利用液體壓差的自動換路閥門設(shè)計

艾仁杰

摘要：近年來，我國的工業(yè)化進(jìn)程有了很大進(jìn)展，各行業(yè)對閥門的需求也在不斷增加，其中作為閥門重要一類的自動換路閥門也被越來越廣泛的應(yīng)用。本文首先分析了閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和調(diào)試特點，然后分析了夾緊裝置設(shè)計以及開閥蓋扳手及油閥旋擰端的設(shè)計，最后論述了裝置壓力試驗，以供參考。

關(guān)鍵詞：滑閥;管路壓差;液壓腔;補(bǔ)償設(shè)計

引言

隨著液壓氣動技術(shù)的發(fā)展，閥門產(chǎn)品的需求不斷擴(kuò)大，且對閥門的性能要求也在不斷提高。閥芯是閥門產(chǎn)品中最重要的零部件之一，它和閥座組成的密封副決定了閥門的啟閉和密封性能，低壓閥門的性能更容易受結(jié)構(gòu)、材料及加工誤差等因素的影響，一直是相關(guān)從業(yè)人員的研究熱點問題。

1閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和調(diào)試特點

關(guān)斷類閥門有截止閥和固定式球閥兩種結(jié)構(gòu)形式，閥門口徑DN40-100mm，調(diào)試時閥門內(nèi)腔氣壓5-8Mpa，調(diào)試時長需要約30min，閥門進(jìn)出口為法蘭連接和八字環(huán)槽密封形式。閥門壓力控制箱的超壓、虧壓動作調(diào)試過程復(fù)雜繁瑣，關(guān)聯(lián)零件較多且布局緊密，操作者需多方位活動占用閥門周邊空間，通常為了調(diào)試操作用盲法蘭封堵閥門兩流道孔并保壓，但用螺栓連接盲法蘭勞動強(qiáng)度大，效率低。

2夾緊裝置設(shè)計

因閥門結(jié)構(gòu)允許用兩端對夾的方法，來完成封堵流道孔及內(nèi)腔保壓，故夾緊裝置設(shè)計為采用油缸驅(qū)動的對夾式，閥門兩側(cè)法蘭和夾緊裝置之間用氟橡膠O形圈密封，并進(jìn)行相關(guān)設(shè)計參數(shù)計算。夾緊法蘭端面加工有O形圈T型槽和導(dǎo)向止口，配戴氟橡膠O形圈密封，導(dǎo)向止口用于加緊便利并確保O形圈的密封位置有效;連接頭采用球面墊圈過渡實現(xiàn)自找心定位，避免閥門兩端法蘭面不平行引起裝夾不能密封的問題;裝置上帶有進(jìn)氣接管，能連接氣源設(shè)備進(jìn)行調(diào)試閥門的進(jìn)壓;通過裝置上配帶的不銹鋼球閥進(jìn)行試驗閥門的泄壓，快速安全。該夾緊裝置的保壓功能主要由液壓系統(tǒng)中的蓄能器、壓力繼電器、油泵來完成。當(dāng)加緊油缸伸出到預(yù)設(shè)位置時打開自動保壓，隨后蓄能器給油缸無桿腔保壓，無桿腔設(shè)有壓力繼電器，當(dāng)壓力低于預(yù)設(shè)壓力時蓄能器打開給油缸補(bǔ)壓，補(bǔ)壓到預(yù)設(shè)高壓時蓄能器自動關(guān)掉，蓄能器靠油泵補(bǔ)壓，當(dāng)蓄能器壓力低于預(yù)設(shè)低壓時油泵打開給蓄能器補(bǔ)壓，達(dá)到預(yù)設(shè)高壓時油泵停止;一個保壓工序完成后關(guān)掉自動保壓，點動油缸回程。夾緊閥門后，打開外接氣源給閥門體腔內(nèi)加壓至需用的調(diào)試壓力，待壓力穩(wěn)定后關(guān)閉氣源，按動夾緊裝置控制箱綠色保壓按鈕，進(jìn)入自動保壓程序，可開始操作調(diào)試閥門。

3開閥蓋扳手及油閥旋擰端的設(shè)計

考慮到取油全過程機(jī)械化，除了要旋擰油閥蓋，還要對其固定，防止其在取油過程中掉落，因此閥蓋在旋擰中需要一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定。開閥扳手為套筒狀，內(nèi)部底面有與油閥外殼相配合的內(nèi)六方結(jié)構(gòu)，套筒內(nèi)壁裝有若干橡膠墊，以保證開閥扳手的握持力。套筒插入時，橡膠墊與油閥蓋之間相互擠壓，橡膠墊的彈性形變既能減少套筒對油閥蓋的磨損，又能提升橡膠墊與油閥蓋之間的摩擦力。在旋擰油閥蓋時，套筒與油閥蓋保持靜止，橡膠墊與油閥蓋之間不存在旋轉(zhuǎn)摩擦，只有靜止摩擦。油閥蓋完全擰下之后，套筒仍然可以靠摩擦力維持對油閥蓋的握持。為了防止在取油期間機(jī)械振動會導(dǎo)致油閥蓋的脫落，在取油過程中油閥蓋握持裝置添加了鎖緊閥扣，保證在整個取油期間，油閥蓋不會掉落。完成取油后，在機(jī)器臂控制下，握持有油閥蓋的套筒運(yùn)動至擰閥門位置，完成油閥蓋的擰緊工作，最后將套筒拔出。在油閥蓋之下的放油閥一般是一字型接口，與油閥蓋接口不同，采用彈簧式平口旋擰銷來完成旋擰放油閥動作。平口旋擰銷為板狀可伸縮結(jié)構(gòu)，當(dāng)平口銷受到彈簧方向阻力時會使彈簧收縮，當(dāng)與平口對齊時，在彈簧作用下平口銷彈出插入平口，然后可在方形滑塊與滑道的作用下，隨后部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而對平口放油閥進(jìn)行旋擰。油閥蓋旋擰單元將油閥蓋旋擰取出后，由放油閥旋擰單元靠近放油閥進(jìn)行下一階段工作。當(dāng)平口旋擰結(jié)構(gòu)與平口的位置和角度未完全對應(yīng)時，平口銷會被壓入滑道內(nèi)。平口旋擰結(jié)構(gòu)后部以較低的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，直至平口銷與取油口處平口對齊，平口旋擰結(jié)構(gòu)會在彈簧的作用下彈出，插入平口。

4裝置壓力試驗

由于該夾緊裝置用作閥門的供壓和保壓夾緊，使用需絕對安全可靠，故參照GB/T26480《閥門的檢驗和試驗》的規(guī)定對夾緊裝置的機(jī)械加緊部分進(jìn)行殼體強(qiáng)度試驗。GB/T26480中規(guī)定：鋼制閥門殼體試驗壓力為38℃時最大允許工作壓力的1.5倍;高壓氣體殼體試驗壓力為38℃時最大允許工作壓力的1.1倍。試驗介質(zhì)應(yīng)是水、煤油、粘度不高于水的非腐蝕性液體、氮?dú)?、或空氣，我們從工作效率和?jīng)濟(jì)性考慮選擇清潔干燥的空氣和潔凈水作為試驗介質(zhì)。（1）液體殼體試驗。在夾緊裝置兩連接法蘭之間加一段過渡試驗用短管，按上述操作過程夾緊，關(guān)閉球閥，連接管與試壓泵相連，起動試壓泵，緩慢加壓，試驗壓力達(dá)到12MPa，關(guān)閉進(jìn)水泵，保壓50min，檢查各結(jié)構(gòu)件無變形和損傷，各連接處無可見泄漏。（2）高壓氣體殼體試驗。液體殼體試驗合格后進(jìn)行氣體殼體試驗。將試驗裝置的夾緊部分放入氣壓試驗地坑中，連接管與空氣壓縮機(jī)相連，啟動空氣壓縮機(jī)，緩慢升壓，當(dāng)壓力表達(dá)到1MPa時，保壓5min，用肥皂水涂刷外部各處，無泄漏，再緩慢升壓至4.5MPa時，保壓5min，再用肥皂水涂刷外部各處，無泄漏，然后升壓至8.8MPa，保壓50min，檢查無泄漏后緩慢卸壓。加緊裝置經(jīng)液體、高壓氣體殼體強(qiáng)度試驗合格的后，將成為緊急切斷閥調(diào)試操作者在一段時間內(nèi)或長期使用的一種簡易試驗設(shè)備。

結(jié)語

綜上所述，本文參照普通壓差滑閥的原理，設(shè)計了一款能夠自動選擇液路的控制閥門，由于閥門的壓差值可能過小，閥芯移動距離達(dá)不到設(shè)計的行程要求，導(dǎo)致閥門不能選擇壓力高的液路入口。由此對閥門進(jìn)行了補(bǔ)償設(shè)計，在閥門的備選入口側(cè)增加了一個補(bǔ)償腔體，當(dāng)切換開始時，閥芯只要移動較小距離即可讓該補(bǔ)償腔體與需切換入口連接，由此提供了補(bǔ)償力彌補(bǔ)壓差力不足的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]公茂瓊.一種新型壓差控制自動控制節(jié)流膨脹閥[J].天然氣工業(yè)，2006，26（2）：120-122.

[2]閆海峰.用于深海艙室排水的流量自動控制閥門設(shè)計及流噪聲分析[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2016.