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(shí)，迅速將高爐煤氣排入大氣中，它要求操作可靠、密封性好?，F(xiàn)在爐容在3000m3及以上容積的高爐，因?yàn)槠錉t頂壓力(以下簡(jiǎn)稱頂壓)高、整體框架高的特點(diǎn)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(jiǎn)圖如圖1所示。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

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(dòng)，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(shí),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(shí)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(shí)對(duì)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(dòng)。

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(dòng)機(jī)構(gòu)中的彈簧倉，當(dāng)在爐頂壓力過高時(shí)，彈簧倉活塞向上移動(dòng)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(duì)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(dòng)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(shí)，有的型號(hào)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(dòng)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(duì)不同型號(hào)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(jì)過程中應(yīng)對(duì)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(jì)要求的密封比壓時(shí)，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(duì)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(shí)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(shí)，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(jì)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(yùn)動(dòng)使橫梁產(chǎn)生位移Y，從而使碟簧被壓縮，此時(shí)X實(shí)= Y-H-Z。

1)當(dāng)Z≥0,X>Y,H≥0時(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)調(diào)節(jié)預(yù)緊螺母需要的力矩最小，此時(shí)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(shí)，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(zhǎng)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(jì)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(shí)操作人員使用較大的力矩，從而有效地降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。