活塞氣動(dòng)切斷閥結(jié)構(gòu)原理及常見(jiàn)故障處理

王童

摘 要：以公司老區(qū)煉鋼廠氧氣切斷閥為例，介紹了活塞氣動(dòng)切斷閥的結(jié)構(gòu)原理，針對(duì)常見(jiàn)故障，提出了處理方法和防范措施。

關(guān)鍵詞：煉鋼；結(jié)構(gòu)原理；故障；處理方法；防范措施

前言

氣動(dòng)活塞切斷閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、使用可靠、快速關(guān)閉等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于無(wú)雜質(zhì)，無(wú)顆粒的液體、氣體介質(zhì)，要求快速?lài)?yán)密關(guān)閉、快速放空的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。氣動(dòng)活塞切斷閥是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一種，它與電磁閥、大功率減壓閥等配套使用，可以對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中輸送管道上的流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)切斷或安全放空。公司老區(qū)煉鋼廠氧氣與氮?dú)馇袛嚅y就是采用的這種閥，下面以氧氣切斷閥為例對(duì)其進(jìn)行介紹。

1.型號(hào)、規(guī)格意義

老區(qū)煉鋼廠氧氣切斷閥型號(hào)為ZSPQ-40K，規(guī)格DN200，其型號(hào)意義如圖1所示。

圖1 切斷閥型號(hào)意義

2.結(jié)構(gòu)特征

2.1組成

氧氣切斷閥主要由閥體、手動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧、推拉桿、氣缸、活塞、導(dǎo)向套、閥芯、底部導(dǎo)向肓板等組成。

2.2流向

閥門(mén)介質(zhì)流向?yàn)橄逻M(jìn)上出，安裝時(shí)要注意方向，不可倒置。

2.3控制方式

控制方式為單作用氣開(kāi)式，即打開(kāi)是依靠控制氣路的氣壓力，關(guān)閉是依靠彈簧彈力，此為安全工藝要求，因?yàn)檠鯕馇袛嚅y是控制氧氣的打開(kāi)與切斷，當(dāng)全場(chǎng)突然停電的情況下必須要確保氧氣處于切斷狀態(tài)，否則可能造成重大設(shè)備、安全事故，因此切斷閥的關(guān)閉不能依賴(lài)電能，故設(shè)計(jì)上采用了彈力勢(shì)能來(lái)彌補(bǔ)電能的不足，這與“安全水塔”利用重力勢(shì)能來(lái)應(yīng)對(duì)停電道理是一樣的。

2.4柔性閥桿

閥桿沒(méi)有設(shè)計(jì)成整體，而是分成三段采用銷(xiāo)軸作活動(dòng)連接，作用在于使閥芯與閥座接合時(shí)，自動(dòng)找正貼平，確保密封效果。

2.5雙導(dǎo)向

在閥芯的定位導(dǎo)向方面，考慮到閥本身結(jié)構(gòu)大，所控制的介質(zhì)壓力也大，故在閥桿上設(shè)計(jì)了雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，即閥芯上部與底部都有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了閥芯的剛性，使閥芯工作平穩(wěn)可靠。

2.6雙閥芯

氧氣切斷閥所控制的氧氣設(shè)計(jì)額定工作壓力達(dá)到1.6MPa，為了降低閥門(mén)開(kāi)啟阻力，減小沖擊，此閥閥芯設(shè)計(jì)很有獨(dú)到之處，采用了雙閥芯結(jié)構(gòu)，主閥芯上設(shè)計(jì)了6個(gè)均布的流道。閥門(mén)打開(kāi)過(guò)程中，副閥芯先打開(kāi)，因副閥芯橫截面積較小，所以開(kāi)啟阻力相對(duì)較小，易開(kāi)啟，開(kāi)啟瞬間，氧氣從主閥芯流道通過(guò)，這時(shí)閥前后壓差得到一定平衡，減小了主閥芯開(kāi)啟阻力，隨后主閥芯打開(kāi)，氧氣從主閥芯與閥座間隙及流道通過(guò)。

3.工作原理

3.1氣動(dòng)

當(dāng)壓縮空氣由氣缸上端進(jìn)氣時(shí)，活塞在氣壓作用下帶動(dòng)推拉桿、閥桿及閥芯往下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)彈簧被逐漸壓縮，閥逐漸開(kāi)啟，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到下極限位置時(shí)停止，此時(shí)閥門(mén)完全打開(kāi)，閥芯向下運(yùn)動(dòng)行程為60mm。當(dāng)壓縮空氣切斷時(shí)，氣缸上腔壓力被釋放，推拉桿、閥桿、活塞及閥芯在彈簧彈力作用下向上運(yùn)動(dòng)，閥逐漸關(guān)閉，當(dāng)閥芯向上運(yùn)動(dòng)觸碰到閥座時(shí)，閥被完全關(guān)閉，閥芯與閥座的貼合由彈簧的預(yù)緊力決定，預(yù)緊力越大，貼合越緊。氣動(dòng)過(guò)程中，蝸桿套的位置保持不動(dòng)。

3.2手動(dòng)

當(dāng)手輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而蝸輪再帶動(dòng)蝸桿套沿導(dǎo)向鍵向下作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，蝸桿套的下端將力傳遞到推拉桿雙并帽上，雙并帽帶動(dòng)推拉桿、閥桿及閥芯向下運(yùn)動(dòng)，閥逐漸打開(kāi)，其他與氣動(dòng)相同。

4.常見(jiàn)故障（閥門(mén)關(guān)不死）及其處理

4.1行程調(diào)整不當(dāng)

因?yàn)檠鯕馇袛嚅y屬于常閉型閥門(mén)，即在失電、失氣的情況下會(huì)自動(dòng)關(guān)閉（關(guān)閉力來(lái)自彈簧），如果關(guān)不死，可能是行程調(diào)整不當(dāng)造成，即彈簧的彈力全部釋放后，閥芯與閥座之間仍有間隙。處理方法是松開(kāi)推拉桿與閥桿連接處的并帽與定位螺釘，用管鉗或活動(dòng)扳手夾住閥桿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)使閥芯向上運(yùn)動(dòng)直到關(guān)閉。

4.2手動(dòng)機(jī)構(gòu)未關(guān)到位或手動(dòng)機(jī)構(gòu)鎖緊螺栓未鎖

在前面已經(jīng)提到，手動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的是蝸輪蝸桿，具有自鎖作用（只有由手輪帶動(dòng)閥桿上下運(yùn)動(dòng)，而彈簧的彈力無(wú)法通過(guò)閥桿將力施加到手輪上使手輪旋轉(zhuǎn)），如果進(jìn)行手動(dòng)操作后未將閥芯完全關(guān)閉，或者由于手動(dòng)機(jī)構(gòu)鎖緊螺栓未鎖造成誤操作，則氣動(dòng)時(shí)閥的行程受限永遠(yuǎn)無(wú)法關(guān)閉。

4.3導(dǎo)向套上的連接銷(xiāo)退出卡住閥蓋

原裝氧氣切斷閥導(dǎo)向套上的連接銷(xiāo)是通過(guò)打樣沖眼來(lái)防松的，容易退出，一旦退出，在閥關(guān)閉過(guò)程中必定會(huì)卡在閥蓋導(dǎo)向孔端面上，導(dǎo)致閥關(guān)不到位。活塞卡死與這種情況有相似的現(xiàn)象，判斷與處理方法相同。

4.4預(yù)緊力的錯(cuò)誤調(diào)整

閥門(mén)關(guān)閉速度慢時(shí)通過(guò)調(diào)整彈簧預(yù)緊力來(lái)處理是完全錯(cuò)誤的，因?yàn)轭A(yù)緊力的大小只與閥芯與閥座的貼合力有關(guān)，增加彈簧預(yù)緊力只表明閥關(guān)閉時(shí)閥芯與閥座貼合得更緊，并不能增加彈簧關(guān)閉過(guò)程中的拉力，關(guān)閉過(guò)程中的拉力只與彈簧固有屬性有關(guān)，比如彈簧直徑、材質(zhì)等，當(dāng)然也與彈簧初始受壓縮程度有關(guān)，但是在本例中，彈簧初始?jí)嚎s程度都相同，即完全壓縮（閥開(kāi)狀態(tài)）。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)老區(qū)煉鋼氧氣切斷閥的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了分析、探討，提出了雙閥芯、柔性閥桿等概念，并分析了它們的設(shè)計(jì)意圖。從實(shí)際出發(fā)，對(duì)氧氣切斷閥的常見(jiàn)故障進(jìn)行的剖析、解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]《ZSPQ型氣動(dòng)活塞切斷閥使用說(shuō)明書(shū)》.鞍山自控儀表（集團(tuán)）股份有限公司