活塞氣動切斷閥結構原理及常見故障處理

王童

摘 要：以公司老區煉鋼廠氧氣切斷閥為例，介紹了活塞氣動切斷閥的結構原理，針對常見故障，提出了處理方法和防范措施。

關鍵詞：煉鋼；結構原理；故障；處理方法；防范措施

前言

氣動活塞切斷閥具有結構簡單、操作方便、使用可靠、快速關閉等特點，主要應用于無雜質，無顆粒的液體、氣體介質，要求快速嚴密關閉、快速放空的自動控制系統中。氣動活塞切斷閥是生產過程自動化控制系統中執行機構的一種，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中輸送管道上的流動介質進行自動切斷或安全放空。公司老區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、規格意義

老區煉鋼廠氧氣切斷閥型號為ZSPQ-40K，規格DN200，其型號意義如圖1所示。

圖1 切斷閥型號意義

2.結構特征

2.1組成

氧氣切斷閥主要由閥體、手動機構、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，否則可能造成重大設備、安全事故，因此切斷閥的關閉不能依賴電能，故設計上采用了彈力勢能來彌補電能的不足，這與“安全水塔”利用重力勢能來應對停電道理是一樣的。

2.4柔性閥桿

閥桿沒有設計成整體，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，考慮到閥本身結構大，所控制的介質壓力也大，故在閥桿上設計了雙導向結構，即閥芯上部與底部都有導向結構，加強了閥芯的剛性，使閥芯工作平穩可靠。

2.6雙閥芯

氧氣切斷閥所控制的氧氣設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，此閥閥芯設計很有獨到之處，采用了雙閥芯結構，主閥芯上設計了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，閥逐漸關閉，當閥芯向上運動觸碰到閥座時，閥被完全關閉，閥芯與閥座的貼合由彈簧的預緊力決定，預緊力越大，貼合越緊。氣動過程中，蝸桿套的位置保持不動。

3.2手動

當手輪順時針旋轉時，蝸桿帶動蝸輪轉動，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（閥門關不死）及其處理

4.1行程調整不當

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閉（關閉力來自彈簧），如果關不死，可能是行程調整不當造成，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使閥芯向上運動直到關閉。

4.2手動機構未關到位或手動機構鎖緊螺栓未鎖

在前面已經提到，手動機構采用的是蝸輪蝸桿，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），如果進行手動操作后未將閥芯完全關閉，或者由于手動機構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，在閥關閉過程中必定會卡在閥蓋導向孔端面上，導致閥關不到位。活塞卡死與這種情況有相似的現象，判斷與處理方法相同。

4.4預緊力的錯誤調整

閥門關閉速度慢時通過調整彈簧預緊力來處理是完全錯誤的，因為預緊力的大小只與閥芯與閥座的貼合力有關，增加彈簧預緊力只表明閥關閉時閥芯與閥座貼合得更緊，并不能增加彈簧關閉過程中的拉力，關閉過程中的拉力只與彈簧固有屬性有關，比如彈簧直徑、材質等，當然也與彈簧初始受壓縮程度有關，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）。

5.結束語

本文對老區煉鋼氧氣切斷閥的結構原理進行了分析、探討，提出了雙閥芯、柔性閥桿等概念，并分析了它們的設計意圖。從實際出發，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