氣動截止閥工作原理及中性點調節方法研究

孟祥杰，陸思雄

中國核電工程有限公司華東分公司，浙江嘉興　314300

氣動截止閥工作原理及中性點調節方法研究

孟祥杰，陸思雄

中國核電工程有限公司華東分公司，浙江嘉興314300

根據氣動截止閥結構圖介紹了氣動截止閥工作原理，并提出一種氣動截止閥氣動裝置結構簡化方法；描述了氣動截止閥中性點位置區域；分析了氣動截止閥中性點破壞的幾種情況，并總結了中性點破壞后對閥門動作的影響；針對中性點破壞的幾種情況，提出了將氣動截止閥重新調節至中性點位置的方法。

氣動截止閥；氣開閥；氣關閥；中性點；中性點調節

氣動截止閥是使用以壓縮空氣為動力的氣動裝置驅動閥門動作的。該類閥門具有結構簡單、動作可靠、故障率低、維修方便等特點。因此被廣泛應用于火電站、水電站、核電站等電廠。一般情況下該類閥通過遠程控制壓縮空氣的充排來控制閥門的動作，但為了防止失去遠程控制的方式后，導致閥門不可操作的意外情況發生，該類閥門還設置了手動操作機構。在遠程控制正常使用時，該手動操作機構必須處于某一特定位置或區域，否則將影響閥門的正常遠程控制動作。通常表述即手動操作機構需調節至“中性點”位置。

1　氣動截止閥結構

氣動截止閥按進氣后動作不同可分為2類：進氣后閥門開啟，即氣開閥；進氣后閥門關閉，即氣關閥。

對于氣開閥，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，并且凹形空間上部有一個上部螺帽與活塞螺紋連接。

氣關閥與氣開閥結構不同之處在于，一是進氣口在氣缸上部；二是活塞安裝在氣缸上部，壓緊彈簧安裝在氣缸下部，其余結構基本相同。

2　氣動截止閥工作原理

氣動閥遠程控制是通過控制壓縮空氣進排氣來實現的。氣動閥進排氣控制結構如圖2所示。該結構包括壓縮空氣過濾器、可手動調節的減壓閥、壓力表和電磁閥。首先壓縮空氣經過過濾器過濾，然后經減壓閥減壓至氣動閥額定工作壓力，最后通過一個電磁閥的動作控制壓縮空氣進排氣。

當控制室給出一個氣動閥門動作信號后，電磁閥將得電動作，壓縮空氣進入氣動閥氣缸內。對于氣開閥，壓縮空氣進入氣缸后，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閥瓣向上移動，閥門開啟。對于氣關閥，動作與之相反，氣缸進氣后閥門關閉。當控制室取消閥門動作信號后，電磁閥失電，氣缸內壓縮空氣排至大氣，對于氣開閥，活塞在彈簧彈力作用下關閉。相反，氣關閥閥門開啟。

除了上述遠程動作外，氣動閥門還可手動操作。氣開閥失氣關閉，手動操作手輪逆時針（本文所述方向均為俯視手輪觀察的轉向）轉動，此時螺桿帶動軸承先在活塞凹形空間內向上移動，當軸承接觸到上部螺帽后，將帶動活塞克服與缸體摩擦力和彈簧彈力向上移動，閥門開啟。手動操作手輪順時針轉動，閥門關閉。

氣關閥失氣開啟，手動操作手輪順時針轉動，此時螺桿帶動軸承先在活塞凹形空間內向下移動，當軸承底座接觸到閥桿頂部后，將帶動活塞克服與缸體摩擦力和彈簧彈力向下移動，閥門關閉。手動操作手輪逆時針轉動，閥門開啟。

3　氣動截止閥簡化示意圖

為了便于后文對氣動截止閥中性點的相關分析，將氣動截止閥結構做如圖3所示的簡化。

由于簡化的目的是便于中性點分析，所以只對氣動裝置進行了簡化。但在氣動裝置簡化結構中標出了活塞對應于閥門全開位置和閥門全關位置時的位置，以指示閥門狀態。

4　氣動截止閥中性點

所謂氣動閥中性點是指當閥門正常運行時，手輪處于某一不影響遠程氣動動作的位置，這一位置區間即為中性點。手輪位置太高或太低都會使閥門動作不完全。圖4例舉了手輪在異常

位置的情況。氣開閥失氣正常關閉后，若手輪被誤動作使螺桿帶動軸承向閥門關閉方向移動一段距離，如圖（a）所示，此時并不影響正常關閉狀態，但若控制室給出閥門開啟信號，

則活塞只能向上移動至圖（b）所示位置，從圖中可以看出，此時活塞被軸承底座“頂住”無法達到閥門全開位置。氣開閥在進氣全開后，若手輪被誤動作使螺桿帶動軸承向閥門開啟

方向移動一段距離，如圖（c）所示，如此時控制室給出一個閥門關閉信號，則活塞只能下移至如圖（d）所示位置，即活塞被軸承“掛住”，無法達到閥門全關位置。

氣關閥也有類似情況，當氣關閥失氣全開時，若手輪被誤動作使螺桿帶動軸承向閥門開啟方向移動一段距離，如圖（e）所示，此時若控制室給出閥門關閉信號，則活塞將被軸承“掛住”在圖（f）位置，無法全關。當氣關閥進氣全關時，若手輪被誤動作使螺桿帶動軸承向閥門關閉方向移動一段距離，如圖（g）所示，此時若控制室給出閥門開啟信號，則活塞將被軸承底座“頂住”在圖（h）位置，無法全開。

從上述內容可以看出，不管是氣開閥還是氣關閥，手輪位置過低都會影響閥門全開，過高會影響閥門全關。實際上只要軸承底座位置不低于閥門全開時閥桿頂部的最高點，就不會影響閥門開啟，只要軸承位置不高于閥門全關時上部螺帽最低點，就不會影響閥門關閉。因此，在閥門全開時軸承底座與閥桿頂部剛好接觸的位置到閥門全關時軸承與上部螺帽剛好接觸的位置之間的區域即為中性點，如圖5所示兩虛線之間的區域。

5　氣動截止閥中性點調節方法

閥門偏離中性點（通常稱之為中性點破壞）會使閥門不能全開或全關，即造成閥門的節流或內漏。因此在閥門偏離中性點后，需要通過一定方法將手輪調回至中性點位置。

圖4實際上已給出了8種偏離中性點情況（氣開閥和氣關閥各4種），在調節前，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。軸承是在氣動頭缸體內的，其位置無法直接觀察到，因此需要通過其它辦法來判斷。對于圖（a）、（c）、（e）、（g）的位置，此時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動手輪，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動手輪，即手輪受力。因此在實際操作中可以通過手輪是否受力、閥門是否供氣及進氣口的位置（判斷是氣開閥還是氣關閥），便可判斷出屬于哪種中性點偏離情況，具體判斷如表1。

表1　中性點偏離情況判斷

經過表1確定中性點偏離情況后即可通過下面對應方法進行調節：

1）圖（a）：操作手輪向開方向轉至剛好受力（軸承接觸到上部螺帽），即到達中性點區域最高位置。

2）圖（b）：操作手輪向開方向轉至剛好不受力（軸承與閥桿頂部脫開），即到達中性點區域最低位置；這樣直接在受力情況下轉動手輪需要較大力，但如果允許閥門失氣動作，可以先將閥門失氣全關，即到達圖（a）的位置，此時再按圖（a）的方法調節，就比較輕松。

3）圖（c）：操作手輪向關方向轉至剛好受力（軸承底座接觸到閥桿頂部），即到達中性點區域最低位置。

4）圖（d）：操作手輪向關方向轉至剛好不受力（軸承與上部螺帽脫開），即到達中性點區域最高位置。該種情況如果允許閥門進氣，可以先將閥門進氣開啟，再按圖（c）的情況調節，這樣比較輕松。

5）圖（e）：操作手輪向關方向轉至剛好受力（軸承底座與閥桿頂部接觸），即到達中性點區域最低位置。

6）圖（f）：操作手輪向關方向轉至剛好不受力（軸承與上部螺帽脫開），即達到中性點區域最高位置。該種情況如果允許閥門失氣，可以先將閥門失氣開啟，再按圖（e）的情況調節，這樣比較輕松。

7）圖（g）：操作手輪向開方向轉至剛好受力（軸承與上部螺帽接觸），即達到中性點區域最高位置。

8）圖（h）：操作手輪向開方向轉至剛好不受力（軸承底座與閥桿頂部脫開），即達到中性點區域最低位置。這種情況如果允許閥門進氣，可以先將閥門進氣關閉，再按圖（g）的情況調節，這樣比較輕松。

根據上述方法將中性點調好后要使用手輪鎖定裝置將手輪鎖定，防止誤動作再次破壞中性點。

6　結論

1）以活塞式氣開閥和活塞式氣關閥為例，詳細介紹了氣動截止閥結構，并對遠程控制和手動動作2種方式進行了描述，對閥門操作和維修人員了解閥門原理具有一定指導意義。

2）提供了一種氣動截止閥氣動裝置結構簡化方法，并通過簡化圖分析了中性點破壞的幾種情況，同時總結了中性點破壞后對閥門狀態的影響。

3）通過對氣動截止閥氣動裝置簡化結構圖的分析，詳細定義了中性點位置。并針對中性點破壞各種情況提出了將手動裝置重新調節至中性點位置的方法，在實際應用中具有重要指導意義。

［1］李藝云，姚寧沂.核電廠常見氣動閥中性點設置分析［J］.科技傳播，2016（4）：126-127，154.

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［3］田傳久.核電廠通用機械設備概述［M］.北京：中國原子能出版傳媒有限公司，2010.

TH17

A

1674-6708（2016）166-0223-03

孟祥杰，助理工程師，中國核電工程有限公司華東分公司，研究方向為核電站工藝系統調試工作及調試技術研究。陸思雄，中國核電工程有限公司華東分公司，研究方向為核電站工藝系統調試工作及調試技術研究。