摘要：发电站的各类气动阀使用广泛，其安全可靠水平是衡量机组健康程度、节能降耗水平的重要参数，也是汽机技术监督的重要指标。本文介绍一种延长活塞式气动执行机构使用寿命的方法，起到减少备品配置作用，提高因密封失效的消缺率。
关键词：气动阀；气动执行机构；导向环；密封圈；垫片
0 引言
活塞式气动执行机构在电站使用广泛，密封老化或轻微形变是其失效的主要原因之一。一旦失效，其轻则造成阀门动作失效，重则造成机组不安全运行等不利后果。本文介绍的延寿方法，可以在较短时间内使活塞式气动执行机构恢复作用，以便购置备品组件包进行替换，对提高阀门和机组的安全健康水平发挥一定作用。
1 活塞式气动执行机构简介
1.1 活塞式气动执行机构
气动执行机构，俗称气动头或气动执行器（下文简称气动头），执行器按其动力来源分为气动，电动和液动三大类，各具特点而适用于不同的场合。气动头按作用方式分为单作用和双作用两种类型：开关动作都通过气源来驱动执行，为双作用式；气动头只有开或者关是气源驱动，相反的动作则由弹簧复位，即为单作用式。
气动头的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。本文讨论活塞式气动头，活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合，而由于电站许多生产环境中对防火有特别要求，所以活塞式气动头在电站中应用广泛。
以双作用活塞式气动头配套球阀为例，当压缩空气从活塞内侧接口进入时，气体推动双活塞向两端（单活塞为向一端）直线运动，活塞上带动阀门转动90度，阀门即被打开。此时气动执行阀两端的气体由活塞外侧接口排出。反之，当压缩空气从活塞外侧接口进入气动执行器的两端时，气体推动双塞向中间直线运动，活塞带动阀门反向转动90度，阀门即被关闭，此时气动执行器中间的气体随活塞内侧接口排出。根据阀门型式，活塞式气动头还可用于闸阀、截止阀等上下运动的阀门。
1.2 活塞式气动头密封的材质及型式
活塞式气动头实现可靠的规定运动方式主要依靠两大因素：一是气源的压力和稳定性，另一则是活塞密封的高可靠性。活塞的密封型式和材料选择对其密封性能和使用寿命有着决定作用。常规的活塞密封按材料分为丁晴橡胶密封圈、氢化丁腈橡胶密封圈、硅橡胶密封圈、氟素橡胶密封圈和氟硅橡胶密封圈等，视其使用环境和阀门中运行介质特征而选用。
常规的活塞式气动头密封型式分为U型密封圈、V型密封圈、0型密封圈、J型无骨架防尘圈和轴用YX型密封圈等，或两种型式的组合密封。目的是在使用环境中实现高可靠性，兼顾经济性。
2 活塞式气动头密封失效的特征和原因
2.1 密封失效的特征和方式
密封失效是活塞式气动头最常见的缺陷，当密封失效时，活塞式气动头最常见的特征为动作不到位，如给指令时通气，此时活塞应动作开，如果活塞密封失效，则指令给出后，活塞动作不到指定位置，严重时甚至给指令即通气后活塞无动作，对应阀门动作不到位或无动作。视阀门安装位置及重要性而影响机组健康，如阀门用于主汽管道疏水可能导致管道水击、如阀门用于燃机燃气模块或清吹系统则会造成跳机、无法启机等严重后果。
如果指令给出后活塞的动作缓慢或指定时间无法到达指定位置，则可以判断活塞密封存在内漏，视活塞动作快慢可以判断内漏的严重程度；严重情况下指令给出后活塞基本不动作，可能的原因是密封整体老化严重或密封圈外缘存在缺损等。
2.2 密封失效的原因
引起活塞式气动头密封失效的原因最主要的有两种，一种情况是气缸内壁加工粗糙度较差，或者气源中含有杂质较多。活塞在气缸内运动时，活塞本体部分与缸壁之间通过各种密封和导向圈接触，当缸壁粗糙度较差时，一次冲程即开关一次即会轻微磨损密封和导向圈，当运动多次后，则会出现活塞密封慢漏导致阀门失效。当气源中含有杂质较多时，和粗糙度差的表现形式相同。这一类情况可以在具备条件时重新精加工缸壁，在气缸进口或气源出口加装油水分离器、过滤器等部件消除。
另一种情况则是密封老化，密封及导向圈视其材质和结构不同，本身均有不同的使用寿命，而受阀门安装位置环境因素，如高温、低温、有腐蚀介质等情况下，其使用寿命还会相应有所降低。一般而言，国内外活塞式气动阀在产品出厂时，均会提出一个设计的使用寿命或更换密封周期，如5年或3年，但实际使用寿命会有所变化。实际应用上，密封老化而引起的活塞及阀门动作失效在电站该类阀门动作缺陷中占有绝大多数的比例。
3 密封老化后的常规处理
密封老化后，常规的处理手段即为更换相应密封件及导向圈。一般电站在备品件采购的时候，会视气动头数量和采购周期的长短而相应准备少许几套备品，这是由于密封圈本身有使用寿命和保存期限的问题，通常电站不会留存太多备品件。密封件及导向圈的购置如使用原厂备件组件包，受采购周期影响较大，往往原装进口的气动头备件组件包，采购周期以周或月计，无法满足及时消除缺陷需求。
除此外，还可采用当地具备生产能力的厂家测绘加工的方式，但测绘加工的密封件及导向圈，往往无法达到原厂件的加工精度，这是因为原厂件在部件加工时考虑的安装预紧力通过尺寸保证，其精度一般为0.01mm级别，偏大的尺寸会造成密封件提前磨损或预紧力太大无法动作，而偏小的尺寸又会造成密封件泄漏，另外密封圈在线径上需要满足一定的精度，不能出现凹槽、凸起等异常情况而影响使用，加工也要重新开模具，使用机床进行精加工等，从经济性上和可靠性上往往不如采购原厂备件组件包。
4 一种延长活塞式气动执行机构使用寿命的方法
介绍一种延长活塞式启动执行机构使用寿命的方法，其方案如下：以双作用活塞式气动头为例，如下图1，其上部、下部均为密封件，起到密封气源作用；中部为使用组合密封型式的导向圈，起到保证活塞沿中心线移动而不会造成偏心磨损。当由于密封老化、轻微变形或者密封圈外缘与缸壁接触处出现轻微磨损而引起，可以使用在密封件槽和导向键槽底部增加全周不锈钢垫片的方式进行延寿处理，如下图2。
图1 双作用活塞式气动头活塞剖面图 图2 延寿方案示意图
具体方式为完整得取下密封及导向圈，准备0.10、0.15及0.20mm厚度不锈钢垫片，厚度视密封及导向圈磨损情况配置，全周不锈钢垫片宽度为各个圈槽宽度减少1mm，其错口处剪成45°以便搭接，剪好后用砂纸打磨垫片边缘消除突起处，然后将不锈钢垫片先垫入再装入旧的密封及导向圈，再各部件装配恢复。
5 方法总结及延伸思考
该方法在实际应用中具备较好的操作性：一般来说，密封老化和轻微变形是造成密封失效的主要原因，用该方法可以延长密封和导向圈的使用寿命，经试验，基本可以支持活塞式气动头动作200个冲程甚至更多，在电站的使用频率下，可以达到几周甚至更长的时间，该期间足以购置原装备件包以更换，该方法可以在一定程度上减少物资库存，避免因密封老化造成的备件使用寿命及费用损失。
作者简介：戴云（1972—）男，江苏常州人，技师，从事燃气-蒸汽联合循环发电机组管阀专业检修工作。王大伟（1983—）男，江苏常州人，工程师，技师，从事燃气-蒸汽联合循环发电机组检修管理工作。
论文作者:戴云,王大伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/11
标签：活塞论文; 活塞式论文; 密封圈论文; 执行机构论文; 阀门论文; 动作论文; 导向论文; 《电力设备》2018年第36期论文;