活塞氣動切斷閥結(jié)構(gòu)原理及常見故障處理

王童

摘 要：以公司老區(qū)煉鋼廠氧氣切斷閥為例，介紹了活塞氣動切斷閥的結(jié)構(gòu)原理，針對常見故障，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

氣動活塞切斷閥具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用可靠、快速關(guān)閉等特點，主要應(yīng)用于無雜質(zhì)，無顆粒的液體、氣體介質(zhì)，要求快速嚴密關(guān)閉、快速放空的自動控制系統(tǒng)中。氣動活塞切斷閥是生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)中執(zhí)行機構(gòu)的一種，它與電磁閥、大功率減壓閥等配套使用，可以對自動化控制系統(tǒng)中輸送管道上的流動介質(zhì)進行自動切斷或安全放空。公司老區(qū)煉鋼廠氧氣與氮氣切斷閥就是采用的這種閥，下面以氧氣切斷閥為例對其進行介紹。

1.型號、規(guī)格意義

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

圖1 切斷閥型號意義

2.結(jié)構(gòu)特征

2.1組成

氧氣切斷閥主要由閥體、手動機構(gòu)、彈簧、推拉桿、氣缸、活塞、導向套、閥芯、底部導向肓板等組成。

2.2流向

閥門介質(zhì)流向為下進上出，安裝時要注意方向，不可倒置。

2.3控制方式

控制方式為單作用氣開式，即打開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，因為氧氣切斷閥是控制氧氣的打開與切斷，當全場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)閉不能依賴電能，故設(shè)計上采用了彈力勢能來彌補電能的不足，這與“安全水塔”利用重力勢能來應(yīng)對停電道理是一樣的。

2.4柔性閥桿

閥桿沒有設(shè)計成整體，而是分成三段采用銷軸作活動連接，作用在于使閥芯與閥座接合時，自動找正貼平，確保密封效果。

2.5雙導向

在閥芯的定位導向方面，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)計了雙導向結(jié)構(gòu)，即閥芯上部與底部都有導向結(jié)構(gòu)，加強了閥芯的剛性，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)計額定工作壓力達到1.6MPa，為了降低閥門開啟阻力，減小沖擊，此閥閥芯設(shè)計很有獨到之處，采用了雙閥芯結(jié)構(gòu)，主閥芯上設(shè)計了6個均布的流道。閥門打開過程中，副閥芯先打開，因副閥芯橫截面積較小，所以開啟阻力相對較小，易開啟，開啟瞬間，氧氣從主閥芯流道通過，這時閥前后壓差得到一定平衡，減小了主閥芯開啟阻力，隨后主閥芯打開，氧氣從主閥芯與閥座間隙及流道通過。

3.工作原理

3.1氣動

當壓縮空氣由氣缸上端進氣時，活塞在氣壓作用下帶動推拉桿、閥桿及閥芯往下運動，同時彈簧被逐漸壓縮，閥逐漸開啟，當活塞運動到下極限位置時停止，此時閥門完全打開，閥芯向下運動行程為60mm。當壓縮空氣切斷時，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動，閥逐漸關(guān)閉，當閥芯向上運動觸碰到閥座時，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。氣動過程中，蝸桿套的位置保持不動。

3.2手動

當手輪順時針旋轉(zhuǎn)時，蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，而蝸輪再帶動蝸桿套沿導向鍵向下作直線運動，蝸桿套的下端將力傳遞到推拉桿雙并帽上，雙并帽帶動推拉桿、閥桿及閥芯向下運動，閥逐漸打開，其他與氣動相同。

4.常見故障（閥門關(guān)不死）及其處理

4.1行程調(diào)整不當

因為氧氣切斷閥屬于常閉型閥門，即在失電、失氣的情況下會自動關(guān)閉（關(guān)閉力來自彈簧），如果關(guān)不死，可能是行程調(diào)整不當造成，即彈簧的彈力全部釋放后，閥芯與閥座之間仍有間隙。處理方法是松開推拉桿與閥桿連接處的并帽與定位螺釘，用管鉗或活動扳手夾住閥桿逆時針方向旋轉(zhuǎn)使閥芯向上運動直到關(guān)閉。

4.2手動機構(gòu)未關(guān)到位或手動機構(gòu)鎖緊螺栓未鎖

在前面已經(jīng)提到，手動機構(gòu)采用的是蝸輪蝸桿，具有自鎖作用（只有由手輪帶動閥桿上下運動，而彈簧的彈力無法通過閥桿將力施加到手輪上使手輪旋轉(zhuǎn)），如果進行手動操作后未將閥芯完全關(guān)閉，或者由于手動機構(gòu)鎖緊螺栓未鎖造成誤操作，則氣動時閥的行程受限永遠無法關(guān)閉。

4.3導向套上的連接銷退出卡住閥蓋

原裝氧氣切斷閥導向套上的連接銷是通過打樣沖眼來防松的，容易退出，一旦退出，在閥關(guān)閉過程中必定會卡在閥蓋導向孔端面上，導致閥關(guān)不到位?；钊ㄋ琅c這種情況有相似的現(xiàn)象，判斷與處理方法相同。

4.4預(yù)緊力的錯誤調(diào)整

閥門關(guān)閉速度慢時通過調(diào)整彈簧預(yù)緊力來處理是完全錯誤的，因為預(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)閉時閥芯與閥座貼合得更緊，并不能增加彈簧關(guān)閉過程中的拉力，關(guān)閉過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，彈簧初始壓縮程度都相同，即完全壓縮（閥開狀態(tài)）。

5.結(jié)束語

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

參考文獻：

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