排煙防火閥門執行機構的分析與試驗

林晉立

（廣東產品質量監督檢驗研究院，廣州 510330）

0 引言

排煙防火閥門是防火閥、排煙防火閥和排煙閥3種閥門的統稱。無論何種閥門，執行機構都是安裝在其上的重要執行部件。缺少執行機構的排煙防火閥門是不完整的，無法實現其隔煙阻火的功能。當建筑物發生火災時，執行機構是否正常工作將直接影響排煙防火閥門的功能實現[1-3]。在我國，排煙防火閥門的生產已有50多年的歷史，其市場需求量不斷擴大，相應的國家標準也應運而生。執行機構作為排煙防火閥門產品的核心部件，至今仍然沒有出臺相關國家標準。本文主要介紹排煙防火閥門執行機構的組成和功能，并根據企業標準對執行機構的重要性能進行檢測。

1 執行機構的功能與組成

本文將以ZPFHF-WSDc-K-24/0.7型排煙防火閥執行機構為例，詳細介紹其結構與功能。其執行機構由機械部件與電氣部件兩部分組成。機械部件由底座、外殼、擺桿、凸輪導桿機構、主軸、扭簧、扭簧卡座、操作手柄、拉環、拉簧和塔簧組成，其中凸輪導桿機構由凸輪與導桿2個零件組成，凸輪和扭簧沿軸向安裝在主軸上，主軸是一中空軸體；電器部件由電磁鐵、微動開關、微動開關支座、接觸片、接線端子和電線束組成，如圖1所示。

圖1 執行機構結構圖

執行機構安裝在排煙防火閥門的一側，閥門葉片主軸穿過執行機構中空主軸并通過螺栓緊固在其上。執行機構的功能是控制排煙防火閥門葉片的開啟和關閉，部分執行機構還可以控制閥門葉片開合的角度。

本例中排煙防火閥執行機構的開啟方式只有一種，即手動開啟方式。通過人手施加力量使操作手柄旋轉至一定角度打開執行機構，開啟原理如下：旋轉執行機構主軸，主軸將帶動凸 輪 旋轉，當凸輪凹陷處旋轉至導桿中部E點時，導桿在拉簧拉力作用下向凸輪靠近，擋軸嵌入凸輪凹陷處限制凸輪回轉。與此同時，擺桿與導桿在G點形成卡扣，導桿鎖止。主軸扭簧積蓄的力量無法釋放，執行機構將保持開啟狀態。此時，各零件受力圖如圖2所示。

圖2 執行機構內部受力圖

執行機構的關閉方式有3種，分別為手動關閉、溫感器動作關閉和電控關閉。

手動關閉方式需要輕拉拉環，通過力的傳遞可使主軸扭簧積蓄的力量釋放，執行機構關閉。工作原理為：拉動拉環，擺桿頂端A受拉力F拉環作用環繞中部支點O沿拉力方向運動，此時擺桿與導桿所形成的卡扣分離，主軸扭簧受驅動轉矩影響回復原狀，執行機構關閉，擺桿受力分析如圖3（a）所示。

溫感器動作關閉是指執行機構內部溫感器的感溫片在高溫中熔斷，使執行機構關閉。工作原理為：感溫片熔斷后，溫感器頭受內部彈簧力作用向下運動，這一過程對擺桿中下端C點產生擠壓力F溫感器，根據杠桿原理擺桿頂端A受到相反的力F2使其與導桿分離，主軸扭簧受驅動轉矩影響回復原狀，執行機構關閉，受力分析如圖3（b）所示。

電控關閉方式是使電磁鐵通電，產生吸合力F電磁鐵吸合擺桿底部的鐵塊，使擺桿頂端A受到相反作用力F3與導桿分離，工作原理與溫感器動作關閉相似，受力分析如圖3（c）所示。根據行業標準GA112-1995《建筑防火產品用電磁鐵通用技術條件》規定，電磁鐵吸力為10 N，行程為4 mm[4]。

圖3 擺桿受力分析圖

防火閥與排煙防火閥功能相似，在常態下均保持開啟狀態，發生火災時才關閉。因此，防火閥執行機構與排煙防火閥執行機構的功能一致。排煙閥由于在常態下保持關閉，發生火災時才開啟排煙且沒有溫感器，因此其執行機構的功能與排煙防火閥相反：關閉方式只有一種，為手動關閉；開啟方式有兩種，手動開啟和電控開啟。

2 執行機構的試驗

由于目前尚未出臺排煙防火閥門執行機構的相關國家標準和行業標準，一般由企業自行制定相應標準以規范在實際生產中的使用情況，對執行機構的試驗也按照企業標準所規定的項目來進行。企標常開展的檢驗項目有7項，分別為外觀、驅動轉矩、關閉力/開啟力、電動控制、耐溫濕性能、絕緣電阻性能、耐腐蝕性能。下面將按照企標中的試驗大綱對執行機構的各檢驗項目進行試驗研究。

2.1 外觀

試驗大綱中規定執行機構外形應平整無翹曲，焊接表面應光滑平整無虛焊夾渣，表面必須進行防腐處理且不得有漏漆和漏鍍現象，貼在執行機構上的標志應清晰準確。進行此項檢驗時，操作人員無需使用專業的檢測儀器，可以用肉眼直接觀察執行機構外表面是否符合試驗大綱的要求。

2.2 驅動轉矩

2.2.1 試驗儀器

驅動轉矩試驗需要使用數顯推拉力計，型號為DS2-500N。此款推拉力計簡單易用，可以將拉力大小通過數值顯示在LCD液晶屏上，拉力值使用正數表示，推力值使用負數表示。

2.2.2 試驗步驟

使用拉力計牽動執行機構上的操作手柄，使其由關閉狀態旋轉為開啟狀態并鎖止，測量操作手柄由關閉至開啟過程中所需的最大拉力，此拉力與對應力臂的乘積即為驅動轉矩。力臂是力的作用線到轉動軸的距離，驅動轉矩可由下述公式表示：

式中：M為驅動轉矩，N·m；F為牽引拉力，N；h為力臂，m。

此執行機構操作手柄手持部分為圓球狀，拉力計無法直接與其掛接，必須使用鐵絲掛接。驅動轉矩試驗圖如圖4所示。

圖4 驅動轉矩試驗圖

2.2.3 結果分析

測量3組數據取平均值，試驗結果如表1所示。

試驗大綱規定排煙防火閥門執行機構的驅動轉矩不應小于6 N·m。由表1可知，此執行機構的驅動轉矩為13.38 N·m，符合標準要求。

表1 驅動轉矩試驗數據

2.3 關閉力/開啟力

防火閥和排煙防火閥執行機構進行關閉力試驗，排煙閥執行機構進行開啟力試驗，試驗均需使用數顯推拉力計。試驗步驟如下：試驗前，為拉力計換上勾型觸頭；使用勾型觸頭勾緊執行機構拉環并使拉力計與拉環運動方向保持水平；手持拉力計緩慢拉動拉環，記錄執行機構關閉時拉力計的讀數，反復測量3次取平均值。

值得注意的是，執行機構關閉后手部仍有向后運動的慣性，因此施加給拉環的力必須輕而緩。施力過大、過急將導致測得的數據包含手部慣性力，試驗結果不準確。試驗大綱中規定關閉力/開啟力不可大于70 N，此排煙防火閥執行機構的關閉力為12.8 N，滿足試驗大綱的要求。

2.4 電動控制

執行機構有6個接線端子，與電磁鐵、微動開關相連接。微動開關具有3個引腳，分別為常開端NO、常閉端NC和公共端COM。執行機構使用常閉型微動開關，因此常態下微動開關NC端與COM端連通，微動片動作后NO端與COM端連通。在機械連接方面，微動開關1和2采取水平疊放的方式，其開關動作具有同步性。在電器接線方面，微動開關1與電磁鐵相連，微動開關2直連接線端子用于同步測量信號的通斷。電磁鐵、微動開關、接線端子等電器部件接線圖如圖5所示。

圖5 執行機構電器接線圖

電動控制試驗使用型號為GPS-2303C的直流穩壓電源。令執行機構處于開啟狀態，使用數顯萬用表通斷擋分別連接端子4、5和4、6，測量輸出信號；接線端子1、2分別與電源正負極連接，調節電源電壓穩定至24 V，接通電磁鐵回路，執行機構應關閉；執行機構關閉后回路斷開，需要手動使微動開關動作才可測量電磁鐵的額定工作電流，電控試驗如圖6所示。

圖6 電動控制試驗圖

使用數顯萬用表通斷擋分別連接端子4、5和4、6，測量輸出信號；調節電源電壓為20.4 V和26.4 V，分別測量兩種電壓下電磁鐵是否正常動作，記錄試驗數據如表2所示。

表2 電動控制試驗數據表

2.5 耐溫濕性能

2.5.1 耐高溫性能

耐高溫性能試驗使用TH-1200BH型恒溫恒濕試驗箱，將恒溫試驗箱內溫度設置為55 ℃±3 ℃，把執行機構置入其中保持4 h，取出后5 min內進行電動控制試驗。

2.5.2 耐低溫性能

耐低溫性能試驗使用超低溫試驗機，工作溫度在-40～130 ℃范圍內，精度為± 0.1 ℃。將超低溫試驗機溫度設置為-10 ℃±1 ℃，把執行機構置入其中保持4 h，取出后5 min內進行電動控制試驗。

2.5.3 恒定濕熱性能

恒定濕熱性能試驗使用TH-1200BH型恒溫恒濕試驗箱，將試驗箱內溫度設置為40 ℃，相對濕度設置為93%，把執行機構置入其中保持24 h，取出后5 min內進行電動控制試驗。

3種不同溫度特性下執行機構電動控制試驗數據如表3所示。

根據表3中數據可知，額定工作電流均小于0.7 A，滿足標準要求。耐高溫性能、耐低溫性能和恒定濕熱性能完成后分別進行電動控制試驗，執行機構在3種電壓下均能正常關閉。

表3 不同溫度特性電控試驗數據表

2.6 絕緣電阻性能

絕緣電阻性能使用兆歐表進行測量，其量程為0～500 MΩ，由于內部采用手搖發電機供電，兆歐表又稱為搖表。測量前需要檢查兆歐表的短路電阻和斷路電阻以確定其是否正常工作，斷開執行機構電源，使用紅黑表線分別連接執行機構的接線端子與外殼并確保線路可靠連接，搖動兆歐表觀察指針讀數。測量此執行機構時，兆歐表指針偏向無窮大，表明其絕緣電阻值大于500 MΩ，滿足標準大于20 MΩ的要求。

2.7 耐腐蝕性能

排煙防火閥門一般安裝于空氣調節系統的送風管道、機械排煙系統管道及端部，這使固接于其上的執行機構長時間暴露在潮濕環境中。通過對執行機構耐腐蝕性能的檢測可判斷其在實際環境中長時間存放后是否影響正常使用。

耐腐蝕性試驗需要使用鹽霧箱，試驗前將執行機構表面的所有油脂擦拭干凈。鹽霧試驗5個周期，每個周期試驗時間為24 h，在1個周期內先連續噴霧8 h，隨后停止噴霧16 h。噴霧時，鹽霧箱內部溫度保持在（35±2）℃，相對濕度保持大于95%；停止噴霧時，鹽霧箱內部不加熱，使執行機構自然冷卻靜置16 h。試驗結束后取出執行機構進行啟閉試驗，檢測其是否正常啟閉并輸出相應信號，依此判斷執行機構耐腐蝕性是否合格。

3 結論

本文介紹了排煙防火閥門執行機構的組成和功能。對ZPFHF-WSDc-K-24/0.7型排煙防火閥執行機構的7項重要性能進行試驗分析，試驗結果表明此執行機構7項性能均符合企業標準的要求，檢測結果合格。本文為排煙防火閥門執行機構的檢測提供了參考，具有一定的實用價值。