孟祥杰，陸思雄

中國(guó)核電工程有限公司華東分公司，浙江嘉興　314300

氣動(dòng)截止閥工作原理及中性點(diǎn)調(diào)節(jié)方法研究

孟祥杰，陸思雄

中國(guó)核電工程有限公司華東分公司，浙江嘉興314300

根據(jù)氣動(dòng)截止閥結(jié)構(gòu)圖介紹了氣動(dòng)截止閥工作原理，并提出一種氣動(dòng)截止閥氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化方法；描述了氣動(dòng)截止閥中性點(diǎn)位置區(qū)域；分析了氣動(dòng)截止閥中性點(diǎn)破壞的幾種情況，并總結(jié)了中性點(diǎn)破壞后對(duì)閥門(mén)動(dòng)作的影響；針對(duì)中性點(diǎn)破壞的幾種情況，提出了將氣動(dòng)截止閥重新調(diào)節(jié)至中性點(diǎn)位置的方法。

氣動(dòng)截止閥；氣開(kāi)閥；氣關(guān)閥；中性點(diǎn)；中性點(diǎn)調(diào)節(jié)

氣動(dòng)截止閥是使用以壓縮空氣為動(dòng)力的氣動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)閥門(mén)動(dòng)作的。該類(lèi)閥門(mén)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、故障率低、維修方便等特點(diǎn)。因此被廣泛應(yīng)用于火電站、水電站、核電站等電廠(chǎng)。一般情況下該類(lèi)閥通過(guò)遠(yuǎn)程控制壓縮空氣的充排來(lái)控制閥門(mén)的動(dòng)作，但為了防止失去遠(yuǎn)程控制的方式后，導(dǎo)致閥門(mén)不可操作的意外情況發(fā)生，該類(lèi)閥門(mén)還設(shè)置了手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。在遠(yuǎn)程控制正常使用時(shí)，該手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)必須處于某一特定位置或區(qū)域，否則將影響閥門(mén)的正常遠(yuǎn)程控制動(dòng)作。通常表述即手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)需調(diào)節(jié)至“中性點(diǎn)”位置。

1　氣動(dòng)截止閥結(jié)構(gòu)

氣動(dòng)截止閥按進(jìn)氣后動(dòng)作不同可分為2類(lèi)：進(jìn)氣后閥門(mén)開(kāi)啟，即氣開(kāi)閥；進(jìn)氣后閥門(mén)關(guān)閉，即氣關(guān)閥。

對(duì)于氣開(kāi)閥，壓縮空氣入口在氣缸底部，壓緊彈簧在活塞上部，這樣活塞在壓緊彈簧彈力作用下，被壓至氣缸底部。閥桿通過(guò)螺母與活塞剛性連接成為整體。手輪連接螺桿，螺桿下部有一個(gè)軸承，軸承安裝在螺桿底部軸承底座上。該軸承在活塞上部凹形空間內(nèi)，并且凹形空間上部有一個(gè)上部螺帽與活塞螺紋連接。

氣關(guān)閥與氣開(kāi)閥結(jié)構(gòu)不同之處在于，一是進(jìn)氣口在氣缸上部；二是活塞安裝在氣缸上部，壓緊彈簧安裝在氣缸下部，其余結(jié)構(gòu)基本相同。

2　氣動(dòng)截止閥工作原理

氣動(dòng)閥遠(yuǎn)程控制是通過(guò)控制壓縮空氣進(jìn)排氣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。氣動(dòng)閥進(jìn)排氣控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。該結(jié)構(gòu)包括壓縮空氣過(guò)濾器、可手動(dòng)調(diào)節(jié)的減壓閥、壓力表和電磁閥。首先壓縮空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾，然后經(jīng)減壓閥減壓至氣動(dòng)閥額定工作壓力，最后通過(guò)一個(gè)電磁閥的動(dòng)作控制壓縮空氣進(jìn)排氣。

當(dāng)控制室給出一個(gè)氣動(dòng)閥門(mén)動(dòng)作信號(hào)后，電磁閥將得電動(dòng)作，壓縮空氣進(jìn)入氣動(dòng)閥氣缸內(nèi)。對(duì)于氣開(kāi)閥，壓縮空氣進(jìn)入氣缸后，壓縮空氣壓力作用于活塞上，活塞克服與缸體的摩擦力和彈簧彈力帶動(dòng)閥瓣向上移動(dòng)，閥門(mén)開(kāi)啟。對(duì)于氣關(guān)閥，動(dòng)作與之相反，氣缸進(jìn)氣后閥門(mén)關(guān)閉。當(dāng)控制室取消閥門(mén)動(dòng)作信號(hào)后，電磁閥失電，氣缸內(nèi)壓縮空氣排至大氣，對(duì)于氣開(kāi)閥，活塞在彈簧彈力作用下關(guān)閉。相反，氣關(guān)閥閥門(mén)開(kāi)啟。

除了上述遠(yuǎn)程動(dòng)作外，氣動(dòng)閥門(mén)還可手動(dòng)操作。氣開(kāi)閥失氣關(guān)閉，手動(dòng)操作手輪逆時(shí)針（本文所述方向均為俯視手輪觀察的轉(zhuǎn)向）轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)螺桿帶動(dòng)軸承先在活塞凹形空間內(nèi)向上移動(dòng)，當(dāng)軸承接觸到上部螺帽后，將帶動(dòng)活塞克服與缸體摩擦力和彈簧彈力向上移動(dòng)，閥門(mén)開(kāi)啟。手動(dòng)操作手輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，閥門(mén)關(guān)閉。

氣關(guān)閥失氣開(kāi)啟，手動(dòng)操作手輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)螺桿帶動(dòng)軸承先在活塞凹形空間內(nèi)向下移動(dòng)，當(dāng)軸承底座接觸到閥桿頂部后，將帶動(dòng)活塞克服與缸體摩擦力和彈簧彈力向下移動(dòng)，閥門(mén)關(guān)閉。手動(dòng)操作手輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，閥門(mén)開(kāi)啟。

3　氣動(dòng)截止閥簡(jiǎn)化示意圖

為了便于后文對(duì)氣動(dòng)截止閥中性點(diǎn)的相關(guān)分析，將氣動(dòng)截止閥結(jié)構(gòu)做如圖3所示的簡(jiǎn)化。

由于簡(jiǎn)化的目的是便于中性點(diǎn)分析，所以只對(duì)氣動(dòng)裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)化。但在氣動(dòng)裝置簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)中標(biāo)出了活塞對(duì)應(yīng)于閥門(mén)全開(kāi)位置和閥門(mén)全關(guān)位置時(shí)的位置，以指示閥門(mén)狀態(tài)。

4　氣動(dòng)截止閥中性點(diǎn)

所謂氣動(dòng)閥中性點(diǎn)是指當(dāng)閥門(mén)正常運(yùn)行時(shí)，手輪處于某一不影響遠(yuǎn)程氣動(dòng)動(dòng)作的位置，這一位置區(qū)間即為中性點(diǎn)。手輪位置太高或太低都會(huì)使閥門(mén)動(dòng)作不完全。圖4例舉了手輪在異常

位置的情況。氣開(kāi)閥失氣正常關(guān)閉后，若手輪被誤動(dòng)作使螺桿帶動(dòng)軸承向閥門(mén)關(guān)閉方向移動(dòng)一段距離，如圖（a）所示，此時(shí)并不影響正常關(guān)閉狀態(tài)，但若控制室給出閥門(mén)開(kāi)啟信號(hào)，

則活塞只能向上移動(dòng)至圖（b）所示位置，從圖中可以看出，此時(shí)活塞被軸承底座“頂住”無(wú)法達(dá)到閥門(mén)全開(kāi)位置。氣開(kāi)閥在進(jìn)氣全開(kāi)后，若手輪被誤動(dòng)作使螺桿帶動(dòng)軸承向閥門(mén)開(kāi)啟

方向移動(dòng)一段距離，如圖（c）所示，如此時(shí)控制室給出一個(gè)閥門(mén)關(guān)閉信號(hào)，則活塞只能下移至如圖（d）所示位置，即活塞被軸承“掛住”，無(wú)法達(dá)到閥門(mén)全關(guān)位置。

氣關(guān)閥也有類(lèi)似情況，當(dāng)氣關(guān)閥失氣全開(kāi)時(shí)，若手輪被誤動(dòng)作使螺桿帶動(dòng)軸承向閥門(mén)開(kāi)啟方向移動(dòng)一段距離，如圖（e）所示，此時(shí)若控制室給出閥門(mén)關(guān)閉信號(hào)，則活塞將被軸承“掛住”在圖（f）位置，無(wú)法全關(guān)。當(dāng)氣關(guān)閥進(jìn)氣全關(guān)時(shí)，若手輪被誤動(dòng)作使螺桿帶動(dòng)軸承向閥門(mén)關(guān)閉方向移動(dòng)一段距離，如圖（g）所示，此時(shí)若控制室給出閥門(mén)開(kāi)啟信號(hào)，則活塞將被軸承底座“頂住”在圖（h）位置，無(wú)法全開(kāi)。

從上述內(nèi)容可以看出，不管是氣開(kāi)閥還是氣關(guān)閥，手輪位置過(guò)低都會(huì)影響閥門(mén)全開(kāi)，過(guò)高會(huì)影響閥門(mén)全關(guān)。實(shí)際上只要軸承底座位置不低于閥門(mén)全開(kāi)時(shí)閥桿頂部的最高點(diǎn)，就不會(huì)影響閥門(mén)開(kāi)啟，只要軸承位置不高于閥門(mén)全關(guān)時(shí)上部螺帽最低點(diǎn)，就不會(huì)影響閥門(mén)關(guān)閉。因此，在閥門(mén)全開(kāi)時(shí)軸承底座與閥桿頂部剛好接觸的位置到閥門(mén)全關(guān)時(shí)軸承與上部螺帽剛好接觸的位置之間的區(qū)域即為中性點(diǎn)，如圖5所示兩虛線(xiàn)之間的區(qū)域。

5　氣動(dòng)截止閥中性點(diǎn)調(diào)節(jié)方法

閥門(mén)偏離中性點(diǎn)（通常稱(chēng)之為中性點(diǎn)破壞）會(huì)使閥門(mén)不能全開(kāi)或全關(guān)，即造成閥門(mén)的節(jié)流或內(nèi)漏。因此在閥門(mén)偏離中性點(diǎn)后，需要通過(guò)一定方法將手輪調(diào)回至中性點(diǎn)位置。

圖4實(shí)際上已給出了8種偏離中性點(diǎn)情況（氣開(kāi)閥和氣關(guān)閥各4種），在調(diào)節(jié)前，首先需要判斷是哪種情況，即要判斷軸承在凹形空間的位置。軸承是在氣動(dòng)頭缸體內(nèi)的，其位置無(wú)法直接觀察到，因此需要通過(guò)其它辦法來(lái)判斷。對(duì)于圖（a）、（c）、（e）、（g）的位置，此時(shí)軸承及軸承底座并未與活塞接觸，因此不需要克服活塞與缸體摩擦力和彈簧彈力就可轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，即手輪不受力。而圖（b）、（d）、（f）、（h），活塞都與軸承或軸承底座接觸，并被“掛住”或“頂住.”，因此需要克服活塞與缸體摩擦力和彈簧彈力才可轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，即手輪受力。因此在實(shí)際操作中可以通過(guò)手輪是否受力、閥門(mén)是否供氣及進(jìn)氣口的位置（判斷是氣開(kāi)閥還是氣關(guān)閥），便可判斷出屬于哪種中性點(diǎn)偏離情況，具體判斷如表1。

表1　中性點(diǎn)偏離情況判斷

經(jīng)過(guò)表1確定中性點(diǎn)偏離情況后即可通過(guò)下面對(duì)應(yīng)方法進(jìn)行調(diào)節(jié)：

1）圖（a）：操作手輪向開(kāi)方向轉(zhuǎn)至剛好受力（軸承接觸到上部螺帽），即到達(dá)中性點(diǎn)區(qū)域最高位置。

2）圖（b）：操作手輪向開(kāi)方向轉(zhuǎn)至剛好不受力（軸承與閥桿頂部脫開(kāi)），即到達(dá)中性點(diǎn)區(qū)域最低位置；這樣直接在受力情況下轉(zhuǎn)動(dòng)手輪需要較大力，但如果允許閥門(mén)失氣動(dòng)作，可以先將閥門(mén)失氣全關(guān)，即到達(dá)圖（a）的位置，此時(shí)再按圖（a）的方法調(diào)節(jié)，就比較輕松。

3）圖（c）：操作手輪向關(guān)方向轉(zhuǎn)至剛好受力（軸承底座接觸到閥桿頂部），即到達(dá)中性點(diǎn)區(qū)域最低位置。

4）圖（d）：操作手輪向關(guān)方向轉(zhuǎn)至剛好不受力（軸承與上部螺帽脫開(kāi)），即到達(dá)中性點(diǎn)區(qū)域最高位置。該種情況如果允許閥門(mén)進(jìn)氣，可以先將閥門(mén)進(jìn)氣開(kāi)啟，再按圖（c）的情況調(diào)節(jié)，這樣比較輕松。

5）圖（e）：操作手輪向關(guān)方向轉(zhuǎn)至剛好受力（軸承底座與閥桿頂部接觸），即到達(dá)中性點(diǎn)區(qū)域最低位置。

6）圖（f）：操作手輪向關(guān)方向轉(zhuǎn)至剛好不受力（軸承與上部螺帽脫開(kāi)），即達(dá)到中性點(diǎn)區(qū)域最高位置。該種情況如果允許閥門(mén)失氣，可以先將閥門(mén)失氣開(kāi)啟，再按圖（e）的情況調(diào)節(jié)，這樣比較輕松。

7）圖（g）：操作手輪向開(kāi)方向轉(zhuǎn)至剛好受力（軸承與上部螺帽接觸），即達(dá)到中性點(diǎn)區(qū)域最高位置。

8）圖（h）：操作手輪向開(kāi)方向轉(zhuǎn)至剛好不受力（軸承底座與閥桿頂部脫開(kāi)），即達(dá)到中性點(diǎn)區(qū)域最低位置。這種情況如果允許閥門(mén)進(jìn)氣，可以先將閥門(mén)進(jìn)氣關(guān)閉，再按圖（g）的情況調(diào)節(jié)，這樣比較輕松。

根據(jù)上述方法將中性點(diǎn)調(diào)好后要使用手輪鎖定裝置將手輪鎖定，防止誤動(dòng)作再次破壞中性點(diǎn)。

6　結(jié)論

1）以活塞式氣開(kāi)閥和活塞式氣關(guān)閥為例，詳細(xì)介紹了氣動(dòng)截止閥結(jié)構(gòu)，并對(duì)遠(yuǎn)程控制和手動(dòng)動(dòng)作2種方式進(jìn)行了描述，對(duì)閥門(mén)操作和維修人員了解閥門(mén)原理具有一定指導(dǎo)意義。

2）提供了一種氣動(dòng)截止閥氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化方法，并通過(guò)簡(jiǎn)化圖分析了中性點(diǎn)破壞的幾種情況，同時(shí)總結(jié)了中性點(diǎn)破壞后對(duì)閥門(mén)狀態(tài)的影響。

3）通過(guò)對(duì)氣動(dòng)截止閥氣動(dòng)裝置簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖的分析，詳細(xì)定義了中性點(diǎn)位置。并針對(duì)中性點(diǎn)破壞各種情況提出了將手動(dòng)裝置重新調(diào)節(jié)至中性點(diǎn)位置的方法，在實(shí)際應(yīng)用中具有重要指導(dǎo)意義。

［1］李藝云，姚寧沂.核電廠(chǎng)常見(jiàn)氣動(dòng)閥中性點(diǎn)設(shè)置分析［J］.科技傳播，2016（4）：126-127，154.

［2］左修民.氣動(dòng)截止閥中性點(diǎn)設(shè)置分析［J］.水利電力機(jī)械，2006，28（10）：11-13.

［3］田傳久.核電廠(chǎng)通用機(jī)械設(shè)備概述［M］.北京：中國(guó)原子能出版?zhèn)髅接邢薰荆?010.

TH17

A

1674-6708（2016）166-0223-03

孟祥杰，助理工程師，中國(guó)核電工程有限公司華東分公司，研究方向?yàn)楹穗娬竟に囅到y(tǒng)調(diào)試工作及調(diào)試技術(shù)研究。陸思雄，中國(guó)核電工程有限公司華東分公司，研究方向?yàn)楹穗娬竟に囅到y(tǒng)調(diào)試工作及調(diào)試技術(shù)研究。