìn)口或采用引進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)制造，如揚(yáng)州電力修造廠引進(jìn)德國西門子SIPOS3技術(shù)生產(chǎn)的2SA35系列調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，上海自動(dòng)化儀表十一廠引進(jìn)英國ROTORK公司技術(shù)生產(chǎn)的M系列調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及德國SIPOS公司（原屬西門子公司）生產(chǎn)的SIPOS55系列，英國ROTORK公司的IQM系列調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。這些產(chǎn)品通常采用S4/S5工作制式，能滿足電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)每h動(dòng)作1200次的要求。具有自動(dòng)化程度高、可靠性好、速度快、功能多、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前電廠調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主導(dǎo)產(chǎn)品。
與上述調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對應(yīng)，各進(jìn)口或采用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的廠家同時(shí)擁有它們的對應(yīng)的開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如揚(yáng)州電力修造廠的2SA30系列，上海自動(dòng)化儀表的A系列，以及德國SIPOS公司的SIPOS50系列，英國ROTORK公司的IQ系列開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。這些產(chǎn)品也采用15min短時(shí)工作制，但能滿足電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)每h啟動(dòng)600次的要求。它們也同時(shí)擁有自動(dòng)化程度較高、可靠性好、功能多、控制精度較高等優(yōu)點(diǎn)，但成本可大幅下降，同時(shí)也是目前電廠開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主導(dǎo)產(chǎn)品。
值得注意的是，目前國內(nèi)很多進(jìn)口電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的代理商采用在開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上添加控制單元，使之由原來的開環(huán)控制轉(zhuǎn)換為閉環(huán)控制，在控制部分上達(dá)到與調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)*一致，并作為調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)銷售。我們對進(jìn)口開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作了個(gè)比較：
（1）電機(jī)功率相同情況下調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩小于開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
（2）加工精度及定位精度調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)大于開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
（3）連續(xù)工作時(shí)間調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)大于開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
鑒于上述原因，以及國外廠家在價(jià)格定位上的不同，開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的價(jià)格要遠(yuǎn)小于調(diào)節(jié)型，采用這種經(jīng)過改進(jìn)的開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用，能大幅度降低成本。如德國SIPOS公司的SIPOS50系列，英國ROTORK公司的IQ系列等都可以選用調(diào)節(jié)型控制部分。由于我國目前自動(dòng)控制程度相對較低，在很多不需頻繁操作參與調(diào)節(jié)，且控制精度要求不高的場合下，使用開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也無妨。需要指出的是，如果對調(diào)節(jié)閥使用情況不熟悉，或者該調(diào)節(jié)閥需要長時(shí)間頻繁參與調(diào)節(jié)或者要求調(diào)節(jié)精度較高，建議還是使用正規(guī)調(diào)節(jié)型產(chǎn)品為好。
此流程中選用控制閥既簡單又復(fù)雜。簡單的過程介質(zhì)簡單，簡單來看電站閥門電力流程實(shí)際上是水、蒸汽的循環(huán)流程。只有水和蒸汽兩種，復(fù)雜的水和蒸汽的溫度與壓力波動(dòng)范圍大，帶來系列問題如：閃蒸、氣蝕、沖刷、噪音、腐蝕。但首先要考慮的控制閥的平安性與可靠性。
保證蒸汽蒸發(fā)量，給水閥(主、附鍋爐給水閥、復(fù)合型給水調(diào)節(jié)閥)控制要求：控制鍋爐進(jìn)水量。維持鍋爐水位(主、附型鍋爐給水閥系統(tǒng)包含兩個(gè)控制閥，一臺(tái)用于鍋爐啟動(dòng)時(shí)使用，渦街流量計(jì)一臺(tái)用于正常給水使用)工況情況：鍋爐啟動(dòng)時(shí)閥門壓差可達(dá)100-300公斤，流量較小，正常運(yùn)行時(shí)壓差較小，流量大，流量可調(diào)比為75/1-100/1
V級(jí)關(guān)閉等級(jí)，閥門要求：WCB/WC9對于雙閥系統(tǒng)中的啟動(dòng)閥要求抗氣蝕。對于復(fù)合型給水閥需使用特性化閥內(nèi)件同時(shí)滿足鍋爐啟動(dòng)與正常運(yùn)行時(shí)的需要。一般閥門選擇為故障關(guān)。
鍋爐給水泵zui小流量循環(huán)閥
消除因流量過小、溫升增加、水強(qiáng)烈氣蝕使泵損壞。老式電站有使用開關(guān)型的zui小流量控制閥，控制要求：使鍋爐給水泵安全啟動(dòng)及停止運(yùn)行。同時(shí)還有使用機(jī)械式的泵自動(dòng)循環(huán)閥)襯氟蝶閥
電站系統(tǒng)中承受壓差zui大的閥門，工況情況：壓降達(dá)160-350公斤。流量為正常流量的30%
防堵結(jié)構(gòu)，閥門要求：抗氣蝕。V級(jí)密封等級(jí)，泵啟動(dòng)與停止運(yùn)行時(shí)閥門連續(xù)工作，泵正常啟動(dòng)后此閥門關(guān)閉，閥門通常為故障開。
高低電加熱器疏水閥(給水加熱器疏水、冷凝水加熱器疏水)
及時(shí)將冷凝水排放，控制要求：控制加熱器中冷凝水的位置。高水位排放，正常水位疏水
加熱器之間的控制閥壓差一般為6-30公斤，工況情況：飽和水。zui后一級(jí)疏水閥直接連接冷凝器或除氧器。
V或VI級(jí)密封等級(jí)，閥門要求：抗閃蒸沖刷。閥門通常為故障開。
除氧器水位控制閥(DA LC
通過加入蒸汽提高水溫消除溶解在水中的氣體?？刂埔螅禾峁┝髁繄?jiān)持除氧器正常水位。
壓差大溫度，工況情況：啟動(dòng)階段流量較小。正常情況流量大，壓差小，工況類似給水閥。
閥門要求：較低流量時(shí)有效抗氣蝕。
減溫閥(減溫器)
工況情況：水，控制要求：將高壓水噴射入蒸汽中使蒸汽溫度達(dá)到控制要求。壓差較大，
輔助霧化型，閥門要求：類型多樣：噴嘴型。自我容納型及對夾型。
減溫減壓閥(高、低壓旁路閥)
給汽機(jī)提供一個(gè)旁路通道，控制要求：將高溫高壓蒸汽調(diào)整到一定溫度壓力的蒸汽。鍋爐能夠獨(dú)立汽機(jī)而工作。
工況情況：高溫高壓蒸汽。
降噪，閥門要求：抗熱沖擊。反應(yīng)迅速。
在決定了執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作方式后，我們需要根據(jù)實(shí)際需要選擇必要的控制單元。對于開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來說主要需要考慮以下幾點(diǎn)：
（1）是否為一體化，即電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不需要經(jīng)過控制柜內(nèi)的交流換向接觸器就能直接采用控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)，是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展方向。
（2）是否需要4～20mA反饋信號(hào)，即能夠輸出閥門實(shí)際位置的信號(hào)。
（3）需要那些開關(guān)量輸出信號(hào)，如閥門開關(guān)到位、故障信號(hào)等，以及這些信號(hào)為常開還是常閉接點(diǎn)。
（4）是否為智能化，目前還沒有嚴(yán)格的界定，通常認(rèn)為應(yīng)帶有液晶屏，采用CPU 控制芯片，具有人機(jī)對話的軟件界面。
（5）對接收開關(guān)量控制信號(hào)的要求
（6）執(zhí)行器的死區(qū)范圍
（7）執(zhí)行器需要的動(dòng)力電源要求
對調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行來說，除了需要考慮以上幾點(diǎn)外，還應(yīng)考慮是否需要4～20mA閥位給定信號(hào)，也就是閥門需要運(yùn)行到的位置信號(hào)。一般來說調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均帶有此項(xiàng)功能，只有少數(shù)要求采用開關(guān)量調(diào)節(jié)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以不需要提供此功能。接下來需要考慮的是選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要輸出的操作力，通常直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出推力即閥門需要的推力，角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)矩即閥門需要的力矩（底座曲柄型連接除外，目前已不大使用，在此不詳述），而多迴轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要將執(zhí)行器輸出的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成閥門需要的推力，一般采用梯形螺紋，計(jì)算公式如下：
T=2M/（1000d×tan（α+ρ））
T ---輸出推力（N）
M---輸出力矩（N•m）
d---梯形螺紋中徑（mm）
α---梯形螺紋壓力角α=ATAN（s/IId）
ρ---梯形螺紋摩擦角ρ=ATAN（f）
s---梯形螺紋螺距（mm）
f ---梯形螺紋摩擦系數(shù)
需要注意的是必須考慮梯形螺紋摩擦系數(shù)f，在不同情況下可以是靜摩擦系數(shù)，也可能是動(dòng)摩擦系數(shù)。因此我們在計(jì)算閥門需要的zui大推力時(shí)必須根據(jù)閥門結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的具體情況考慮此時(shí)梯形螺紋摩擦系數(shù)取值，考慮閥門冷熱態(tài)實(shí)際情況應(yīng)留有一定的余量，避免出現(xiàn)執(zhí)行器輸出轉(zhuǎn)矩不夠的情況。全程動(dòng)作時(shí)間也是執(zhí)行器選擇的一個(gè)重要方面，一般來說各個(gè)廠家都有自己的常規(guī)轉(zhuǎn)速，應(yīng)盡量選擇常規(guī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)品，它的大致計(jì)算方法如下：
直行程全程動(dòng)作時(shí)間（s）=行程（mm）/ 執(zhí)行器速度（mm/s）
多轉(zhuǎn)式全程動(dòng)作時(shí)間（s）=行程（mm）×60 / 螺距（mm）/ 執(zhí)行器轉(zhuǎn)速（r/min）
角行程全程動(dòng)作時(shí)間（s）=行程（o）/ 執(zhí)行器速度（o/s）
我們還必須考慮閥門與執(zhí)行器接口的問題，由于過去我國的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有自己的標(biāo)準(zhǔn)接口，與標(biāo)準(zhǔn)不同，造成了目前市場上電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口的混雜，常用的有GB2920接口、GB12222接口、ISO5210接口、DIN3210接口等，尤其要注意的是目前很少有生產(chǎn)廠家能提供接口齊全的產(chǎn)品，加裝過渡法蘭是常用的解決辦法，但在操作上應(yīng)慎重，否則將導(dǎo)致閥門與執(zhí)行器無法連接。因此若無特殊需要，新設(shè)計(jì)閥門可優(yōu)先采用ISO5210接口，該接口有通用性較強(qiáng)。 除此之外，同時(shí)我們還要考慮執(zhí)行器是否采用防爆型、戶外型、防護(hù)等級(jí)是多少、電機(jī)的絕緣等級(jí)等安全要求，在此恕不細(xì)述。
隨著我國電站自動(dòng)化水平的不斷提高，相信在不久的將來電站閥門和執(zhí)行器會(huì)運(yùn)用更多的新技術(shù)和新工藝，本文是筆者在電站閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型上的一些經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，以供對電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選配時(shí)提供參考，并作為以后設(shè)計(jì)和選用新型電站閥門的一個(gè)前瞻性探討。與本文相關(guān)的論文有：防爆電氣設(shè)備容易放的三個(gè)誤區(qū)
