壓力容器快開門安全聯動鎖緊裝置

聶孟春楊正修　宋志驥　胡良分

（浙江東甌過濾機制造有限公司）

壓力容器快開門安全聯動鎖緊裝置

聶孟春*楊正修宋志驥胡良分

（浙江東甌過濾機制造有限公司）

提出一種新型壓力容器快開門結構安全聯動鎖緊裝置。容器工作時當快開門關閉后，氣缸拉動鎖緊鉤做向內及向上提拉運動，使鎖緊鉤斜鐵與快開門上的斜面墊鐵鎖緊，快開門與筒體密封面壓緊密封。

壓力容器快開門安全鎖緊滑動機構聯動鎖緊

1　技術背景

在化工等生產過程中，經常需要對壓力容器中的物料進行處理。為了將物料裝進或取出，常在壓力容器上設置孔和門蓋，生產過程中需要經常對門蓋進行裝拆。然而，壓力容器的普通門蓋操作往往很不方便，而且勞動強度也較大。隨著科學技術的發展，為了提高生產率，減輕勞動強度，快開門的使用越來越普遍。壓力容器上的門蓋開閉裝置也不斷地得到改進，出現了各種各樣的快開門。

常用的壓力容器快開門結構有如下幾種形式：旋蓋式快開門、半圓壓緊箍快開門、錯齒形快開門、氣缸—單壓緊鉤快開門、氣缸—多壓緊鉤快開門等。這些快開門的原理大同小異，它們均是靠小升角斜面（楔塊）壓緊并借助于摩擦自鎖的。但它們也具有各自的結構特點，因而其使用領域及應用范圍也各不相同。較大型的壓力容器快開門結構一般采用錯齒形快開門及氣缸—多（單）壓緊鉤快開門。

錯齒形快開門是利用旋轉夾緊箍或靠快開門自身旋轉由楔鐵將法蘭壓緊的，因其密封可靠性比其他各種快開門都高，因此在壓力容器上應用得較為普遍。但是錯齒形快開門裝置配合精度要求高，機械加工要求高，目前其門孔最大直徑只能做到1.2 m，直徑再大一點就相當困難。由于這種快開門裝置的所有壓緊面離門孔邊緣很近，生產過程中遇到腐蝕性物料很容易腐蝕錯齒的密封件，使這一關鍵部件很快失效，因此腐蝕問題阻礙了這一快開門結構的普及。

氣缸—多（單）壓緊鉤快開門是利用壓緊鉤上面的楔鐵與法蘭上斜面鐵的相互作用，并借助于摩擦角的機械自鎖原理將快開門鎖緊的。但由于制造、安裝的誤差和使用操作不當，以及個別壓緊鉤沒有進到位或斜面受到腐蝕，均可能導致壓緊鉤發生自動脫鉤現象，因而這種結構也存在著一定的安全隱患。當然，多鉤壓緊快開門比單鉤可靠性明顯提高，因此其快開門孔直徑可達1.5 m左右。氣缸—多壓緊鉤快開門結構如圖1所示。

圖1　氣缸—多壓緊鉤快開門結構

2　具體實施技術方案和實際應用

本設計針對氣缸—多（單）壓緊鉤快開門在使用過程中顯現的缺陷，利用其原有的主要結構和優點，對其部分結構進行了改進，摒棄了原有的利用機械自鎖工作原理的結構。采用鉤住、拉緊的方式實現快開門法蘭密封壓緊。工作時各鎖緊鉤聯動鉤緊，并采用機械控制來實現聯動鎖緊功能，即滑動圈為滑動式結構，上面與氣缸連接，下面鎖緊鉤銷軸直接與滑動圈連接，氣缸在帶動滑動圈上下移動時帶動鎖緊鉤“鉤頭”作鎖緊和打開動作。具體的結構如圖2所示。

2.1安全鎖緊裝置的工作原理

該壓力容器快開門安全鎖緊裝置的工作過程分為掛入、壓緊、鎖緊、釋放和脫鉤等步驟。

（1）掛入和壓緊

如圖2所示，首先壓縮氣體進入氣缸下腔，其活塞向上運動，在活塞桿的推力作用下，滑動圈8拉動銷軸6，銷軸6在吊耳5長孔內向上滑動，銷軸5帶動鎖緊鉤1向上移動，同時鎖緊鉤1繞銷軸4轉動，鎖緊鉤“鉤頭”做向上掛入壓緊動作。因為所有的鎖緊鉤都與滑動圈8通過銷軸6連接，所以所有的鎖緊鉤同時掛入、壓緊。壓緊力可通過拉桿7上的雙螺桿調節。由于鎖緊鉤在壓力容器上均布，所以快開門法蘭得到較好的密封。

圖2　壓力容器快開門安全鎖緊裝置的鎖緊狀態

（2）鎖緊

容器門蓋與密封圈、容器本體法蘭壓緊時，此時機構中銷軸6在銷軸4的上方，由于拉桿的作用，銷軸6相對于銷軸4產生一個平衡力矩。同時，由于鎖緊鉤“鉤頭”位置在垂直方向上與銷軸滑動的位置共線，在拉桿、鉤頭的作用下，此時機構處于平衡狀態，即在鎖緊鉤銷軸6沒有受到外力作用時，系統始終處于平衡狀態。當氣缸處于失效狀態時，由于拉桿的約束作用，此時鎖緊鉤受到約束，機構仍處于平衡狀態。

鎖緊鉤的受力狀況如圖3所示。其中

所受力矩以銷軸3為轉軸時，力矩為

圖3　壓力容器快開門安全鎖緊裝置的鎖緊鉤受力狀態分析

所受力矩以銷軸4為轉軸時，F2-2與銷軸4共線，力矩為

當內壓增大時，F2-2增大，F2-1也增大，機構保持平衡狀態，鎖緊鉤處于鎖緊狀態。

（3）釋放和脫鉤

如圖4所示，壓縮氣體進入氣缸上腔，其活塞向下運動，推動滑動圈8向下運動，帶動銷軸6沿吊耳長孔向下滑動，此時鎖緊鉤1在銷軸6帶動下，先向下滑動，然后繞銷軸4轉動，鎖緊鉤“鉤頭”做向下釋放（脫鉤）運動，然后向外打開（開鉤），其運動軌跡見圖4。至此，裝置完成完整的工作步驟。

圖4　壓力容器快開門安全鎖緊裝置的釋放和脫鉤狀態

2.2安全鎖緊裝置的構件設計

該壓力容器快開門安全鎖緊裝置，其結構特征在于：利用多壓緊鉤快開門原有結構，將其靠摩擦自鎖的結構改為掛鉤鎖緊的結構，實現安全鎖緊功能。其中，有關的構件設計如下所述。

2.2.1可調拉桿的結構

門蓋關閉到位后，所有的鉤頭鎖緊。但由于制造、安裝等因素產生的誤差，每個鎖緊鉤鎖緊時其預緊力不盡相同，此時可通過調節拉桿的長度來調節門蓋法蘭密封的預緊力。螺桿為雙頭螺紋，方向為“左右”旋，如圖5所示。它由兩鉸接塊、兩鎖緊螺母和一調節螺桿組成。鎖緊螺母和鉸接塊分別套設在調節螺桿的兩端，鉸接塊和調節螺桿構成了復式螺旋傳動，對拉桿長度進行調節。當轉動調節螺桿調整兩鉸接塊之間的距離后，再通過鎖緊螺母鎖定。

圖5　可調拉桿的結構

2.2.2鎖緊鉤的結構

將原有壓緊鉤楔鐵改為傾角為20°的斜鐵鉤，如圖6所示。在使用過程中，鎖緊鉤1、斜鐵2與斜面墊鐵組成掛鉤，斜面墊鐵與法蘭連接。工作時兩斜面共同作用壓緊法蘭面。

圖6　壓緊鉤的結構

2.3實際應用

根據以上所述原理及結構零件，加工制作了一套快開門安全聯動鎖緊裝置進行試驗。經過反復打開、關閉快開門，以及關閉后對容器進行水壓密封試驗，均能滿足設計要求。鉤頭鎖緊后，完全靠其裝置結構保證了快開門的密封，即使去掉氣缸鎖緊拉力，鎖緊鉤也不會產生脫鉤現象，從而保證了容器的操作安全性。

3　結論

該壓力容器快開門安全聯動鎖緊裝置為快開門的設計提供了一種新的思路。該鎖緊裝置具有以下特點：（1）保持了原有壓力容器的結構特點，避免在使用過程中產生脫鉤現象。（2）保證了壓力容器對快開門的安全性及密封性的要求。（3）降低了加工、制造、調試、使用時對零部件的加工精度、制作精度的要求。（4）不僅操作方便，而且實現了聯動鎖緊，其性能穩定、可靠。

The Linkage Locking Device of Quick Opening Mechanism of Pressure Vessel

Nie MengchunYang ZhengxiuSong ZhijiHu Liangfen

A new type of the linkage locking device of the quick opening mechanism of the pressure vessel is presented in this article.When the quick opening mechanism is closed，the locking bail does the lifting movement driven by the cylinder stator so the tapered iron on the locking bail and the cant shim on the quick opening mechanism are sticked together and the vessel is sealed.

Pressure vessel；Quick opening mechanism；Safely locking；Sliding mechanism；Linkage locking

TQ 050.3

2015-03-11）

*聶孟春，男，1965年生，工程師。麗水市，323000。