高爐放散閥預(yù)緊螺母力矩調(diào)節(jié)探討

頃永宏 蓋曉明 黎勤

(1：秦皇島秦冶重工有限公司 河北秦皇島 066004 ；2：渤海鉆探工程技術(shù)研究院 天津 300000)

1 前言

高爐爐頂煤氣放散閥用于高爐緊急休風(fēng)或者爐內(nèi)產(chǎn)生爆炸氣體壓力急劇增加時，迅速將高爐煤氣排入大氣中，它要求操作可靠、密封性好。現(xiàn)在爐容在3000m3及以上容積的高爐，因為其爐頂壓力(以下簡稱頂壓)高、整體框架高的特點不再采用配重式放散閥，轉(zhuǎn)而采用帶彈簧倉的新型盤式煤氣放散閥。[1]該放散閥的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

2 結(jié)構(gòu)特點

帶碟簧倉的盤式高爐煤氣放散閥(圖1)閥體為圓筒形，閥體由上下兩部分經(jīng)螺栓連接組成，便于加工和裝配。放散閥采用液壓驅(qū)動，無配重，設(shè)置有彈簧倉，靠倉內(nèi)碟簧加壓壓緊密封，調(diào)整彈簧預(yù)緊力即可調(diào)整閥蓋與閥座之間的密封比壓。擰緊彈簧倉內(nèi)的調(diào)節(jié)螺母時,彈簧倉主軸上移,與主軸相連的活塞壓緊彈簧,使彈簧受一定的預(yù)緊力。調(diào)節(jié)螺母擰得越緊,彈簧初始變形越大,彈簧的預(yù)緊力越大,閥蓋與閥座之間的密封比壓也就越大。預(yù)緊力的大小可根據(jù)不同的密封要求調(diào)節(jié),方便快捷。[2]

閥蓋與閥座之間采用雙重密封，即閥蓋與閥座接觸面由軟密封和硬密封。軟密封安裝在閥座外側(cè)，為硅橡膠密封圈，更換方便；硬密封時在閥蓋與閥座接觸面上堆焊硬質(zhì)合金，密封面為球面與錐面接觸，閥門關(guān)閉時對中性好。

1-支座;2-液壓缸;3-轉(zhuǎn)臂;4-連桿;5-碟簧軸;6-預(yù)緊螺母;7-橫梁;8-蝶形彈簧;9-碟簧倉;10-閥蓋;11-閥體

閥蓋與轉(zhuǎn)臂連接處有二組球面鉸接，設(shè)有加壓彈簧，閥蓋能夠在一定范圍內(nèi)隨動。

閥門開啟后閥蓋的轉(zhuǎn)角大，閥蓋處在放散氣流之外，不受排放氣體的沖刷。

該閥傳動機(jī)構(gòu)中的彈簧倉，當(dāng)在爐頂壓力過高時，彈簧倉活塞向上移動壓縮彈簧，閥蓋沖開轉(zhuǎn)臂抬起，爐頂壓力得到釋放，之后閥蓋在彈簧壓力作用下重新關(guān)閉密封。[3]

3 問題描述

帶碟簧倉的盤式放散閥在對中性和密封性能上較配重式都有了很大改善，且具有高壓自動放散功能。[3]但在該結(jié)構(gòu)放散閥調(diào)試和使用過程中發(fā)現(xiàn)，在調(diào)節(jié)預(yù)緊螺母時，有的型號的很輕松，有的需要較大的擰緊力矩，有的甚至需要借助機(jī)械外力才能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)。過大的擰緊力矩必然增大操作者的勞動強(qiáng)度，降低工作效率，尤其是在調(diào)試的過程中需要頻繁調(diào)節(jié)預(yù)緊螺母，這一問題就尤為突出。通過比對不同型號的放散閥并結(jié)合平面機(jī)構(gòu)作圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)問題所在，放散閥的設(shè)計過程中應(yīng)對這一細(xì)節(jié)加以注意。

4 問題分析

如圖2所示假設(shè)達(dá)到設(shè)計要求的密封比壓時，碟簧的壓縮量為X。在正常關(guān)閉位置橫梁較初始位置(該位置為對預(yù)緊螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)的位置，這里不考慮安裝了頂柱的情況，則橫梁與碟簧倉頂板直接接觸)的位移為Y，即連桿機(jī)構(gòu)可產(chǎn)生的位移；；初始位置碟簧自由高度時到碟簧倉頂板的距離為Z，預(yù)緊螺母到橫梁的距離為H。經(jīng)過分析，當(dāng)X、Y、Z滿足不同關(guān)系時，所需的擰緊預(yù)緊螺母的力矩情況如下：

1-預(yù)緊螺母;2-橫梁;3-碟簧軸;4-碟簧;5-碟簧倉;6-連桿;7-擺臂;8-油缸

設(shè)計需要的碟簧壓縮量為X,即要求L1-L2=X；當(dāng)僅靠機(jī)構(gòu)運動使橫梁產(chǎn)生位移Y，從而使碟簧被壓縮，此時X實= Y-H-Z。

1)當(dāng)Z≥0,X>Y,H≥0時，依靠機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的橫梁位移Y，在關(guān)閉位置不能滿足彈簧壓縮量要求，因此在初始位置需先將預(yù)緊螺母旋入H+Z，即通過預(yù)緊螺母克服碟簧及碟簧軸自重將碟簧軸提起Z，然后再克服碟簧力至少將碟簧軸提起X-Y，才可在關(guān)閉位置滿足預(yù)緊力要求。從預(yù)緊過程可以看出這時調(diào)節(jié)預(yù)緊螺母需要很大的力矩。

2)當(dāng)Z>0,X≤Y,X+Z≥Y,H≥0時，僅依靠機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的橫梁位移Y，在關(guān)閉位置不能滿足彈簧壓縮量要求，因此在初始位置需先將預(yù)緊螺母旋入H+[Z-(Y-X)]，即通過預(yù)緊螺母首先克服碟簧及碟簧軸自重將碟簧軸提起Z-(Y-X)，才可在關(guān)閉位置滿足預(yù)緊力要求。從預(yù)緊過程可以看出這時調(diào)節(jié)預(yù)緊螺母需要較大的力矩。

3)當(dāng)Z≥0,X

通過以上三種情況的比較可知第三種情況時調(diào)節(jié)預(yù)緊螺母需要的力矩最小，此時合理利用了機(jī)械結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生的位移Y。這里要特別說明的是如果在滿足情況三時，要使碟簧產(chǎn)生同樣的壓縮量X，如果盡量減小Z值，就可以使Y值相應(yīng)減小，從而有效減小碟簧倉的高度及連桿的長度，使放散閥的結(jié)構(gòu)尺寸更加優(yōu)化。

5 結(jié)論

在碟簧倉式放散閥的設(shè)計過程中合理地配置X、Y、Z三者關(guān)系，就可以使放散閥的結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，合理利用機(jī)械結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生的位移Y,有效避免在調(diào)節(jié)預(yù)緊螺母時操作人員使用較大的力矩，從而有效地降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。