自動放氣閥在鑿巖鉆機上的應用

王培酈，梁鳳遠，張朋，王宇博

(徐州徐工鐵路裝備有限公司，江蘇 徐州221001）

1 概述

鑿巖鉆機是針對隧道和井下等工況鑿巖打孔的專用機械設備。工作時，鉆機一邊打孔一邊需要對正在工作的鉆頭進行噴水，以降低鉆頭溫度、減少鉆頭磨損，所以鑿巖鉆機水系統(tǒng)對整機性能影響很大。

2 鑿巖鉆機水系統(tǒng)常見故障

鑿巖鉆機一般選用立式多級離心水泵，利用離心力把電能（電機驅(qū)動）或者勢能（發(fā)動機馬達驅(qū)動）轉(zhuǎn)化為水的勢能和熱能進行工作。

立式多級離心水泵多應用于高層建筑的消防、生活供水以及空調(diào)機組的循環(huán)、冷卻水輸送。因此種水泵體積小、噪音低、流量和壓力范圍較大，在鑿巖鉆機水系統(tǒng)中能夠得到合理推廣應用。

鑿巖鉆機工況惡劣，常常應用于隧道和井下礦山的鉆孔開挖工作，其水系統(tǒng)一般都是外接水管或者水纜卷盤，水質(zhì)差、工作環(huán)境通風條件不良、操作維護不當?shù)惹闆r給鑿巖鉆機水系統(tǒng)頻繁造成故障。

其中，水泵工作時，排氣不當造成氣蝕，引起泵口機罩周圍銹蝕、泵口機封損壞的故障頻繁發(fā)生。其根本原因在于水泵工作時，需要手動放氣（人為因素）。一旦鑿巖鉆機工作前，沒有進行水路的泵上放氣或者放氣不徹底，水泵內(nèi)含有氣體。鑿巖鉆機水系統(tǒng)立式多級離心泵上放氣裝置一般都采用球閥，操作時需要工人手動放氣。實際中，誤操作案例時有發(fā)生。所以考慮進行自動放氣閥的匹配和應用，用來減少誤操作和氣蝕現(xiàn)象發(fā)生。

3 自動放氣閥分類和工作原理

自動放氣閥按照結構不同，主要有單口、雙口和微量自動放氣閥。按照工作壓力不同分為高壓（6.375 MPa以上）、中壓（0.9807—6.375 MPa之間）和低壓（0.9807 MPa以下）自動放氣閥。按照工作溫度不同可以分為高溫（100°以上）、中溫（30°—100°）和低溫（30°以下）自動放氣閥。按照裝配方式不同分為法蘭式和螺紋式。

圖1 螺紋式微量自動放氣閥組成示意圖

圖1中的自動放氣閥主要由閥帽、閥蓋、浮桶、連桿、閥體組成，浮桶連著連桿，可以上下自由運動。自動放氣閥工作原理：當系統(tǒng)有氣體產(chǎn)生時，進入自動放氣閥的閥腔內(nèi)，隨著氣體的增多壓力增大，把閥腔內(nèi)的水擠出，浮桶隨著水面下降，打開排氣口，氣體從排氣口排出，氣體排出后水面上升，浮桶隨之上升，連桿堵住排氣口，阻止系統(tǒng)內(nèi)的水從排氣口流出。

4 鑿巖鉆機自動放氣閥選型原則

自動放氣閥之前幾乎沒有在鑿巖鉆機上應用過自動放氣閥，找到匹配的型號很重要，也是應用的難點。

（1）水系統(tǒng)壓力選擇

鑿巖鉆機上水泵的工作壓力一般在1～1.6 MPa之間，屬于中壓系統(tǒng)；工作時的溫度一般較低，在零度到十幾度之間，能夠保證水路不結冰正常工作即可。市面上的自動放氣閥一般工作壓力都比較小，尤其是螺紋式微量自動放氣閥。

綜上所述，自動放氣閥的選型主要依據(jù)工作壓力，最高在1.8MPa（安全壓力考慮）和常溫工作進行選型匹配。

（2）立式多級離心泵放氣口的匹配

立式多級離心泵放氣口一般都是螺塞配置。操作時，需要人工手動放氣，直至放氣口排出水為止，然后把螺塞安裝回去才能進行下一步操作。

螺紋式微量自動放氣閥現(xiàn)有型號的螺紋規(guī)格跟立式多級離心泵放氣口螺塞一般不一致，需要配置自主設計的過渡變徑接頭進行裝配優(yōu)化。

5 自動放氣閥在鑿巖鉆機上的裝配要點

鑿巖鉆機水系統(tǒng)配置自動放氣閥是為了避免水泵工作時的人工排氣操作，防止因為操作不當引起水泵故障。所以，自動放氣閥在鑿巖鉆機上的正確使用和維護至關重要。

5.1 安裝位置

立式多級離心泵的泵體最高端都預留螺塞，現(xiàn)實中一般有兩種方法進行放氣，可以利用原水泵廠家螺塞進行排氣工作，也可以引出管路后安裝球閥。這兩種方法都需要人工操作。自動放氣閥在此處代替球閥，實現(xiàn)了水泵放氣工作的免維護，如圖2所示。

5.2 過渡接頭

圖2

由于主要依據(jù)工作壓力和溫度進行選型的自動放氣閥的螺紋外徑跟水泵上的預留螺塞一般不匹配，需要一個過渡接頭裝置進行裝配。使用時注意過渡接頭的變徑處理，并保證自動放氣閥安裝后是垂直工作。

6 工作壓力檢測

在距離自動放氣閥較近的位置安裝水壓表，用于檢測水路工作壓力。長時間高頻率過壓力工作容易造成自動放氣閥的損壞，所以保證水泵在正常工作壓力下的使用很重要。

7 應用效果

目前，該自動放氣閥取代球閥已經(jīng)在鑿巖鉆機的多種機型上進行了試驗驗證，使用效果良好。自動放氣閥代替球閥，不僅減少了工人操作鑿巖鉆機的工作步驟，也減少了人為因素造成的水路故障，對同類型產(chǎn)品有積極的借鑒意義。