1 前言
TRT是利用高炉冶炼的副产品--高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，其工艺流程是高炉产生的煤气，经重力除尘器、全干法布袋除尘器、入口电动蝶阀、入口插板阀、调速阀、煤气快切阀，进入TRT装置，由透平机膨胀做功，带动发电机发电，自透平机出来的煤气，进入低压管网。TRT与煤气管网系统中的减压阀组并联，其工艺流程如图1所示。
煤气快切阀作为事故状态下保护透平机的安全装置，该阀设有快关、慢关、慢开及游动功能，这些功能既可在现场机旁点动完成，也可在主控室手动或计算机系统上自动完成。紧急快关功能直接由计算机控制，在系统出现故障时紧急切断煤气，保护透平机组不受损坏。为了保证煤气快切阀及其液压系统始终处于安全运行状态，煤气快切阀还设置了定期自动或人为控制的游动功能。
图1 TRT工艺流程示意
2 结构原理
煤气快切阀驱动装置由插装阀阀块、集成块、液压缸、活塞杆、空气滤清器、游动阀块、拨叉组件、拨叉箱、套筒、弹簧组件等零部件组成。拔叉箱上设置有与阀门本体相连接的法兰、与法兰同轴的支撑拔叉的一组同轴孔、支撑活塞杆的一组同轴孔，二组孔之间有一固定的中心距且在空间交叉垂直；活塞杆穿过拔叉箱的一组同轴孔，一端连接液压缸的活塞，另一端始终与弹簧组件接触，中间与拔叉组件相连接；拔叉安装在拔叉箱内的一组同轴孔中，内孔直接与阀轴相连接，以将驱动装置的动力和运动传递给阀门；液压缸连接在拔叉箱的左侧，液压缸的右上端安装有游动阀块及空气滤清器，左端盖上安装有集成块，集成块上安装有插装阀阀块等液压元件；套筒连接在拔叉箱的右侧，弹簧组件安装在套筒内。快切阀门驱动装置如图2所示。
图2 快切阀驱动装置
3 功能特点
（1）自动复位
快切阀在TRT系统正常工作情况下，阀门始终处于常开状态，在TRT系统出现故障时，要求阀门能够快速关闭，根据这一特点设计了驱动装置的自动复位功能，即正常情况下通过液压系统动力压缩弹簧蓄能，事故情况下释放弹簧势能，实现快速切断。采用了弹簧、拨叉和液压缸的自动复位结构。
（2）快速切断
根据阀门快关动作要求，选择流阻小、流量大的插装阀作为泄荷元件，同时这两个插装阀开启与关闭由两个电磁阀1.3DT和1.4DT控制，为提高系统的安全性，两个电磁阀采用并联，任一个电磁阀失电（或两个同时失电）阀门都能实现快速关闭；此外，两个插装阀还受控制室的危急保安器控制，一旦出现危险状况（两个电磁阀均失效），控制室的保安器越过液压控制系统直接控制两个插装阀开启，实现阀门的快速关闭。这更进一步保证了系统的安全性。
（3）定时游动
游动电磁阀通过游动阀块和活塞杆上凹槽相连来实现阀门的游动。阀门全开状态时，游动阀块与活塞杆上凹槽连通，此时电磁阀1.5DT处于失电状态（即常态）。当发出游动指令后，1.5DT得电，液压缸无杆腔（压力腔）通过游动阀块、游动电磁阀、活塞杆的凹槽与回油管路接通，活塞瞬间失衡，在弹簧力作用下向左移动，活塞杆带动拨叉转动，当活塞杆的移动距离大于凹槽的宽度时，活塞杆自动切断无杆腔与回油管路的连接，活塞在系统液压油作用下回复到全开状态，同时1.5DT接收到延时开关的信号，返回失电状态。
（4）集成化设计
为了节省空间，最大限度地减少系统接口，提高工作效率，所有的功能模块都通过集成块实现，集成块安装在液压缸的左端端盖上。同时，本驱动装置的安装位置与管道平行，对现场安装空间要求较低。阀门动作过程中，无软管接口，只有拨叉在90°范围内摆动，这就极大的消除了阀门快速关闭时，因驱动装置的惯性而造成的阀门和管道的振动。
4 液压原理
（1）阀门开启时，控制系统发出开阀指令，电磁阀1.1DT、1.3DT、1.4DT得电，压力油经过减压阀、液控单向阀、单向节流阀进入液压缸无杆腔，液压油推动活塞和活塞杆移动，活塞杆带动拔叉作逆时针摆动，从而带动阀轴运动，实现阀门的开启，同时压缩弹簧蓄能；通过单向节流阀调节单位时间内进入液压缸的油量，实现对阀门开启速度的控制。如图3所示。
（2）阀门关闭时，控制系统发出关阀指令，控制电磁阀1.2DT、1.3DT、1.4DT得电，无杆腔通过单向节流阀和电磁阀与回油油路相联通，弹簧力推动活塞杆移动，活塞杆带动拔叉作顺时针摆动，从而带动阀轴运动，实现阀门的慢关。通过单向节流阀调节单位时间内排出的油量，实现对阀门关闭速度的控制。
（3）阀门快关紧急状况下，阀门需要快速关闭时，电磁阀1.3DT或1.4DT失电（或同时失电），两个插装阀打开，系统快速泄荷，阀门在弹簧作用力和二次偏心力矩的作用下迅速关闭，0.5s时间内阀门快速关闭达95%以上，然后依靠液压缸上的缓冲装置慢速关闭，阀门完全关闭时间在0.5～1s。
图3 液压原理示意
（4）游动，TRT系统正常工作时，阀门处于常开状态，为确保阀门在长时间开启状态下仍能可靠实现紧急关闭功能，在驱动装置中设置了使阀门“游动”的结构。当电磁阀1.5DT得电，液压缸无杆腔与回油管路接通，活塞在弹簧力作用下带动蝶板向关闭方向转动约5°，
活塞杆堵住泄油口，活塞在液压油压力作用下，使阀门回复到全开状态。
5 关键参数的设计计算
5.1 弹簧计算
根据阀门的动作要求，阀门关闭过程完全靠弹簧力实现，这就要求在整个关闭过程弹簧力产生的扭矩要大于阀门所需的驱动扭矩。忽略弹簧的传递功率和液压缸内的摩擦因素，用公式表示如下：
式中
k--弹簧的弹性模量，N/mm
f--弹簧的预压缩量，mm
L--拨叉的偏心距离，mm
a--输出轴的转角行程，°a=0°～90°
MM--阀门密封面间摩擦力矩，N.mm
MC--阀杆轴承的摩擦力矩，N.mm
MT--密封填料的摩擦力矩，N.mm
Me--阀门蝶板的偏心力矩，N.mm
当阀门处于开启状态，即A=90°时，Me=0， MM=0。要求蝶板在弹簧作用下能够关闭，则需满足：
当阀门进入关闭状态，即a→0°时，要求蝶板在弹簧作用下能够实现完全密封，则需满足：
根据式（2）和式（3）选取适当的k和f，即可确定弹簧的各个参数。
5.2 液压缸压力和缸径计算
根据阀门的动作要求，若要阀门能够顺利开启，则要求整个开启过程中液压缸产生的推力扭矩大于弹簧产生的反弹扭矩和阀门所需的驱动扭矩，用公式表示如下：
式中
P--液压系统的压力，MPa
D--液压缸的缸径，mm
η--液压缸的传递效率
选择合适的系统压力即可确定液压缸的缸径D。
5.3 快关时间计算
当工作系统出现异常状况，需要阀门在很短
时间内实现关闭，其快速关闭的时间由插装阀的最大流量决定。即：
式中
t--阀门快速关闭时间，s
Q--插装阀的最大流量，L/s
根据插装阀的最大流量可以计算出阀门快速关闭的时间，同时也可以根据快关时间计算出插装阀的流量，以此作为插装阀选择的依据。
5.4 游动角度计算
在正常工作情况下，阀门处于长时间开启状态，为保证事故状态下，阀门快速关闭的灵活性，设定游动功能，游动的角度由活塞杆上凹槽的宽度决定，两者关系如下：
式中
H--活塞杆上凹槽的宽度，mm
θ --阀门游动角度，°
6 结论
（1）煤气快切阀驱动装置设有故障状态多道安全保护屏障，一是电磁阀的并联设计，二是插装阀的快速泄荷，三是控制室设有危急保安按钮；
（2）采用集成设计理念，最大限度地减少系统接口，提高工作效率，减少油液泄漏对环境的污染；
（3）本产品样机通过在莱钢等企业试用，在安全性、可靠性、经济性方面达到国内国际领先水平，对目前市场上的同类产品有很强的替代性，应用前景广阔。
摘自互联网