气动截止阀门工作原理介绍

    气动截止阀门工作原理：使用压缩空气作为动力源的阀门大部分采用远程控制，由主控室手动或自动触发动作指令，使进、排气电磁阀动作，向执行机构内供、排压缩空气。压缩空气作用在活塞或隔膜上，克服阀门动作的摩擦力和阀杆上的弹簧弹力，从而压下（对于失气开阀门）或提起（对于失气关阀门）阀杆，带动阀芯上下动作，使阀门打开或关闭。

    在阀门失气，驱动头内无压缩空气时，阀门会按照系统的要求处于全开或全关的安全位置。电厂用仪用压缩空气，供气压力一般为4～9bar，在进入到阀门之前，首先通过过滤器将压缩空气过滤、净化，然后通过减压阀减压，入口压力表的读数不超过4bar。压力调整是能通过调节安装在减压阀顶部的调节螺钉来实现的，调节前要先拧松保护盖。

    最为常见和应用最广泛的气动截止阀门四种类型是：手轮的失气关闭阀门、手轮的失气开启阀门、无手轮的失气关闭阀门、无手轮的失气开启阀门。

气动截止阀门结构简介

    气动截止阀门广泛用于常规电厂及核电站的重要系统中，在大亚湾核电站、岭核电站的每个机组各装备有气动截止阀。对于现场用气动阀，为了防止气源失去时，自动不可操作，都设有手动操作机构。在正常运行时，手动机构被锁定在不影响阀门正常动作的安全位置（习惯称之为“中性点”），以便在主控室或操作室远程控制。在紧急情况下，即气动回路故障，气源失去或其它原因引起的气动伺服机动作而带来的远程操作失效，可由操作人员使用手动机构将阀门从安全位置反向打开或关闭，达到控制阀门开关的目的，也可以根据系统需要将阀门固定在所需的开关位置。

    气动截止阀的主要部件有：手轮、蝶簧、隔膜、隔膜腔、阀芯、阀体等。其具体结构，见图1。    

图1 气动截止阀结构示意图    

气动截止阀门中性点设置

    所谓气动截止阀的中性点是指当阀门正常运行时，手动装置固定在某一不影响气动操作的位置，这一位置区间称为中性点，中性点不是一个点，而是一段小区域。

    在国内许多电站，因气动截止阀的手动机构的位置设置，而引起阀门关度（开度）不够造成内漏（行程短）的现象时有发生。大亚湾核电站投运以来，核岛气动截止阀门曾发生过多起因密封不严造成的内漏。如：1999年6月27日大亚湾D1REN121VP关闭不严；1999年7月26日大亚湾D1REN121VP关闭不严；2000年9月8日大亚湾D2REN124VP关闭不严；2000年10月13日大亚湾D2REN121VP关闭不严等。

    为保证机组的安全稳定运行，DNMC维修人员被迫在机组功率运行期间进入安全壳现场进行抢修，造成了维修人员的受照剂量增加，同时也影响了机组的安全运行水平。经过现场的检查、维修情况可以看出，这些阀门内漏故障的造成原因都是由于阀门手动机构装置的位置设置的不正确，阻碍了阀门阀芯的正常关闭，造成了阀门关闭不严，引起内漏。

    气动截止阀为全开全关阀，通常都配有手动操作机构，按失气后的安全位置可分为失气关和失气开两种，按手动机构的配置方式不同，又分为直接式和间接式两种。在阀门自动远程控制投用，正常运行时手动机构被设置在中性点位置，以保证气动执行机构顺利动作。在气源失去、气动机构气缸或隔膜漏气等气动机构不可用的紧急情况下，可利用手动机构开关阀门，或根据系统需要将阀门固定在某一要求位置，达到阀门的设计功能，满足实际系统需求。

    在核电站现场的直接式气动阀上都用金属链栓着一个金属勺尺，称为中性点勺尺，这是DNMC维修人员维修后，调整定好中性点，以手轮的下平面到气动头锁紧器上平面的距离加工而成的。这个勺尺供运行人员及其他部门的现场操作人员等不熟悉阀门结构的人员，手动操作阀门以后恢复手动装置设置使用的即可。

    在火电厂，气动阀门一般用在减温水等重要系统中，在核电站气动截止阀还有一部分被用作安全壳隔离等重要系统中，其功能和可靠性的完备，将直接影响到电厂的安全稳定运行，甚至是核安全。如果手动机构在操纵杆中设定得不正确，当阀门进行气动操作时，手动机构会干扰气动操作，使之不能关严而引起内漏，或者不能全开而造成流量不足，丧失阀门应有的功能。因此正确设置每个阀门的手轮机构位置，保证远程操作控制，是所有进行此类阀门操作人员的必修课。特别是在核电厂中，该类阀门在核安全系统中被普遍使用，掌屋该类阀门的基本知识是提高电站安全运行水平，保证核安全的重要保证。

    同时，由于设备维修、磨损、安装误差等原因会造成阀门的中性点会在小范围内不断变化，因此气动截止阀的中性点勺尺尺寸不是一成不变的，在阀门的维修或检查后要重新定做新的勺尺，以保证阀门的开关正确性。在设备使用寿期内，造成阀门中性点变化的因素很多，如：更换气动头隔膜、更换蝶簧、阀杆的拆装与检修等造成轴向部件发生了位置变动；阀芯或阀座密封面研磨和更换，使轴向部件发生了位置变动；气动头支撑柱螺栓的更换、松紧度改变等原因造成轴系部件位置变动；维修后的气动头密封性试验，因为高压引起阀杆变化，轴系固定件松动，造成轴向部件位置变动；阀芯与阀座密封面在不断开关中冲撞引起的自然损耗；现场操作人员手动操作中不注意，造成的中性点勺尺的混用、丢失等原因。

    中性点设置计算：现在以失气关、直接式手轮气动截止阀为例，介绍中性点设置原理及过程。此类气动截止阀手轮与阀杆是在一条直线上，如图2所示。此类阀门的中性点设置计算方法如下（参见图2）：

图2 失气关、直接式手轮气动截止阀示意图

    H：阀门关闭，手动机构在气动头操纵杆导套中至下止位时，测量锁紧器到手轮轴下表面的距离；H1：手动机构在气动头操纵杆导套中至上止位时，能测量锁紧器到手轮轴下表面的距离；H2：阀门全开位（阀瓣/阀体的背密封接触）时，能测量锁紧器到手轮轴下表面的距离。

    那么，手动杆在气动头操纵杆导套中有效移动距离为：

       （1）

    手动机构在气动头操纵杆导套中可设中性点为L，阀门的行程为C。则中性点设置应为：

        （2）

    考虑到运行压力对轴系部件的影响和中性点设定者测量误差因素，故阀门手动机构的设置位置最好应为中间位置：J1=J2=（H1-（H+C））/2，一般应大于2mm。

    所以在制定“中性点”勺尺时，一般为最佳限值的1/2为准。中性点勺尺长度为：

        （3）

    有些阀门以关闭严密为主要功能或有些阀门对全流量有严格要求时，对勺尺长度上要有一定的考虑，保证实现阀门的主要功能。检查中性点调整得是否正确，是用气动控制将阀门全开、关一次，然后在上下点位松开锁紧器，用手轮可以轻松摇动1/2圈，就可认为是正确性的。如果有一个位置受力，就说明中性点设置有问题，需重新调整位置设置。需要指出的是，由于加工、安装、调试等因素影响，每个阀门的勺子都是唯一的，不能多个阀门混用。而且只要轴系部件相对位置发生变化（解体检修/打压试验/调整阀杆长度），需要重新标定勺子或重新加工，不可再用。

其它常见故障类型

    对于SEREG气动截止阀门有预防性维修和纠正性维修两种，其中，纠正性维修是针对正常运行期间发生的一些故障进行处理，在正常的运行中，气动截止阀常见的主要故障及处理措施主要表现在以下几个方面：

    ①阀体/阀盖间泄露：原因—可能是密封垫损坏、阀盖螺母力矩不够、密封焊层损坏。处理措施—可以更换密封垫，检查力矩，重新密封焊。

    ②填料泄露：原因—可能是填料压盖螺母力矩不够、填料本身损坏。处理措施—应按照规定的力矩检查并重新拧紧，更换新填料。

    ③内部密封失效（内漏）：原因——可能是填料太紧、密封面损坏、碟形弹簧破裂或调整错误。处理措施——可以进行检查力矩，更换碟形弹簧或重新调整碟簧。

    ④不能关闭或关闭不完全或太慢：原因—可能是手动操作机构的位置不对、填料太紧、阀杆被卡住、碟簧短裂。处理措施——可以对手动操作机构检查并做FRATOL试验，检查填料力矩，更换阀杆组件、碟形弹簧。

    ⑤不能开启或开启不完全：原因——可能是备用手动机构处于不正确的位置、空气压力太低、填料太紧、阀杆被卡住、电磁阀或电路故障。处理措施—可以对手动操作机构检查并做FRATOL试验，检查并重新调整空气压力、检查填料力矩，更换阀杆组件、检查电路或电磁阀。

    ⑥从执行机构侧孔漏气：原因—可能是隔膜破裂、轴密封损坏。处理措施—需要更换隔膜和轴密封组件。

    ⑦气动轴出口漏气：原因—可能是导向密封环破裂。处理措施——应更换密封环。

    ⑧无运行信号：原因——可能是电路故障或限位开关故障。处理措施——应该检查电路和限位开关。

    ⑨不能操作：原因—仪表、电气、机械等综合因素。处理措施——应对阀门进行全面的检查。