一种利用弹簧储能的智能型阀门紧急关断装置设计

3.0 闻远设计 2023-08-13 142 4 20.51KB 4 页 1光币

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一种利用弹簧储能的智能型阀门紧急关断装置

设计

　　摘要：针对现代市政管网发展需要，结合故障事故的影响，对市政管网进行系统安全保

护设计，合理采取应急处置措施，在保证装置运行安全可靠的基础上尽量减少事故及次生灾

害的影响。论文设计了一种利用弹簧储能，适用于市政管网应用领域的智能型阀门紧急关断装

置。

　　关键词：市政管网；紧急关断阀；智能阀门；弹簧储能；

Abstract:In this paper, a kind of intelligent valve emergency shutdown device is designed, which is

suitable for the application field of municipal pipe network. This paper has to think highly first on the

cause and effect analysis while designing on safe protection to meet the re-quirements of the

development of modern municipal pipe networks, with full consideration of all the factors resulting in

potential accidents, taking reasonable measures on shut down and off-work, trying all means to avoid

frequent on and off works of the devices and narrow the impact resulted from the accident and

secondary disasters.

Keyword:municipal pipe networks; emergency shutdown valve; intelligent valve; spring energy

storage;

　　 0　引言

在城市管网安全系统研究项目里，对于燃气及有毒化学制品管道运输的灾害预防是一很重要的

课题。研究结果表明，有些自然灾害的发生是不可避免的，而次生灾害是可以控制的。比如

在地震灾害发生时，经常会引起输送管道的破裂，如果不能及时关闭阀门，危险介质大量泄

漏从而造成严重的次生灾害。这种灾害带来的后果，有时会比地震本身造成的灾害大很多。为

避免这种次生灾害的发生，就要求在输送管道发生破裂时及时关闭阀门，阻止危险介质的泄

漏。

管道阀门有多种驱动形式，从预防灾害的目的出发，都要求管道阀门能够在出现灾害的时候

自动关闭。由于地震灾害发生时，往往会伴随供电系统的中断，所以阀门的关闭不可以使用

电力，而需要使用其他的驱动型式。为此，要求在防灾管道系统中使用特殊的紧急关断阀

门。

　　 1　现有产品状况

现在市场上有几种具有类似功能的紧急关断阀，列举如下：

（1 ）日本卡温达紧急切断阀。该产品使用涡卷弹簧作为应急状态时的动力源，在断电的情况

下自动关闭。该产品力矩最大只能做到 450N·m, 且没有手动装置。

（2 ）德国法奥克电液执行器。使用电液驱动装置，用蓄势器除能。供电中断时可以使用蓄势

器储存的能量驱动阀门工作，当蓄势器能量释放完后，可以使用手动泵驱动。性能比较好，

但价格昂贵。

（3 ）日本日立オ�`トモティブシステムズメジャメント株式会社紧急关断阀。该紧急关断阀

用于紧急情况下快速切断，用高压气瓶做紧急情况下的动力源，通过气缸关闭阀门。没有手

动装置。

（4 ）重锤式紧急关断阀。重锤式紧急关断阀是靠重锤的重力作用关闭阀门的，是比较成熟的

产品。但是由于依靠重力，阀门关闭力矩越大，重锤越重，整体笨重。

（5 ）电磁先导式紧急切断阀。这类紧急关断阀产品比较多，由于流阻比较大，不符合节能要

求。

以上各种紧急关断阀，各有特点，相比较而言，德国的产品是比较好的，但是价格昂贵，如

果在城市安全管网中推广，对政府财政来讲是一笔很大负担。重锤式紧急关断阀，由于重锤

质量很大，惯性力也会很大，在地震灾害中，有可能会变成灾害源。因此，考虑到产品供应

现状，需要设计一种适合的紧急关断阀门。

　　 2　设计原则

根据实际应用需求，管网紧急控制装置需要在几种情况下具有能够使用功能。

首先：阀门要纳入城市管网安全系统管理之下，因此要选择智能型电动阀门，可以通过网络

与控制系统连接；其次：当发生紧急状况，供电正常时，系统可以控制阀门快速关闭；最

后：出现供电故障，但其他情况正常，可以人工控制阀门开关。

由于市场上产品不适合城市管网安全系统的要求，因此我们特地设计了一种阀门紧急关断装

置。基本要求有 4 点：①智能性，基本设计符合国家智能阀门标准，非紧急状态时下作为普

通阀门控制装置使用，可以联网控制；②紧急状态时，可以快速关闭；③在断电情况下，可

以自动保护关闭；④在供电故障时，可以手动操作。

　　 3　详细设计

根据以上要求及设计原则，并采用模块化的设计方法，阀门紧急关断装置分为动力机构、运

动机构、控制单元等，同时还分为电力、紧急、手动三大功能模块，本设计采用弹簧储能装

置作为紧急动力模块、使用滑块-扇形齿轮作为传动机构、使用单片机系统作为控制单元、使

用常开型电磁阀作为紧急关闭时的控制元件、使用液压缸作为锁定和缓冲装置、使用手动液压

泵作为阀门手动操作机构、使用行星减速机构作为主减速机，设计有以下几个要点：

（1 ）选择使用弹簧作为紧急状态下的动力源。圆柱压缩弹簧结构简单，可靠性高，可以制成

相当大的尺寸，电动阀门使用圆柱压缩弹簧作为动力源，因而使紧急关断阀可以适合所有城

市管道。

（2 ）使用滑块- 扇形齿轮作为传动机构。弹簧的输出特性是输出力与工作行程成正比，压缩

行程越大，压力越大。而阀门的操作力矩特性虽然根据阀门结构不同呈不同力矩曲线。但基本

特点上是阀门关闭时力矩最大。使用滑块扇形齿轮结构，可以获得比较理想的力矩曲线，使

得阀门电动装置在在阀门关闭位置时输出力矩最大。

（3 ）使用单片机系统作为控制单元。控制部分由控制单元、控制元件、显示和报警单元组

成，使用单片机系统作为阀门紧急关断装置的控制单元，使阀门紧急关断装置智能化，可以

适应各种控制方式。可以通过通讯接口联网，连接到城市管网安全系统管理之下。

控制器接受操作单元信息，进行逻辑判断，输出功能指令，控制电磁阀、实现各种功能控

制，本设计使用常开型电磁阀作为紧急状态时的控制元件。

显示和报警单元设有阀门"开启""关闭""压缩弹簧"等工作状态显示；有限位、扭矩、过热、过

载等故障报警。

操作模式有手动、远方和就地操作方式，在控制室内可进行手动远方操作，对阀门实施快速

关闭，正常开启和关闭、阀门活动试验等功能；设有与手动远方操作相同功能的手动就地操作

方式，以便于调整试验和在事故情况下的紧急处理。

（4 ）使用液压缸作为锁定和缓冲装置。在弹簧上紧后需要一个锁定装置，使弹簧维持在工作

状态。使用液压缸作为弹簧锁定元件使得结构非常简单，控制非常容易。而且可以通过控制回

油速度，控制阀门的关闭速度。这在大口径的液态介质中使用是非常重要的。如果阀门关闭过

快，由于水击效应可以造成管道的破坏。

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一种利用弹簧储能的智能型阀门紧急关断装置设计　　摘要：针对现代市政管网发展需要，结合故障事故的影响，对市政管网进行系统安全保护设计，合理采取应急处置措施，在保证装置运行安全可靠的基础上尽量减少事故及次生灾害的影响。论文设计了一种利用弹簧储能，适用于市政管网应用领域的智能型阀门紧急关断装置。　　关键词：市政管网；紧急关断阀；智能阀门；弹簧储能；Abstract:Inthispaper,akindofintelligentvalveemergencyshutdowndeviceisdesigned,whichissuitablefortheapplicationfieldofmunicipalpi...

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