近年来，导热油以其稳定性和安全性被作为热媒广泛应用于各种工业领域。导热油是一种高效的有机热载体传热介质，主要因为它在较高的工艺温度下饱和蒸汽压远小于水的饱和蒸汽压而表现独特的优越性。例如，在1.0MPa的压力下，导热油的温度可达到300℃，而水或水蒸汽要在8.0MPa的压力下才能达到。因此导热油系统通常是在低压条件下工作，故其操作安全性要高于水和蒸汽系统。也弥补了加热不均匀，热稳定性差的缺点。但导热油具有很强的渗透性，且与明火相遇时有可能发生燃烧的风险，因此对热媒系统的要求也较高，尤其是系统中用于控制介质的阀门，不仅要防止其产生内漏，更重要的是防止其外漏。在控制好铸件或锻件本身质量的前提下，产生外漏的泄漏点主要存在于阀杆与填料密封处，因为阀杆与填料为动密封，在使用过程中极易产生外漏，给生产带来极大风险。波纹管阀在热媒系统中扮演着重要的角色，波纹管阀采用金属波纹管结合填料双重密封，完全可以做到零泄漏的要求。在主管道上，因其管道直径较大（通常在DN400~DN800），通常选用大口径波纹管闸阀。目前，热媒主管道上所使用的波纹管闸阀主要都为手动，因其行程较长，阀门开关时间相应较长，在管道遇到突发事故时，很难做到快速关闭阀门，并且热媒温度较高，不便于人员现场操作。

系统故障或事故时可以实现快速切断通路已成为热媒系统设计的硬性要求。具有故障位置保护的超大口径气动波纹管闸阀及气动执行机构因其安全、动作迅速、动力源易得以及可实现远程操作等优点被作为***，已投入热媒系统中使用，性能良好。

闸阀关键结构设计

●

气动执行机构设计

●

3.1  执行器推力计算

对波纹管闸阀气动执行器进行设计，考虑到经济性，波纹管闸阀所需执行器气缸推力可按照实际工作压力进行计算，无需按照公称压力设计，可降低成本。

关闭时阀杆总轴向力

对比关闭和开启时阀杆总轴向力，选择较大者作为设计气缸缸径的依据，安全系数可根据实际情况而定，考虑到该工况介质温度较高，故取较大安全系数1.5倍阀门推力。

3.2  执行机构定型设计

气动执行机构主要包括薄膜式和活塞式两大类，波纹管闸阀行程较大，为波纹管闸阀提供动力的执行机构选择薄膜式不适合，只能选择活塞式。再根据现场阀门有故障关的位置要求，可选择常闭型单作用气缸或双作用气缸加备用气源两种方案来实现。

常闭型单作用气缸在通气时，执行机构开启，阀门打开；断气或断电时，通过弹簧复位关闭阀门，实现故障关。一般情况下，小推力、小行程单作用气缸在有故障位置要求时，通过弹簧复位比较稳定可靠，也易实现，在实际使用过程中优先选用。但对于行程以及推力较大的场合，考虑到弹簧整体高度较高，稳定性差，以及该工况，阀门长期处于开启状态，弹簧始终处于大载荷压缩状态，容易产生疲劳断裂，直接影响到使用寿命和安全性。再则，开启时气缸不仅要提供阀门所需的推力，还需要克服弹簧的压缩力，因此所需气缸直径较大，成本较高，在实际使用中不作为优先考虑方案。

双作用气缸加备用气源方案在大口径阀门中运用比较广泛，主要是采用双作用气缸来开启和关闭阀门，在系统断气或断电的情况下，通过储气罐作为备用气源来实现阀门的紧急关闭要求。因其开启和关闭均通过气源实现，无需弹簧复位，因此所需缸径较小，整体尺寸较小，安全稳定，成本相对较低。在该项目中，根据实际情况，采用双活塞式双作用气缸比较合适，主要从以下两个方面分析：

（1）考虑到工况温度较高，为防止因高温变形无法开启的情况发生，采用双活塞式结构形式，对开启总行程的初始10%提供双倍开启推力，保证阀门能够平稳开启。

（2）同时，该结构还可以在快速关闭过程中实现前90%行程快关，后10%行程通过对气缸排气口的调节节流，实现缓闭的效果。既能满足现场所要求的紧急关闭时间小于10s，又能够避免大口径管道因过快的关闭而产生水锤现象，防止对系统管道造成破坏。

因此，根据以上分析，该工况应选用双作用气缸加备用气源方案，如图1所示。

3.3  气路原理图设计

为满足阀门快速关闭的要求，考虑到气缸容积较大，必须增加气缸进气量来满足要求。因此，气源管道、气动控制附件等的流通能力应较大，而同规格的电磁阀流通能力相较于气控阀差很多。故采用气控阀来对气源进行换向，采用电磁阀来控制气控阀的控制气源信号。此外，在增大进气量的同时，还必须能快速排出气缸腔体内的气体。在气控阀与气缸之间必须安装快速排气阀，下腔气体不通过电磁阀直接从快速排气阀排出，可以提高阀门关闭速度。

通常双作用气缸在系统失气或失电的情况下，阀门保持原位。为了能实现故障关的要求，必须设计有备用气源管路，如图1所示。考虑到该阀门在系统中的重要性，为了防止因备用气源压力不足而无法紧急切断阀门，在设计时增加一路对备用气源供气的气路。其原理为在主气源与备用气源（储气罐）之间增加电接点压力表，用来反馈气源压力值，当气源压力低于设定压力值时，电接点压力表直接控制该气路中电磁阀，接通气源，向储气罐中供气，以达到所需气源压力。

分别从以下三种工况对工作原理进行叙述。

a．正常工作：主供气源经过滤减压阀减压后，气体流经两位五通气控阀，两位五通气控阀两出气口分别与气缸上、下腔连接。该两位五通气控阀由气信号控制，气信号由两位三通电磁阀通过PLC或DCS系统控制，当电磁阀带电时,两位五通气控阀得气信号，气源与气缸下腔接通，气源进入气缸下腔推动活塞、推杆向上移动，实现阀门的开启；相反，当电磁阀失电时,两位五通气控阀失信号，气路发生转变，两位五通气控阀与气缸上腔接通，气体进入气缸上腔推动活塞、推杆向下移动，实现阀门的关闭；同时，单气控双流向两位三通气控阀在有气信号时，将两位五通气控阀与气缸上腔连通，储气罐与气缸上腔断开。相反，在失去气信号时，将两位五通气控阀与气缸上腔断开，储气罐与气缸上腔连通。

b．失电状态：当现场电源故障，出现断电情况时，两位三通电磁阀断开，两位五通气控阀因为失去气信号而发生气路转换，两位五通气控阀与气缸上腔接通，气体进入气缸上腔推动活塞、推杆向下移动，实现失电故障阀门关闭，此时气缸动力源为主供气源；

c．失气状态：当现场气源故障时，单气控双流向两位三通气控阀因失去气信号，气路发生转变，将两位五通气控阀与气缸上腔断开，储气罐与气缸上腔连通，此时，备用气源（储气罐内气源）作为气缸动力源，使阀门快速关闭，实现阀门失气关闭的功能。

结语

●

故障时能实现快速切断的大口径气动波纹管闸阀是热媒系统中至关重要的阀门，基于快速切断气路、通路大口径等要求，对闸阀关键结构进行了设计。在闸阀设计的基础上，对闸阀应用的气动执行机构进行了设计，得到了执行器的推力、执行器机构定型设计以及执行机构的原理图。
更多koso无锡工装气动调节阀产品详情@工博士商城