電站電動閥門電動執行機構

                            上海申弘閥門有限公司
    電動閥門電動執行機構作為電動閥門的動力裝置，直接影響著電動閥門的使用性能。作為電站自動控制的終端環節之一，電動閥門在電站中起著至關重要的作用。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥,電動球閥,氣動球閥,電動閘閥,氣動閘閥,電動調節閥,氣動調節閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。因而，閥門電動執行機構的選擇好壞將直接影響整個電廠的可靠性、安全性、經濟性，甚至事關機組能否正常運行。
     電動執行機構按其操作方式分為迴轉、直行程和角行程3種。以下就電站閥門電動執行機構的選型談一談筆者的看法。
     根據所選閥門的使用的工況條件確定電動執行機構是調節型的還是開關型的。我們知道通常情況下，電動調節閥采用的執行器多為調節型的；電動閘閥、截止閥等采用的執行器多為開關型的。但是閥門的類型并不是電動執行機構選型的*決定因素，當我們在為一個電動閥門選擇使用調節型還是開關型電動執行機構時，該閥門在單位時間的使用頻率決定了應該選擇哪種電動執行機構。例如，對采用遠方手動操作控制的調節閥來說法，亦可以采用開關型的電動執行機構。
     過去，電動執行機構被嚴格地分為開關型電動裝置和調節型的電動執行機構，因此我國至今仍有相應的國家標準對該類產品有著嚴格的定義和要求。但隨著大量引進型、進口電動執行機構進入市場以來，以及自動化水平的不斷提高，電動執行機構不斷的向標準化，模塊化、智能化轉變，目前市場上的電動執行機構主要有開關型電動執行機構和調節型電動執行機構。
     開關型電動執行機構是過去常用的產品，如常州電站輔機廠的ZB系列、揚州電力修造廠的DZW系列，均采用15min短時工作制，每h允許啟動頻率通常為100次，主要適用于要求不高，動作不頻繁的兩位制閥門上，由于它具有功率大、成本低、可靠性較好的優勢，至今仍在電廠大量使用。近幾年來，部分廠家也在老產品的基礎上，相繼延伸開發出一體化的電動裝置，并根據需要能提供4～20mA反饋電流信號，如常州電站輔機廠的ZB一體化系列等。盡管相對于老產品其價格有所提高，但為電廠提供了更多類型調節閥電動執行機構。

     由于過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，故為減少閥門動作需要的力矩采用平衡式結構，限于當時電動執行機構的設計制造水平，因此調節型電動執行機構通常為小功率的電動執行機構。如自動化儀表十一廠的DKZ系列等。但隨著對調節閥要求的不斷提高，以及電站設計向大容量、高參數發展，原有的電動執行機構功率已經不能滿足要求，調節型電動執行機構也逐漸開始采用大功率產品。主要品種為進口或采用引進技術設計制造，如揚州電力修造廠引進德國西門子SIPOS3技術生產的2SA35系列調節型電動執行機構，上海自動化儀表十一廠引進英國ROTORK公司技術生產的M系列調節型電動執行機構，以及德國SIPOS公司（原屬西門子公司）生產的SIPOS55系列，英國ROTORK公司的IQM系列調節型電動執行機構等。這些產品通常采用S4/S5工作制式，能滿足電動執行機構每h動作1200次的要求。具有自動化程度高、可靠性好、速度快、功能多、控制精度高等優點，是目前電廠調節型電動執行機構的主導產品。

     與上述調節型電動執行機構相對應，各進口或采用引進技術生產的廠家同時擁有它們的對應的開關型電動執行機構，如揚州電力修造廠的2SA30系列，上海自動化儀表的A系列，以及德國SIPOS公司的SIPOS50系列，英國ROTORK公司的IQ系列開關型電動執行機構等。這些產品也采用15min短時工作制，但能滿足電動執行機構每h啟動600次的要求。它們也同時擁有自動化程度較高、可靠性好、功能多、控制精度較高等優點，但成本可大幅下降，同時也是目前電廠開關型電動執行機構的主導產品。
     值得注意的是，目前國內很多進口電動執行機構的代理商采用在開關型電動執行機構上添加控制單元，使之由原來的開環控制轉換為閉環控制，在控制部分上達到與調節型電動執行機構*一致，并作為調節型電動執行機構銷售。我們對進口開關型電動執行機構與調節型電動執行機構作了個比較：
     （1）電機功率相同情況下調節型電動執行機構輸出力矩小于開關型電動執行機構。
     （2）加工精度及定位精度調節型電動執行機構大于開關型電動執行機構。
     （3）連續工作時間調節型電動執行機構大于開關型電動執行機構。
     鑒于上述原因，以及國外廠家在價格定位上的不同，開關型電動執行機構的價格要遠小于調節型，采用這種經過改進的開關型電動執行機構作為調節型電動執行機構使用，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合下，使用開關型電動執行機構也無妨。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時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品為好。

此流程中選用控制閥既簡單又復雜。簡單的過程介質簡單，簡單來看電站閥門電力流程實際上是水、蒸汽的循環流程。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：控制鍋爐進水量。維持鍋爐水位(主、附型鍋爐給水閥系統包含兩個控制閥，一臺用于鍋爐啟動時使用，渦街流量計一臺用于正常給水使用)工況情況：鍋爐啟動時閥門壓差可達100-300公斤，流量較小，正常運行時壓差較小，流量大，流量可調比為75/1-100/1

V級關閉等級，閥門要求：WCB/WC9對于雙閥系統中的啟動閥要求抗氣蝕。對于復合型給水閥需使用特性化閥內件同時滿足鍋爐啟動與正常運行時的需要。一般閥門選擇為故障關。

鍋爐給水泵zui小流量循環閥

消除因流量過小、溫升增加、水強烈氣蝕使泵損壞。老式電站有使用開關型的zui小流量控制閥，控制要求：使鍋爐給水泵安全啟動及停止運行。同時還有使用機械式的泵自動循環閥)襯氟蝶閥

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

防堵結構，閥門要求：抗氣蝕。V級密封等級，泵啟動與停止運行時閥門連續工作，泵正常啟動后此閥門關閉，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。控制要求：提供流量堅持除氧器正常水位。

壓差大溫度，工況情況：啟動階段流量較小。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)

給汽機提供一個旁路通道，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，我們需要根據實際需要選擇必要的控制單元。對于開關型電動執行機構來說主要需要考慮以下幾點：
     （1）是否為一體化，即電動執行機構不需要經過控制柜內的交流換向接觸器就能直接采用控制信號驅動，是電動執行機構的發展方向。
     （2）是否需要4～20mA反饋信號，即能夠輸出閥門實際位置的信號。
     （3）需要那些開關量輸出信號，如閥門開關到位、故障信號等，以及這些信號為常開還是常閉接點。
     （4）是否為智能化，目前還沒有嚴格的界定，通常認為應帶有液晶屏，采用CPU 控制芯片，具有人機對話的軟件界面。
     （5）對接收開關量控制信號的要求
     （6）執行器的死區范圍
     （7）執行器需要的動力電源要求
     對調節型電動執行來說，除了需要考慮以上幾點外，還應考慮是否需要4～20mA閥位給定信號，也就是閥門需要運行到的位置信號。一般來說調節型電動執行機構均帶有此項功能，只有少數要求采用開關量調節的電動執行機構可以不需要提供此功能。接下來需要考慮的是選擇執行機構需要輸出的操作力，通常直行程電動執行機構輸出推力即閥門需要的推力，角行程電動執行機構輸出轉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），而多迴轉電動執行機構需要將執行器輸出的轉矩轉換成閥門需要的推力，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，也可能是動摩擦系數。因此我們在計算閥門需要的zui大推力時必須根據閥門結構和運行的具體情況考慮此時梯形螺紋摩擦系數取值，考慮閥門冷熱態實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。全程動作時間也是執行器選擇的一個重要方面，一般來說各個廠家都有自己的常規轉速，應盡量選擇常規轉速產品，它的大致計算方法如下：
     直行程全程動作時間（s）=行程（mm）/ 執行器速度（mm/s）
     多轉式全程動作時間（s）=行程（mm）×60 / 螺距（mm）/ 執行器轉速（r/min）
     角行程全程動作時間（s）=行程（o）/ 執行器速度（o/s）
     我們還必須考慮閥門與執行器接口的問題，由于過去我國的電動執行機構有自己的標準接口，與標準不同，造成了目前市場上電動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廠家能提供接口齊全的產品，加裝過渡法蘭是常用的解決辦法，但在操作上應慎重，否則將導致閥門與執行器無法連接。因此若無特殊需要，新設計閥門可優先采用ISO5210接口，該接口有通用性較強。      除此之外，同時我們還要考慮執行器是否采用防爆型、戶外型、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。
     隨著我國電站自動化水平的不斷提高，相信在不久的將來電站閥門和執行器會運用更多的新技術和新工藝，本文是筆者在電站閥門電動執行機構選型上的一些經驗體會，以供對電動執行機構選配時提供參考，并作為以后設計和選用新型電站閥門的一個前瞻性探討。與本文相關的論文有：防爆電氣設備容易放的三個誤區