深圳市水务（集团）有限公司泵站分公司 广东深圳 518000
摘要：球阀在管路上主要用于切断、分配和改变介质流动方向，以控制方式分类，可分为手动控制球阀和自动控制球阀。其中自动控制球阀可划分为气动球阀、电动球阀和液动球阀。本文以深圳某取水泵站水泵球阀液压操作系统为例，简要介绍了该液压系统的的组成及功能，液压元件的结构、作用和动作原理，对主要元件的作用及系统回路的工作原理进行了说明。
关键词：液压系统；球阀；蓄能器
深圳市某取水泵站现状有6台送水泵，送水泵出水球阀为日本久保田公司制造，具有消除水锤、调流、闸阀的功能。球阀液压操作系统由日本久保田公司设计生产，液压操作系统主要由液压站、蓄能器及电气控制系统三个部分组成。系统简化图如图1所示，下面将对各部分的构成及原理进行介绍。
图1 球阀液压控制系统原理简化图
1、液压站
1.1油泵
液压站共装有两台电动油泵，功能为向液压缸提供压力油，以及在蓄能器压力不足时向蓄能器补压。油泵流量为每分钟48升，电机功率为18.5KW，转速为每分钟1500转。两台油泵一用一备，由继电器控制自动交替运行。油泵设有过载保护，当油泵发生过载故障时，电机自动掉电停转，液压站蜂鸣器报警，电机过载指示灯亮。
液压站除两台电动油泵外，另装有一台手动油泵。当两台油泵均无法正常使用时，手动推动球阀对应的电磁阀阀芯，使油路处于相应状态，通过摇动手动油泵，可完成手动启闭球阀。
1.2油箱
液压站设有1个油箱。油箱设有油位尺，可直观查看油位；设有压力计，用于显示油泵工作压力；设有温度开关，当温度高于设定温度时，液压站蜂鸣器报警，油温高指示灯亮；设有浮球开关，在液位低于低限值时，液压站蜂鸣器报警，油位低指示灯亮，液位低于超低限值时，液压站蜂鸣器报警，油位低指示灯亮，油泵无法启用；设有过滤器，当液压油返回油箱时，经过过滤器再进入油箱，可以防止杂质进入油缸影响液压油品质。
1.3液压控制阀
1.3.1 换向电磁阀
通过控制油路交通、闭断或变换油淌的方向，从而实现液压缸活塞的运动、停止或变换运动方向。
1.3.2 截止阀
（1）手动截止阀
在油缸和油泵之间设有手动截止阀，可以手动关闭油路以便维修维护，而在正常工作时此阀常开。
（2）电磁截止阀
电磁截止阀c、d、e用于蓄能器作用于紧急关阀时，控制油路的导通，并与节流阀配合，控制球阀关闭前后行程的快慢，可有效防止水锤现象发生。电磁截止阀8用于通断向蓄能器充油的油路。
1.3.3 电磁溢流阀
电磁溢流阀7通电加载，断电卸载。通电时通往油箱油路关闭，此时主油路产生阻力而产生压力。断电时通往油箱油路导通，起到卸载的作用。溢流阀设定压力为140kgf/cm2，当油路压力超过140kgf/cm2时，油液通过溢流阀流回油箱，避免系统压力过大。
1.3.4 单向调节阀
系统中的单向调节阀用于油缸的回油调节，通过调节节流阀，以调整液压缸的速度，从而调节球阀正常启闭时开闭阀的速度。
1.3.5 双向液压锁
双向液压锁的两个液控单向阀取对方油路的压力作为先导油，当一方管路没有压力时，另一方同时关闭；需要动作时，须向另一路供油，通过内部控制油路打开本路单向阀使油路接通，液压缸才能动作，可使油路保压，锁紧液压缸，防止球阀直立式液压缸活塞等活动部分下滑。
2、蓄能器
该液压操作系统配置了5个皮囊式蓄能器，皮囊式蓄能器通过改变气囊内预充氮气的体积，从而使蓄能器储油腔内的液压油成为具有一定液压能的压力油。1-4号蓄能器容积为152升，5号蓄能器容积为64L，当5个蓄能器压力在95-132 kgf/cm2范围内时，存储的液压能足够同时关闭6台球阀。每一个蓄能器设有一个进油阀，一个回油阀，进油阀日常常开，回油阀日常常闭。进油阀常开目的是发生以下两种情况时，无需再由人工操作打开进油阀：一是蓄能器压力不足时，系统控制电磁截止阀8导通后，油泵可经进油阀向蓄能器充油；二是需要紧急关阀时，蓄能器压力油经进油口释放，驱动相应油路紧急关阀。蓄能器回油阀常闭，在需要维护蓄能器时，将油泵电机断电，回油阀打开，可将蓄能器内液压油排空，以便维护。
3、电气控制系统
球阀电气操作系统采用三相交流380V，50Hz电源，共分为三部分：油泵电机操作柜，24V直流电源柜，球阀就地操作柜。
3.1 电机操作柜
电机操作柜操作面板可用于选择两台油泵任意一台运行，不做选择时，两台油泵通过继电器控制交替运行。油泵设有过载保护，过载时电机停机，待消除故障后方能投入使用。设有低油位保护，当油位低于超低限制时，电机无法启动，待补充液压油后方能正常投入使用。
3.2 24V直流电源柜
当发生球阀需要紧急关停的情况时，通常为水泵急停机或外线电源断电导致水泵跳闸。此时在外线断电的情况下，保证紧急关停的油路正常工作就十分重要。因此紧急关停油路中的电磁阀c，电磁阀d，电磁阀e均采用24V直流操作电源。在外线未失电的情况下，直流电源柜将380V电源逆变整流得到24V直流电供液压站使用，并向内置的电池充电。在外线失电的情况下，24V直流电源柜电池储蓄的电能可驱动紧急关停油路相关的电磁阀，达到停电机组跳闸时紧急关阀的目的。
3.3球阀就地操作柜
球阀就地操作柜可实现球阀远动/就地操作选择，实现开阀、关阀、阀门运行至任意位置停止，以及设有紧急关阀按键。面板设有球阀开度表，可直观查看球阀开度。当电机运行超时阀门故障警示灯亮，油泵电机停止运行。
4、液压系统工作分析
液压操作系统主要具有以下功能：（1）正常启闭球阀；（2）水泵机组跳闸快速关闭球阀；（3）球阀就地柜手动操作紧急关闭球阀。液压站油路系统构成如图所示，现场由于每一台球阀液压油路原理是一样的，现只取其中一号球阀油路进行分析。
4.1 正常开启球阀
按下开阀按钮后，油泵电机经星三角降压启动，油泵运行指示灯亮，延时3秒后，电磁溢流阀7得电，系统加载，同时阀门开启中指示灯亮，电磁换向阀左侧电磁铁得电，进油口P与工作油口A相通，回油口T与工作油口B相通，油路为：油泵出油口-电磁换向阀进油口P-电磁换向阀工作油口A-液压锁-单向调节阀-手动截止阀-活塞下腔-活塞上腔-手动截止阀-单向调节阀-液压锁-电磁换向阀工作油口B-电磁换向阀回油口T-油箱，此时活塞向上运动，球阀开启，当碰触到球阀全开行程开关时，此时球阀全开，全开指示灯亮，电机延时3秒后停止运行，电磁换向阀失电，油路截止，电磁溢流阀7失电，系统卸荷。此外，当电磁溢流阀7得电后，时间继电器开始计时，计时2分钟后，若阀门开启仍未完成，则电机自动停转，阀门故障指示灯亮。
在开阀过程中，球阀开度达到预想开度时，按下停止按钮时，电磁换向阀失电，延时2分钟后，电机停转，电磁溢流阀7失电，系统卸荷。此时球阀在所需要的开度停止，球阀起到限流的作用。
4.2 正常关闭球阀
按下关阀按钮后，油泵电机经星三角降压启动，油泵运行指示灯亮，延时3秒后，电磁溢流阀7得电，系统加载，同时阀门关闭中指示灯亮，电磁换向阀右侧电磁铁得电，进油口P与工作油口B相通，回油口T与工作油口A相通，油路为：油泵出油口-电磁换向阀进油口P-电磁换向阀工作油口B-液压锁-单向调节阀-手动截止阀-活塞上腔-活塞下腔-手动截止阀-单向调节阀-液压锁-电磁换向阀工作油口A-电磁换向阀回油口T -油箱，此时活塞向下运动，球阀关闭，当碰触到球阀全关行程开关时，此时球阀全关，全关指示灯亮，电机延时3秒后停止运行，电磁换向阀失电，油路截止，电磁溢流阀7失电，系统卸荷。此外，当电磁溢流阀7得电后，时间继电器开始计时，计时2分钟后，若阀门关闭仍未完成，则电机自动停转，阀门故障指示灯亮。
在关阀过程中，球阀开度达到预想开度时，按下停止按钮时，电磁换向阀失电，延时2分钟后，电机停转，电磁溢流阀7失电，系统卸荷。此时球阀在所需要的开度停止，球阀起到限流的作用。
4.3 紧急关闭球阀
当按下紧急关阀按钮，或者电气控制回路检测到水泵跳闸信号后，液压系统分快关、慢关两个阶段关闭球阀，球阀在关闭第一阶段快速闭合，剩余行程形成截流效应以降低动态水压至较低的水平，可有效消除紧急停泵的水锤，保护设备安全。当系统检测到紧急关阀的信号后，截止阀c导通，截止阀d导通，同时阀门关闭中指示灯亮。由于截止阀d后端节流阀设置流速较快，此时球阀快速关闭。当球阀关闭至30%，碰触到球阀中位行程开关时，截止阀d关闭，截止阀e导通，由于截止阀e后端节流阀设置流速较慢，此时球阀慢速关闭。当碰触到球阀全关行程开关时，此时球阀全关，全关指示灯亮。延时3秒后，截止阀c、截止阀e关闭，紧急关阀完成。快关行程油路为：蓄能器进油口-截止阀c-手动截止阀-活塞上腔-活塞下腔-手动截止阀-截止阀d-油箱；慢关行程油路为：蓄能器进油口-截止阀c-手动截止阀-活塞上腔-活塞下腔-手动截止阀-截止阀e-油箱。
4.4 蓄能器压力不足时补压过程
蓄能器日常设置压力范围为95-132 kgf/cm2。当压力探头检测到压力低于95 kgf/cm2时，延时2秒后，截止阀8导通，充油油路导通，油泵电机星三角降压启动，油泵运行指示灯亮，延时3秒后，电磁溢流阀7得电，系统加载，油泵向蓄能器充油，直至检测到压力上升至132 kgf/cm2时，延时2秒后，油泵停机，停止充油，截止阀8关闭，充油油路截止，电磁溢流阀7失电，系统卸荷。此外，当电磁溢流阀7得电后，时间继电器开始计时，计时2分钟后，若充压仍未完成，则电机自动掉电停转，以免电机过载。
5、结束语
该取水泵站液压系统的设计简洁实用，功能完善，不仅可灵活控制水泵的流量调节和出水通断，还可在紧急停泵时起到消除水锤、保护设备的作用。该系统自94年投入运行以来运行稳定良好。仔细研究理解该液压站的工作原理，有助于液压系统的日常维护与安全运行。
论文作者:林绮琪
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/9
标签：球阀论文; 蓄能器论文; 截止阀论文; 油路论文; 油泵论文; 电磁论文; 电机论文; 《防护工程》2019年10期论文;