一種電子束熔煉爐用高真空插板閥

趙向宇，張文華

（1.洛陽雙瑞精鑄鈦業有限公司，河南 洛陽 471000；2.中鋁河南洛陽鋁加工有限公司，河南 洛陽 471000）

插板閥是一種用于粉料、顆粒料及小塊物料等介質的輸送并能切斷隔絕的設備。在冶金、礦山、建材、糧食、化工場所廣泛使用。由于其閘板開有一個與標稱通徑完全相同的光滑圓孔，使得通過其閥口的物料不易被卡阻，具有全通徑流通的特性。本文介紹一種高真空插板閥，為德國某品牌用于高真空電子束熔煉爐密封的插板閥。該閥被用在電子束熔煉爐的投送物料的轉鼓加料器的入口及出口上，起到在加料過程中隔離大氣與電子束熔煉爐真空環境的作用。由于EB 爐電子槍高真空工作環境的要求，插板閥在關閉狀態下要求密封嚴密可靠、泄漏率極低，一般要求小于1.0×10-9Pa·m3/s.本文在分析該插板閥結構和工作原理基礎上，針對板閥常見故障進行了分析并給出了處理措施。

1 插板閥結構

圖1 為插板閥的整體外觀結構。

圖1 插板閥外形圖

該閥最大的特點在于啟閉執行氣缸的活塞在活塞桿上不是固定不動的，其可以相對活塞桿在軸向方向上自由運動10 mm 左右，圖2、圖3 顯示了插板閥關閉狀態時及開啟運動時氣缸活塞的位置狀態。氣囊充放氣控制回路中先導閥換向閥桿換向動作靠氣缸活塞壓緊和釋放實現，活塞相對于活塞桿可以自由運動的距離正是活塞對先導閥操作的預作用距離，該設計實現了對氣囊充放氣時間與閘板運動時間之間的先后循序的控制，即確保插板閥閘板開始運動前，氣囊中氣體先與真空系統接通，氣囊被真空抽空，氣囊收縮，脫離與閘板的接觸，防止閘板將氣囊摩擦撕裂損壞，即如圖4 所示狀態。閘板兩側安裝有聚四氟乙烯耐磨環支撐，耐磨環既防止了閘板與閥體硬接觸同時也起到刮除閘板上殘余異物即自清潔作用。

圖2 閘板關閉狀態

圖3 閘板開啟瞬間狀態

該插板閥的密封件是一個C 型結構橡膠材質的氣囊。傳統的插板閥密封原理有兩種：一種為閘板在運動時始終保持與密封件的接觸并施加一定壓力，另一種為當運動時閘板與密封件不接觸，當閘板關閉到位后靠外力將閘板壓向密封座與密封接觸實現密封。該型插板閥與上述兩種方式都不同，采用可充氣氣囊密封結構，即當閘板運動時氣囊連接真空處于收縮狀態，氣囊不與閘板接觸，如圖4 所示。閘板到達關閉位置后，依靠氣囊充氣膨脹壓縮插板閥閘板實現密封，如圖5 所示。氣囊的充氣放氣動作由充放氣控制回路實現。

圖4 氣囊處于真空狀態

圖5 氣囊處于充氣狀態

2 插板閥工作原理

該插板閥工作過程為:當插板閥關閉時，電磁換向閥V1 不帶電，壓縮空氣通過電磁閥進入氣缸無桿腔，氣缸推動插板閥閘板關閉，閘板關閉到位后，氣缸的活塞端面壓縮先導閥V2 的換向桿使先導閥V2 換向，壓縮空氣通過先導閥V2 進入氣動換向閥V3 使V3 換向，壓力為3 bar 左右的氬氣通過換向閥V3 進入插板閥氣囊，氣囊膨脹壓縮閘板實現密封。圖6 為插板閥關閉時的氣囊控制狀態圖。插板閥打開時，電磁換向閥V1 帶電換向，氣缸有桿腔進氣，無桿腔排氣，氣缸活塞先運動完其預行程，氣缸活塞將先導閥控制桿釋放，見圖3，先導閥復位，插板閥的氣囊與真空系統接通，迅速將氣囊中的氬氣抽空，氣囊收縮離開閘板，閘板開始運動直至到完全打開位置。圖7 為插板閥開啟過程中氣囊控制狀態。

3 插板閥常見故障分析及處理

圖6 插板閥關閉控制狀態

該型插板閥常見故障為密封氣囊漏氣，密封失效。從氣囊破損的位置及裂口分析，氣囊破損是氣囊與閘板之間的摩擦造成的撕裂，根據該插板閥的工作原理，在正常情況下閘板運動時與氣囊是不接觸的，造成閘板運動時與氣囊接觸的直接原因就是閘板運動前氣囊氣體沒有及時接入真空系統，導致氣囊處于膨脹狀態。沿著控制回路往前分析就是氣動換向閥V3 沒有及時換向，而造成V3 沒有換向的原因則可能是先導閥V2 沒有及時換向或發生堵塞。

從實際的故障記錄統計結果來看，導致氣囊破損故障的原因最多的就是先導閥被卡死，無法正常換向所致。處理措施為：對先導閥拆解清洗，測試若恢復正常則可繼續使用，若無法恢復正常換向動作則需要更換新件。

圖7 插板閥開啟時控制狀態

4 總結

該型插板閥通流能力大、結構巧妙、運行可靠、故障少、關閉時泄漏率低，滿足高真空密封要求，可以在高真空設備上廣泛推廣使用。