氣動閘閥雙氣缸驅動結構的設計及應用

2014-03-26 楊玲玲 合肥通用機械研究院

  介紹了雙氣缸氣動閘閥的工作原理、結構特點及工業(yè)應用情況。針對目前閘閥,設計采用雙氣缸氣動閘閥,分析了雙氣缸氣動結構設計特點,雙氣缸氣動閘閥與普通閘閥相比有顯著的優(yōu)勢。

1、概述

  閘閥適用于水、油、氣及含酸、堿類腐蝕性等工藝介質(zhì)環(huán)境,也適用在易燃、易爆、導熱油、高純度和有毒等介質(zhì)的管路上。但在煤炭、冶金及石油化工等行業(yè)中,由于管路中含有大量顆粒狀物料和礦砂,所以對管路中閥門的磨損比較嚴重,特別是煤炭系統(tǒng)中的重介質(zhì)選煤過程尤為突出。使用普通的閘閥一般使用壽命僅3 個月左右,且多數(shù)是手動操作,開關費力又不方便,經(jīng)常由于閘板下部堆料而關閉不嚴,這種方式勞動強度較大,操作手段落后,在一定程度上阻礙了自動化生產(chǎn)的發(fā)展,已經(jīng)不適應當前工業(yè)生產(chǎn)高速發(fā)展的需要,所以很有必要研究開發(fā)各種驅動裝置閘閥。隨著現(xiàn)代核工業(yè)、石油化學工業(yè)、電子工業(yè)和航天工業(yè)的發(fā)展,以及流程工藝自動控制和遠距離流體輸送的發(fā)展,促進了現(xiàn)代閘閥的發(fā)展。用于遠距離控制和程序控制的閘閥驅動裝置( 電動、氣動、液動、電- 液聯(lián)動或氣- 液聯(lián)動等) 開始得到應用。雙氣缸氣動閘閥的應用會大大減輕勞動強度,提高工作效率,并能在事故狀態(tài)下節(jié)省開關閥時間,減少事故造成的經(jīng)濟損失,而且其技術先進,性能可靠,操作和維修方便。

2、結構特性

  雙氣缸氣動閘閥主要由閥體、閥蓋、閘板、閥桿、密封圈、雙層氣缸及活塞、活塞桿、隔板連同緩沖機構、手動機構、氣動- 手動轉換裝置和閥蓋填料箱裝置等組成。

  (1) 彈性閘板和閥座密封可靠,零滲漏。且彈性閥座流阻小,水頭損失少。

  (2) 氣動- 手動轉換機構裝在氣缸蓋的上部,在閘閥開啟和關閉過程的任何位置上,都可十分方便地轉動操作手柄,直接地進行由氣動至手動或由手動至氣動的操作方式轉換。轉換操作手柄采用定位銷式自鎖設計,定位可靠。電磁閥及其控制電路或供風系統(tǒng)發(fā)生故障時,不需其他輔助工具,即可迅速轉換成手動操作狀態(tài),保證線路正常運行,避免事故發(fā)生。在新建工程的自控系統(tǒng)未完成之前,本系列閘閥可以作為手動閘閥使用,操作時靈活輕快。

  (3) 關閥時間可調(diào),通過調(diào)整安裝在隔板上的緩沖機構,還可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整閘閥關閉的時間。

  (4) 閘閥可以配用電的或氣的回訊器,用以發(fā)送閥門開關狀態(tài)信息( 其中防爆行程開關有國產(chǎn)和進口兩種) 。因此,使用本閥可以實現(xiàn)遠距離控制、集中控制和自動控制。

  (5) 閘閥的氣缸選用無縫鋼管制造,內(nèi)表面鍍鉻,并經(jīng)拋光處理,具有摩擦力小、不易銹蝕、高硬度和壽命長等優(yōu)點。

  (6) 氣缸中的密封圈采用耐油橡膠O 形圈,密封性能可靠,維修時更換方便。

3、工作原理

  雙氣缸氣動閘閥以0. 4 ~ 0. 6MPa( 表壓) 凈化壓縮空氣作為工作動力,推動活塞,帶動閘板作垂直于流體的位移,實現(xiàn)開啟或關閉閥門的目的。雙層氣缸和緩沖機構的工作原理,按閘閥工作的4 個階段完成( 圖1) 。

雙氣缸工作原理

(a) 開啟前階段(b) 開啟后階段(c) 關閉前階段(d) 關閉后階段

圖1 雙氣缸工作原理

  3.1、開啟的前階段

  在閘閥開啟的前階段,上層氣缸的活塞( 以下簡稱上活塞) 和下層氣缸的活塞( 以下簡稱下活塞)同時受力,閥桿在上、下活塞的推動下,以單活塞近二倍的提升力,克服閘板密封面和閥體密封面之間的最大靜摩擦力,帶動閘板上升。壓縮空氣由上氣缸的下氣室,經(jīng)由設置在隔板內(nèi)的特定通道,通過連通管,到達下氣缸的下氣室,推動上下活塞同時工作。下氣缸上氣室中的氣體,經(jīng)過設置在隔板內(nèi)的另—特定通道排出氣缸體外。

  3.2、開啟的后階段

  在閘板稍開啟以后,下活塞就運行到了上止點,閘板在上活塞帶動下,繼續(xù)提升,直至到了全開位置。

  3.3、關閉的前階段

  在閥門關閉的前階段,在上活塞的推動下,閘板離開全開位置,開始下降。

  3.4、關閉的后階段

  當上活塞接觸到下活塞凸臺,并帶動下活塞一起繼續(xù)下降時,由于下氣缸上氣室的進氣通道和下氣缸下氣室的排氣通道設有阻礙,明顯地減慢了下行的速度,直至閘板下降到了全關位置。減緩閘板下行的沖擊,自行可關嚴閥門,又不使閘板楔得過緊,同時還保護了密封面,免受猛烈沖擊而損壞。

4、使用過程

  (1) 閥門氣動時,上活塞行至行程上端點觸動上回訊器,使之發(fā)訊,下活塞行至行程下端觸動下回訊器,使之發(fā)訊,以作為閘閥開閉信息在中央操作室的模擬儀表盤上進行顯示。

  (2) 手輪上部的外伸指示桿的上升和下降,標示著該閥的閘板是處于提升還是下降狀態(tài)。閘閥關閉時,外伸指示桿位于最低位置。反之,閘閥全開時,外伸指示桿位于最高位置。此即為閥門啟閉狀態(tài)的現(xiàn)場指示。

  (3) 氣缸蓋上部裝有氣動- 手動轉換裝置。將轉換手柄順時針方向提轉到“氣動”定位孔處定位,閘閥處于氣動操作狀態(tài)。反之,將轉換手柄逆時針方向提轉到“手動”定位孔處定位,閘閥即可進行手動操作。手動操作閘閥時,手輪順時針旋轉為關,逆時針旋轉為開,其中帶錐齒輪傳動的,其手輪旋向相反。

5、維護保養(yǎng)

  (1) 在使用中,應將閘板全開全關,不允許開啟一部分作為調(diào)節(jié)流量的節(jié)流閥使用。否則,在介質(zhì)的沖刷下易造成密封面損壞。

  (2) 應經(jīng)常檢查氣源的分水過濾器、減壓閥和油霧器。必要時應定期在氣缸內(nèi)壁加注少量潤滑油。

  (3) 閥門使用期間,應視其動作頻繁程度進行定期檢查和維護。

  (4) 供氣故障時,應及時將氣動轉換為手動,轉換時應先將轉換手柄向外拉出定位銷,手柄沿逆時針方向扳轉,并適度轉動手輪使手柄扳到位后,即可對閥門進行手動控制。當手動轉換為氣動時,手沿順時針方向扳轉復位。在操作中必須注意氣動與手動不得混亂,特別是轉換手柄在手動位置時,不許進行氣動。

6、工業(yè)應用

  雙氣缸氣動閘閥應用在柴油罐區(qū)時,儲運調(diào)和柴油罐區(qū)擁有柴油罐共10 座,該氣動閥是安裝在柴油罐的生產(chǎn)線、新生產(chǎn)線、調(diào)合入口線,共安裝氣動閥24 個。該氣動閥正常情況下由操作室中計算機控制開關,在控制閥回訊信號失靈時要使用手氣動,若手氣動仍然失靈,則將氣動閥切換到手動操作,即與一般閘閥一樣操作。該氣動閥在柴油罐區(qū)的使用已有一段時期,從使用和維護情況看,該閥技術先進,性能可靠,操作切換和維修方便,完全滿足生產(chǎn)操作要求,操作使用中基本無泄漏,可保持周圍環(huán)境整潔,極大地降低了維護的工作量和費用。該雙氣缸氣動閘閥經(jīng)過在柴油罐區(qū)一段時期的應用,通過與普通閘閥相比,具有顯著的優(yōu)勢。

  (1) 該閥只須在操作室內(nèi)即可完成切換操作,既減輕了勞動強度,又提高了工作效率。

  (2) 閥門具有靈活可靠的氣動- 手動轉換機構。當控制電路或供風系統(tǒng)發(fā)生故障時,不需其他輔助工具,即可迅速轉換成手動操作狀態(tài),保證線路正常運行,避免事故發(fā)生。而普通閘閥在出現(xiàn)故障后只能維修、更換或停用。

  (3) 該閥的氣缸選用無縫鋼管,內(nèi)表面鍍鉻,具有不易腐蝕、使用壽命長等優(yōu)點。而普通閘閥大多是由鑄鐵制造,易腐蝕,維護費用高,且容易泄漏,污染環(huán)境。

  (4) 閥門氣缸中的密封圈采用耐油橡膠O 形圈,密封性能可靠,維修時更換方便。而普通閘閥一般都使用軟填料密封,其密封效果不太理想,泄漏率較大。尤其是閥桿腐蝕后,其泄漏情況更為嚴重。即使壓完填料后,再開關幾次,密封又失效,所以只能更換。

7、結語

  雙氣缸氣動閘閥采用氣動驅動裝置,安全,可靠,成本低,維修方便。氣動機構采用雙氣缸結構,能解決閘板在閥體內(nèi)楔死的問題。氣缸中的密封圈采用耐油橡膠O 形圈,密封性能可靠,維修時更換方便。在氣缸蓋上部裝有氣動- 手動轉換機構,可進行由氣動至手動或由手動至氣動的操作方式轉換。轉換操作手柄采用定位銷式自鎖設計,定位可靠。雙氣缸氣動閘閥具有一系列技術優(yōu)勢,能夠滿足相關工況系統(tǒng)的需求,具有廣闊的工業(yè)應用前景。