三偏心快关阀的液压系统设计与动态特性仿真

　　引言

　　自1967年新型的三偏心设计（Tripleeccentricdesign）蝶阀问世后，因其具有启闭力矩小，采用斜锥面良好的密封，抗磨损、使用寿命长等优点，很快被用于工业生产中的中高压流体系统[1]。三偏心蝶阀是在20世纪80年代引入我国[2]，到目前只有少数厂家能够制造三偏心金属密封蝶阀，但都远达不到零摩擦、零泄漏以及快速关闭的要求。近年来，大型三偏心蝶阀逐步推广应用到大型火电厂的燃气轮机保安系统中作为紧急切断阀（快关阀）。

　　为了保护汽轮机，在热电厂内供热机组的供热抽汽管道上靠近加热器侧设置蝶阀等快速关断阀作为紧急切断时用。随着燃气轮机组的大容量和巨型化，对其保安系统的动态响应和可靠性的要求越来越高。燃气轮机的紧急切断阀系统作为保安系统中的关键部分之一，其液压控制系统的动态响应特性及可靠性对汽轮机安全运行至关重要[3～4]。紧急切断阀系统是一个机、电、液一体化的系统，传统的紧急切断阀的液压控制系统设计主要以试验验证设计为主，并通过反复修正设计方法来达到系统性能要求，导致研制周期长、研究开发成本高[1～2]，已不能满足现代产品开发的要求。为了研究三偏心蝶阀系统在汽轮机保安系统中作为紧急切断阀的动态响应特性及可靠性，针对某直径1800mm三偏心蝶阀作为电站保安系统的紧急切断阀系统的功能要求，设计出紧急切断阀液压系统方案，建立相应系统的仿真模型。对在紧急切断阀的开阀及关阀过程进行系统动态特性仿真，并对研制的快关阀系统的动态响应进行了实测。试验表明，仿真结果与实测结果一致性很好。

　　1　紧急切断阀的功能要求及执行机构液压系统设计

　　1.1　三偏心蝶阀的特点及作为紧急切断阀系统的要求

　　三偏心结构蝶阀具有切断（Isolation）、调节（Throttling）和止回（Check）功能，在阀板的液压控制、执行机构、密封面结构等与传统蝶阀有较大差别。与传统蝶阀比较具有如下显著特点[1～2]：（1）密封性能好。为了实现启闭力矩小，采用斜锥面密封，关闭扭矩越大，密封性越高，甚至可以达到“零泄漏”；（2）调节性能好。通过控制旋转蝶板来调节流量和控制启闭；（3）减少了摩擦。减少了阀座与阀板之间在开关过程中的摩擦；（4）体积小。比同口径其它阀门结构上的尺寸小很多，便于安装维修；（5）高流通量。在相同流通条件下，三偏心蝶阀流通量比同尺寸截止阀高6～7倍；（6）行程短。在启闭时，阀轴只作70～90°旋转，其行程比闸阀或者截止阀启闭时间短。由于该阀具有如上优点，现已逐步推广应用到热电厂作为快关阀。但作为紧急切断阀系统，对于液压控制和执行的动态响应和可靠性都有一定要求。