太平湾电站以色列阀门的工作原理及使用分析

李永春，陆 波

（太平湾发电厂，辽宁 丹东 118000）

太平湾电站以色列阀门的工作原理及使用分析

李永春，陆 波

（太平湾发电厂，辽宁 丹东 118000）

介绍了太平湾电站所使用的以色列电动阀门，详细说明自身流体控制电动阀和压缩空气控制电动阀的工作原理及操作方法，并针对以色列电动阀在使用和维护中出现的问题提出具体的解决办法。

以色列电动阀；工作原理；运维方法

2000年以来，太平湾电站陆续更换为以色列多诺特公司生产的电动阀门（下文简称“以色列阀”）。本文针对太平湾电站使用的以色列多诺特公司生产的电动阀门进行了介绍，详细说明了以色列电动阀的工作原理及操作方法，并针对以色列电动阀在使用和维护中积累的经验及出现的问题提出了具体的解决办法，以方便现场检修和运行维护人员使用和管理。

以色列阀有多种系列，太平湾电站水系统安装采用GL系列和300系列电动阀，控制方式分为自身流体控制和压力空气控制［1］。

1 自身流体控制以色列阀

自身流体以色列阀是利用流体压力介质自身的压力来控制阀门开关，不用外部压力源即可实现电气操作开关阀门［2］、人工操作开关阀门，还可实现阀门的自动调整其出口压力及减压、逆止功能，其原理如图1所示，主要部件由阀门本体、本体内的橡胶阀盘、三通旋塞、三通放大功器、三通引导阀、电磁阀及其它附件组成。

图1 自身流体控制以色列阀原理

1.1 人工操作开启以色列阀

在以色列阀控制过程中，三通放大器起到十分重要的作用，其结构如图2所示。

图2 三通放大器结构

当人工操作三通旋塞手柄至开阀位置时，三通放大器上腔的压力介子通过导管进入三通旋塞的下腔连管，再进入三通旋塞的排水管“O”（即开阀所对位置）排出，此时阀门本体内的橡胶阀盘上腔的压力介质通过阀门d3管流入三通引导阀，再通过三通放大器泄到阀门出口端；同时，阀门进口端的介质压力作用于阀门本体内的橡胶阀盘，抵消了阀门本体内的橡胶阀盘上腔的弹簧力，从而使上腔的介质产生了一个向下的压力，此压力介质进入三通放大器，使三通放大器的上腔弹簧压缩，顶起三通放大器橡胶隔膜；此时阀门本体内的橡胶阀盘上腔压力介质通过三通引导阀到达三通放大器，经过小球阀d2管排至以色列阀的出口端排出。以色列阀本体内的橡胶阀盘上腔介质排净时，以色列阀达到全开状态。

1.2 人工操作关闭以色列阀

当人工操作三通旋塞手柄至关阀位置时，以色列阀进口端压力介质通过小球阀管，一路压力介质从三通旋塞的“c”口（即关阀所对位置）进入三通旋塞的下腔到达三通放大器的上腔，将三通放大器的橡胶隔膜压向下部位置，使三通放大器关闭；同时另一路压力介质通过导管a2进入三通引导阀的下腔口，调整旋塞，三通引导阀的上部连接口到达以色列阀的橡胶阀盘的上腔，在此介质压力、以色列阀橡胶阀盘上部弹簧力的共同作用下，将以色列阀的阀盘压至下方阀口，切断压力介质关闭阀门。在此状态下，以色列阀的阀盘上腔的压力介质虽然也与三通放大器相通，但由于三通放大器截止力大于压力介质和弹簧的合力，以色列阀的橡胶阀盘上腔充满压力介子，使以色列阀保持关闭状态。

1.3 电气操作开关以色列阀

电气操作以色列阀与人工操作不同之处在于有电磁阀参与动作，把人工操作的三通旋塞手柄旋至自动（Auto）位置后，以色列阀的人工控制就转入由电磁阀进行操作，实现了电气操作以色列阀的开关，即电磁阀“开”与“关”的功能代替了人工旋转三通旋塞手柄到开位、关位的过程。电气操作时以色列阀动作到“开位”、“关位”状态，其阀体本体上各机械部件动作状态和压力介质的流向及作用分别与人工操作开启以色列阀和人工操作关闭以色列阀的叙述相似。

电磁阀替代手动旋转三通旋塞的作用重点在于电磁阀功能，介绍如下。

电磁阀的介质走向管如图1中的1管、2管、C管；在电气控制态时，其中的1管功能代替了三通旋塞的O管功能与大气相连；其中的2管与三通放大器相连，是三通放大器驱动压力源；电磁阀的C管功能等同于三通旋塞的C管，是电磁阀芯的操作介质压力源。

电磁阀由机械、电气2部分组成，机械部分由阀体壳、阀芯、弹簧、操作水源C管、驱动压力源2管、对空排1管组成；电气部分由线圈和永久磁钢组成，线圈是220 V直流瞬间加电的，能完成驱动阀芯向“开”、“关”位置动作，永久磁钢能自保持阀芯吸附在“开”或“关”态。

以色列阀的“开”动作过程即是电磁阀“开”的动作过程：电磁阀阀芯在线圈“开”电信号作用下向上移动后，堵断流道介质压力源的C管口且对空排1管泄掉腔内残余压力，永久磁钢吸附阀芯保持其在“开”态，1管排泄掉三通放大器2管的介质压力，此时的以色列阀的橡胶阀盘皮囊泄压上浮，阀盘开启，以色列阀的进口端压力介质流向出口端，完成阀门本体的开阀过程。

以色列阀的“关”动作过程即是电磁阀“关”的动作过程：电磁阀阀芯在线圈“关”电信号作用下向下移动后，打开介质压力源C管口且堵住与大气连体的对空1管，永久磁钢吸附阀芯保持其在“关”位，C管的压力介质通过阀芯外周流向2管注入到三通放大器内，其压力上升后使介质注入以色列阀本体内的胶囊内，憋压膨胀的胶囊下行阻断了以色列阀本体的过水口，以色列阀本体流道被截止后完成阀门“关”的过程。

以色列阀的上述开关动作经过多个环节，包括电信号、机械阀芯动作、磁性自保持、阀芯的上行止住C口来开阀、阀芯的下行止住1口来关阀、弹簧平衡电磁力和永磁钢磁力等。

1.4 以色列阀的减压功能

以色列阀的减压功能和自调压功能［3］主要是依靠三通引导阀来实现的。三通引导阀主要由调整螺栓、弹簧、橡胶隔膜、密封导向杆件、阀座、硬化阀座（橡胶）、针阀适配器、阀体等组成。三通引导阀上有3个孔，即连接以色列阀上腔胶囊的控制孔COM、连接以色列阀进口端的输入孔IN、连接以色列阀出口端的输出孔OUT，具体结构如图3所示。调整其上部的调整螺栓，改变三通引导阀内的弹簧力，引起作用在以色列阀橡胶隔膜上的进口端和出口端压力平衡改变，达到新的平衡点。

图3 三通引导阀结构

其减压功能工作原理为：当人工调整三通引导阀上部的调整螺栓在某一位置时，以色列阀进口端的压力进入三通引导阀孔IN，经过针阀适配器，压力介质通过其上腔的控制孔COM进入以色列阀的上腔胶囊，作用于以色列阀阀盘；与此同时，另一路压力介质进入三通引导阀中部的阀座，作用于三通引导阀底部的硬化阀座，向下压迫三通引导阀的密封导件，而此时进入三通引导阀内腔的出口压力（由于此时以色列阀处于开启位置，三通放大器上腔压力已排出，输出孔OUT与以色列阀出口端相通）作用于三通引导阀橡胶隔膜，二者合力与橡胶隔膜弹簧力达到平衡时，以色列阀阀盘就处于某一新的平衡点开度，此时以色列阀出口端的压力即为这一减压调整后需求液体压力。

1.5 以色列阀的自调压功能

当以色列阀进口压力出现波动时，三通引导阀与以色列阀本体胶囊相互作用，自调节出口压力保持恒定不变。当以色列阀出口压力低于某一人工调整状态时，在三通引导阀胶质隔板上形成的进口、出口压力差就小于前期人工调整螺栓后的弹簧力，导杆随着胶质隔板带动也向下移动，引起三通引导阀中部的阀座与底部的硬化阀座打开缝隙，在以色列阀进口压力随之进入IN孔，该压力通过针阀适配器进入三通引导阀中部的阀座和以色列阀出口的连通管，此时以色列阀胶囊上腔的压力也通过三通引导阀上部的COM孔与以色列阀出口相连通，以色列阀胶囊上腔的压力通过上述管件排至阀的出口端，引起其出口端压力降低，这样在以色列阀胶囊隔膜下面的液体压力大于胶囊隔膜上面的液压、弹簧力合力，此时以色列阀胶囊隔膜向上带动阀盘移动，随之阀门开启出口压力升高；同时三通引导阀橡胶隔膜上的液体压力与弹簧力的合力发生改变，随着以色列阀胶囊向上移动开启阀盘，出口压力逐渐升高，三通引导阀的导杆逐渐上移，三通引导阀中部阀座与硬化阀座的开口间隙渐渐减小，当其橡胶隔膜上的作用与弹簧力恢复平衡状态时，三通引导阀中部阀座与底部硬化阀座的缝隙建立在新的过流状态，维持这种平衡的三通引导阀与以色列阀胶囊之间也建立了出口压力降低调整后的新平衡状态，保持了以色列阀出口端在原始人工调整时的压力稳定值。

当以色列阀出口压力大于某一人工调整状态时，在三通引导阀橡胶隔膜上、下面的作用力就大于弹簧向下的作用力，三通引导阀中部的阀座与底部的硬化阀座间隙闭合，隔断上、下游的联系，使进入三通引导阀连接孔IN的压力全部通过针阀适配器、三通引导阀上部的控制孔COM进入以色列阀的胶囊上腔，此时作用在以色列阀胶囊的弹簧力和其液压力就将大于以色列阀胶囊下面液体压力，使以色列阀阀盘向下移动，出口压力逐渐降低，使以色列阀胶囊与三通引导阀橡胶隔膜之间建立新的平衡点，直至阀门出口压力平衡达到进口压力升高前的人工调整压力值。

以色列阀进口压力升高、降低发生变化的自调节过程与其出口压力发生变化的自调节过程相似。

1.6 以色列阀的逆止功能和速度调整

当以色列阀的出口压力高于进口压力时，则出口压力通过小阀门d2→导水管→逆止阀→导水管→以色列阀胶囊上腔，与上腔内的弹簧共同作用，将以色列阀隔膜压下，克服进口压力的作用，带动阀盘向下运动，关闭以色列阀，防止出口压力高时的液体倒流。

三通引导阀的另一功能是通过人工调整其下部的针阀适配器调整螺钉，改变通过针阀适配器的液体流量，以改变以色列阀的开关速度。当左旋针阀适配器调整螺钉时，针阀适配器的开度加大，通过它的液体流量也随之增加，使以色列阀的开关速度加快；反之，则使以色列阀的开关速度减慢。

2 压缩空气控制电动阀

压缩空气控制电动阀具有阀门开关功能，没有减压和逆止功能。其工作原理是外加压力源用压缩空气驱动。压缩空气控制以色列阀原理如图4所示。

图4 压缩空气控制以色列阀原理

2.1 自动控制工作原理

当开启以色列阀时，图4中左侧电磁阀通电励磁，两位五通阀的阀芯在电磁阀的作用下移到左侧，压力空气通过压力调节阀→两位五通阀的IN孔→左侧的控制孔（CYL孔）→导管→电动阀的下腔，即隔膜圆盘与橡胶隔膜组成的下腔；与此同时，电动阀的上腔，即橡胶隔膜与上部阀体组成的上腔内的压力空气→导管→两位五通阀右侧的控制孔（CYL孔）→与两位五通阀的排气孔（EX孔）相通，排出阀体后，阀门的橡胶隔膜在下腔压力空气的作用下，克服弹簧力的作用向上移动打开封闭圆盘，开启以色列阀。关闭以色列阀，其动作过程与上述过程相反。以色列阀的剖面图如图5所示。

图5 压缩空气控制以色列阀阀体剖面

2.2 手动开关电动阀

手动开启以色列阀时，用螺丝刀将左侧电磁阀下部的型螺丝旋转90°，则与两位五通阀左侧连通的压力空气被隔断，同时，两位五通阀活塞左侧的压力空气从左侧电磁阀上部的通孔排出，两位五通阀的活塞在右侧电磁阀通入的压力空气作用下，向左移动，即相当于左侧电磁阀通电励磁，其余动作过程同自动控制过程，以色列阀打开。

手动关闭以色列阀时，用螺丝刀将右侧电磁阀下部的螺丝旋转90°，则与两位五通阀右侧连通的压力空气被隔断，同时，两位五通阀活塞右侧的压力空气从右侧电磁阀上部的通孔排出，两位五通阀的活塞在左侧电磁阀通入的压力空气作用下，向右移动，即相当于右侧电磁阀通电励磁，其余动作过程同自动控制过程，电动阀门关闭。以色列电磁阀外形如图6所示。

图6 压缩空气控制以色列电磁阀外形

3 以色列阀使用中应注意的问题

在自身流体控制以色列阀的使用过程中，如果长时间停用后再次使用时，首先应松开以色列阀指示杆处的螺母，排出阀体上腔内的流体；自身流体控制以色列阀可以通过调整到阀下部的针阀适配器螺钉，来调整阀门的开关速度；自身流体控制以色列阀的压力源进口的微型滤过器，要经常进行检查清扫，防止堵塞［4］。

使用中还应对下述情况及时检查处理。

a.开关阀门的电信号是否正常。

b.电磁阀阀芯动作正常与否，是否发卡。

c.永久磁钢磁性正常与否，其阀芯在开位、关位的自保持能力。

d.弹簧弹性强度正常与否，弹簧锈蚀情况。

e.加电后的线圈磁力是否足以吸动阀芯，其磁力与弹簧弹性的平衡点。

f.开阀时电磁阀阀芯向上动作阀芯封堵C管口的严密程度，该处密封不严是否引起阀的自然关闭动作且管口1关口常有泄压；关阀后阀芯向下动作阀芯封堵1管口的严密程度，该处密封不严时阀是否引起阀的自然打开动作。

g.本体内大弹簧弹性变小时关阀速度减慢；检查大胶皮囊密闭情况，是否有胶囊的内漏，漏压小时（相对于三通放大器膈膜下的阀口漏量）开阀速度减慢，漏量大时控制失效。

h.三通放大器的膈膜及其密封性。三通放大器是中间放大阀，膈膜损坏漏水量较小时（相对于电磁阀的来水量）以色列阀动作迟缓，较大时可能失控，膈膜的止口不严同样引起以色列阀动作迟缓。

i.所有参与控制的塑料胶管及各口阀门无堵塞及关闭。

j.电磁阀管路的这种连接，是生产厂家出厂的接法，存在其固有的隐患。阀芯失控误动必然关阀；阀芯在上部开位失控时，阀芯在弹簧作用下下行引起以色列阀向关侧的误动；分析若永久磁钢磁性减弱、阀体受机械振动、弹簧较硬都会引起在上部开位的阀芯有向下移动的趋势和风险。依据上述的动作原理，建议改为电磁阀失控误动趋向开阀的管路接法。即将此电磁阀芯的连接管C管与1管对调连，使阀芯上端孔在阀芯动作时对空排压力介质，阀芯底部的心口管连于前端的压力源。此时若永久磁钢磁性减弱、阀体受机械振动误动时，阀芯在弹力作用下趋向于“开”以色列阀，避免误动时引起阀后的用户中断压力源现象的发生。由于改动后阀芯的动作方向与改前相反，因此改动的电气二次控制信号也得相应颠倒反接。

在选购以色列电动阀时，应明确现场的工作压力，减压范围及减压目标值，阀门通径，阀门的具体功能，工作电压与频率，控制方式等参数［5］，这样才能使安装的以色列阀门适合自身工作环境。

［1］ 成大先.机械设计手册［M］.北京化学工业出版社，2006.

［2］ 纪 涛.液力驱动泵在汽水分离再热系统中的应用［J］.东北电力技术，2014，35（2）：42－45.

［3］ 安 刚.调压阀技术在大河沿渠首水电站的应用［J］.水电站机电技术，2015，38（3）：69－70.

［4］ 王智刚，郭谦年.电液伺服阀故障分析与预防措施［J］.东北电力技术，2013，34（10）：41－43.

［5］ 史咏梅.电气设备安装、试验、检修与运行维护实务全书［M］.北京：金版电子出版社，2003.

Working Principle and Application Analysis of Israel Dorot Valve In Taipingwan Hydropower Plant

LI Yong⁃chun，LU Bo
（Taipingwan Hydropower Plant of Northeast China Grid Co.，Ltd.，Dandong，Liaoning 118000，China）

This paper introduces Israel dorot valve in Taipingwan hydropower plant.The working principle and operation method of flu⁃id controlling electric valve and pressure air controlling electric valve are described，the specific solution of Israel electric valve is pro⁃posed based on all problems in use and maintenance.

Israel dorot valve；Working principle；Operation－maintenance method

TM622

A

1004－7913（2016）04－0019－05

李永春（1966—），男，工程师，从事水电站机械设备安装、检修、运行维护和管理工作。

2016－01－25）