電站電動(dòng)閥門(mén)電動(dòng)執行機構

                            上海申弘閥門(mén)有限公司
    電動(dòng)閥門(mén)電動(dòng)執行機構作為電動(dòng)閥門(mén)的動(dòng)力裝置，直接影響著(zhù)電動(dòng)閥門(mén)的使用性能。作為電站自動(dòng)控制的終端環(huán)節之一，電動(dòng)閥門(mén)在電站中起著(zhù)至關(guān)重要的作用。上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)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)調節閥,氣動(dòng)調節閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。因而，閥門(mén)電動(dòng)執行機構的選擇好壞將直接影響整個(gè)電廠(chǎng)的可靠性、安全性、經(jīng)濟性，甚至事關(guān)機組能否正常運行。
     電動(dòng)執行機構按其操作方式分為迴轉、直行程和角行程3種。以下就電站閥門(mén)電動(dòng)執行機構的選型談一談筆者的看法。
     根據所選閥門(mén)的使用的工況條件確定電動(dòng)執行機構是調節型的還是開(kāi)關(guān)型的。我們知道通常情況下，電動(dòng)調節閥采用的執行器多為調節型的；電動(dòng)閘閥、截止閥等采用的執行器多為開(kāi)關(guān)型的。但是閥門(mén)的類(lèi)型并不是電動(dòng)執行機構選型的*決定因素，當我們在為一個(gè)電動(dòng)閥門(mén)選擇使用調節型還是開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構時(shí)，該閥門(mén)在單位時(shí)間的使用頻率決定了應該選擇哪種電動(dòng)執行機構。例如，對采用遠方手動(dòng)操作控制的調節閥來(lái)說(shuō)法，亦可以采用開(kāi)關(guān)型的電動(dòng)執行機構。
     過(guò)去，電動(dòng)執行機構被嚴格地分為開(kāi)關(guān)型電動(dòng)裝置和調節型的電動(dòng)執行機構，因此我國至今仍有相應的國家標準對該類(lèi)產(chǎn)品有著(zhù)嚴格的定義和要求。但隨著(zhù)大量引進(jìn)型、進(jìn)口電動(dòng)執行機構進(jìn)入市場(chǎng)以來(lái)，以及自動(dòng)化水平的不斷提高，電動(dòng)執行機構不斷的向標準化，模塊化、智能化轉變，目前市場(chǎng)上的電動(dòng)執行機構主要有開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構和調節型電動(dòng)執行機構。
     開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構是過(guò)去常用的產(chǎn)品，如常州電站輔機廠(chǎng)的ZB系列、揚州電力修造廠(chǎng)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(mén)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(chǎng)大量使用。近幾年來(lái)，部分廠(chǎng)家也在老產(chǎn)品的基礎上，相繼延伸開(kāi)發(fā)出一體化的電動(dòng)裝置，并根據需要能提供4～20mA反饋電流信號，如常州電站輔機廠(chǎng)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(chǎng)提供了更多類(lèi)型調節閥電動(dòng)執行機構。

     由于過(guò)去調節閥僅起調節作用，其前常設有截止閥，所以通常對調節閥的泄漏等級要求并不高，故為減少閥門(mén)動(dòng)作需要的力矩采用平衡式結構，限于當時(shí)電動(dòng)執行機構的設計制造水平，因此調節型電動(dòng)執行機構通常為小功率的電動(dòng)執行機構。如自動(dòng)化儀表十一廠(chǎng)的DKZ系列等。但隨著(zhù)對調節閥要求的不斷提高，以及電站設計向大容量、高參數發(fā)展，原有的電動(dòng)執行機構功率已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，調節型電動(dòng)執行機構也逐漸開(kāi)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)設計制造，如揚州電力修造廠(chǎng)引進(jìn)德國西門(mén)子SIPOS3技術(shù)生產(chǎn)的2SA35系列調節型電動(dòng)執行機構，上海自動(dòng)化儀表十一廠(chǎng)引進(jìn)英國ROTORK公司技術(shù)生產(chǎn)的M系列調節型電動(dòng)執行機構，以及德國SIPOS公司（原屬西門(mén)子公司）生產(chǎn)的SIPOS55系列，英國ROTORK公司的IQM系列調節型電動(dòng)執行機構等。這些產(chǎn)品通常采用S4/S5工作制式，能滿(mǎn)足電動(dòng)執行機構每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(chǎng)調節型電動(dòng)執行機構的主導產(chǎn)品。

     與上述調節型電動(dòng)執行機構相對應，各進(jìn)口或采用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的廠(chǎng)家同時(shí)擁有它們的對應的開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構，如揚州電力修造廠(chǎng)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(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構等。這些產(chǎn)品也采用15min短時(shí)工作制，但能滿(mǎn)足電動(dòng)執行機構每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(chǎng)開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構的主導產(chǎn)品。
     值得注意的是，目前國內很多進(jìn)口電動(dòng)執行機構的代理商采用在開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構上添加控制單元，使之由原來(lái)的開(kāi)環(huán)控制轉換為閉環(huán)控制，在控制部分上達到與調節型電動(dòng)執行機構*一致，并作為調節型電動(dòng)執行機構銷(xiāo)售。我們對進(jìn)口開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構與調節型電動(dòng)執行機構作了個(gè)比較：
     （1）電機功率相同情況下調節型電動(dòng)執行機構輸出力矩小于開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構。
     （2）加工精度及定位精度調節型電動(dòng)執行機構大于開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構。
     （3）連續工作時(shí)間調節型電動(dòng)執行機構大于開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構。
     鑒于上述原因，以及國外廠(chǎng)家在價(jià)格定位上的不同，開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構的價(jià)格要遠小于調節型，采用這種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構作為調節型電動(dòng)執行機構使用，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節型控制部分。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節，且控制精度要求不高的場(chǎng)合下，使用開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構也無(wú)妨。需要指出的是，如果對調節閥使用情況不熟悉，或者該調節閥需要長(cháng)時(shí)間頻繁參與調節或者要求調節精度較高，建議還是使用正規調節型產(chǎn)品為好。

此流程中選用控制閥既簡(jiǎn)單又復雜。簡(jiǎn)單的過(guò)程介質(zhì)簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單來(lái)看電站閥門(mén)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，復雜的水和蒸汽的溫度與壓力波動(dòng)范圍大，帶來(lái)系列問(wèn)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、復合型給水調節閥)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包含兩個(gè)控制閥，一臺用于鍋爐啟動(dòng)時(shí)使用，渦街流量計一臺用于正常給水使用)工況情況：鍋爐啟動(dòng)時(shí)閥門(mén)壓差可達100-300公斤，流量較小，正常運行時(shí)壓差較小，流量大，流量可調比為75/1-100/1

V級關(guān)閉等級，閥門(mén)要求：WCB/WC9對于雙閥系統中的啟動(dòng)閥要求抗氣蝕。對于復合型給水閥需使用特性化閥內件同時(shí)滿(mǎn)足鍋爐啟動(dòng)與正常運行時(shí)的需要。一般閥門(mén)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(guò)小、溫升增加、水強烈氣蝕使泵損壞。老式電站有使用開(kāi)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)及停止運行。同時(shí)還有使用機械式的泵自動(dòng)循環(huán)閥)襯氟蝶閥

電站系統中承受壓差zui大的閥門(mén)，工況情況：壓降達160-350公斤。流量為正常流量的30%

防堵結構，閥門(mén)要求：抗氣蝕。V級密封等級，泵啟動(dòng)與停止運行時(shí)閥門(mén)連續工作，泵正常啟動(dòng)后此閥門(mén)關(guān)閉，閥門(mén)通常為故障開(kāi)。

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后一級疏水閥直接連接冷凝器或除氧器。

V或VI級密封等級，閥門(mén)要求：抗閃蒸沖刷。閥門(mén)通常為故障開(kāi)。

除氧器水位控制閥(DA LC

通過(guò)加入蒸汽提高水溫消除溶解在水中的氣體?？刂埔螅禾峁┝髁繄猿殖跗髡Ｋ?。

壓差大溫度，工況情況：?jiǎn)?dòng)階段流量較小。正常情況流量大，壓差小，工況類(lèi)似給水閥。

閥門(mén)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到控制要求。壓差較大，

輔助霧化型，閥門(mén)要求：類(lèi)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)

給汽機提供一個(gè)旁路通道，控制要求：將高溫高壓蒸汽調整到一定溫度壓力的蒸汽。鍋爐能夠獨立汽機而工作。

工況情況：高溫高壓蒸汽。

降噪，閥門(mén)要求：抗熱沖擊。反應迅速。

     在決定了執行機構工作方式后，我們需要根據實(shí)際需要選擇必要的控制單元。對于開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構來(lái)說(shuō)主要需要考慮以下幾點(diǎn)：
     （1）是否為一體化，即電動(dòng)執行機構不需要經(jīng)過(guò)控制柜內的交流換向接觸器就能直接采用控制信號驅動(dòng)，是電動(dòng)執行機構的發(fā)展方向。
     （2）是否需要4～20mA反饋信號，即能夠輸出閥門(mén)實(shí)際位置的信號。
     （3）需要那些開(kāi)關(guān)量輸出信號，如閥門(mén)開(kāi)關(guān)到位、故障信號等，以及這些信號為常開(kāi)還是常閉接點(diǎn)。
     （4）是否為智能化，目前還沒(méi)有嚴格的界定，通常認為應帶有液晶屏，采用CPU 控制芯片，具有人機對話(huà)的軟件界面。
     （5）對接收開(kāi)關(guān)量控制信號的要求
     （6）執行器的死區范圍
     （7）執行器需要的動(dòng)力電源要求
     對調節型電動(dòng)執行來(lái)說(shuō)，除了需要考慮以上幾點(diǎn)外，還應考慮是否需要4～20mA閥位給定信號，也就是閥門(mén)需要運行到的位置信號。一般來(lái)說(shuō)調節型電動(dòng)執行機構均帶有此項功能，只有少數要求采用開(kāi)關(guān)量調節的電動(dòng)執行機構可以不需要提供此功能。接下來(lái)需要考慮的是選擇執行機構需要輸出的操作力，通常直行程電動(dòng)執行機構輸出推力即閥門(mén)需要的推力，角行程電動(dòng)執行機構輸出轉矩即閥門(mén)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），而多迴轉電動(dòng)執行機構需要將執行器輸出的轉矩轉換成閥門(mén)需要的推力，一般采用梯形螺紋，計算公式如下：
      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
     需要注意的是必須考慮梯形螺紋摩擦系數f，在不同情況下可以是靜摩擦系數，也可能是動(dòng)摩擦系數。因此我們在計算閥門(mén)需要的zui大推力時(shí)必須根據閥門(mén)結構和運行的具體情況考慮此時(shí)梯形螺紋摩擦系數取值，考慮閥門(mén)冷熱態(tài)實(shí)際情況應留有一定的余量，避免出現執行器輸出轉矩不夠的情況。全程動(dòng)作時(shí)間也是執行器選擇的一個(gè)重要方面，一般來(lái)說(shuō)各個(gè)廠(chǎng)家都有自己的常規轉速，應盡量選擇常規轉速產(chǎn)品，它的大致計算方法如下：
     直行程全程動(dòng)作時(shí)間（s）=行程（mm）/ 執行器速度（mm/s）
     多轉式全程動(dòng)作時(shí)間（s）=行程（mm）×60 / 螺距（mm）/ 執行器轉速（r/min）
     角行程全程動(dòng)作時(shí)間（s）=行程（o）/ 執行器速度（o/s）
     我們還必須考慮閥門(mén)與執行器接口的問(wèn)題，由于過(guò)去我國的電動(dòng)執行機構有自己的標準接口，與標準不同，造成了目前市場(chǎng)上電動(dòng)執行機構接口的混雜，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(chǎng)家能提供接口齊全的產(chǎn)品，加裝過(guò)渡法蘭是常用的解決辦法，但在操作上應慎重，否則將導致閥門(mén)與執行器無(wú)法連接。因此若無(wú)特殊需要，新設計閥門(mén)可優(yōu)先采用ISO5210接口，該接口有通用性較強。      除此之外，同時(shí)我們還要考慮執行器是否采用防爆型、戶(hù)外型、防護等級是多少、電機的絕緣等級等安全要求，在此恕不細述。
     隨著(zhù)我國電站自動(dòng)化水平的不斷提高，相信在不久的將來(lái)電站閥門(mén)和執行器會(huì )運用更多的新技術(shù)和新工藝，本文是筆者在電站閥門(mén)電動(dòng)執行機構選型上的一些經(jīng)驗體會(huì )，以供對電動(dòng)執行機構選配時(shí)提供參考，并作為以后設計和選用新型電站閥門(mén)的一個(gè)前瞻性探討。與本文相關(guān)的論文有：防爆電氣設備容易放的三個(gè)誤區