一種帶棘輪的省力閥門操作專用工具的設計與應用

葉彥韜 ，吳 坤 ，曾 三 ，周蕊爍 ，蘇靜菲

（國網福建省電力有限公司，福建 福州 350003）

在大部分水電站的廠房中，根據水輪發電機組日常的運行檢修需要，水電站的油、水、氣系統主要可以細化分為技術供水系統、冷卻潤滑水系統、滲漏檢修排水系統、消防水系統、調速器液壓油系統、機組軸承油系統、高壓氣系統和低壓制動氣系統等。每個系統的管路都安裝了許多需要手動操作的閥門。《國家電網公司電力安全工作規程》規定：修理中的機器應做好防止轉動的安全措施，如切斷電源、氣源、水源、油源，所有的有關閘板、閥門應關閉[1]。故水輪機檢修時需要有效關閉閥門，保障人身和設備安全，但部分閥門布置在高處和狹小空間內，再加上油、水、氣系統管路高壓的影響，給操作人員帶來很大的困難和安全風險。

1 設計背景

水電站安裝的閥門數量眾多，基本都需要手動操作。大部分閥門因水質及運行方式的要求，長時間不操作造成閥桿銹死，靠人力根本操作不動，費時費力。目前在操作閥門時使用的工具主要有兩種：一種是使用大號活動扳手、大號管鉗操作，但是工具沉重，工具與閥盤接觸面積不足，費時費力又容易打滑，操作較小閥門時會造成閥盤斷裂、閥桿扭曲；操作大型閥門時又因工具力矩不夠無法使閥門變位，再加上操作人員經常有女性，操作艱難。另一種是通過“F”形操作桿操作。“F”形操作桿有重量較輕、結構簡單等優點。但該操作桿在受限空間中使用也極不方便，為了減輕重量使用了空心鋼管設計，但為了保證工具強度造成卡齒較大不能操作較小閥盤等問題，操作中雖然可通過在操作桿尾部加套鋼管達到省力的目的，但也存在力矩過大容易使閥盤斷裂及更容易打滑的危險。

上述兩種操作工具在操作時均存在一定的安全隱患，而且無法保證工具與閥門連接的穩定性，容易產生脫手、掉落等問題。在高處作業會產生額外的安全隱患。為在保證操作人員的人身安全、操作設備安全的同時縮短閥門操作的時間，需要設計一種安全、省力、高效的閥門操作把手以滿足運行人員的操作需要。

2 新型棘輪操作把手的設計特點

2.1 設計方案

鑒于現有技術的不足，新型操作工具所要解決的技術問題是提供一種省力閥門操作把手，不僅結構簡單合理，而且便捷安全[2-3]。

為了解決上述技術問題，新型操作把手的技術方案如下：該省力閥門操作把手，包括內部中空的管體，管體外壁周部朝外延伸若干支桿，該支桿外端均固定連接在與管體同軸的爪盤上，管體外經一棘輪扳手的棘輪側套接并固定連接為一體，爪盤上周部有若干與爪盤垂直的卡爪，該卡爪與操作桿分設于爪盤兩側，管體中部經由閥門的閥桿穿過并通過卡爪插設入環形閥門手柄內卡合，帶其轉動啟閉。管體下端經支桿與爪盤固定連接且下端面齊平，爪盤呈圓環狀，管體上端穿入棘輪扳手的棘輪內側并固連。同時，卡爪均呈豎直朝下延伸的桿狀，卡爪隨爪盤旋轉方向端面均開設有配合環形閥門手柄的槽口。最后，為防止棘輪把手操作桿太光滑，除開尾部有加工防滑紋以外，將操作桿改為方形并加裝防滑手柄。

2.2 設計優勢特點

與現有技術相比，新棘輪把手具有以下優勢：首先，相較活動扳手重量較輕，操作時更加省時省力，由于管體套接在閥門的閥桿上，再通過多根卡爪與環形閥門手柄配合卡接旋轉，配合槽口的作用，大大增加了接觸面積，有效防止打滑、把手脫落產生的危險，同時限制了卡爪的長度及尺寸，避免使用一個卡爪時尺寸過大轉動時卡到部分閥門密封填料蓋造成損壞；其次，操作桿的可調設計大大增加了適用環境，棘輪把手與閥盤接觸面積大，自動定位，操作流暢且不打滑，對閥盤損壞小，提高了工作效率，因此棘輪把手更加省力，不需繞閥門全行程轉動，在較小的空間內便可操作；最后，該省力閥門操作把手結構簡單，用料節省，便捷穩定，完全滿足了水電站閥門操作的關鍵要求，成本上也具有一定優勢，而且后期維護保養方便，經濟和社會效益明顯。

2.3 設計成果介紹

為讓新型操作把手的上述特征和優點能更淺顯易懂，作詳細說明如下。新型棘輪操作把手使用狀態示意圖如圖1所示，新型棘輪操作把手側視圖如圖2所示。該新型棘輪操作把手包括內部中空的管體1，管體外壁周部朝外延伸若干支桿2，該支桿外端均固連在與管體同軸的爪盤3上，管體外經一棘輪扳手4的棘輪側套接并固連為一體，爪盤上周部有若干與爪盤垂直的卡爪5，新型操作把手中固設有三個卡爪，該卡爪與操作桿分設于爪盤兩側，管體中部經由閥門的閥桿6穿過并通過卡爪插設入環形閥門手柄7內卡合，帶其轉動啟閉。

圖1 新型棘輪操作把手使用狀態示意圖

圖2 新型棘輪操作把手側視圖

在新型操作把手實例中，管體下端經支桿與爪盤固連且下端面齊平，爪盤呈圓環狀，管體上端穿設入棘輪扳手的棘輪內側并固連。卡爪均呈豎直朝下延伸的桿狀，卡爪隨爪盤旋轉方向端面均開設有配合環形閥門手柄的槽口8，在同一卡爪上的兩槽口均錯開分布，在旋轉時卡爪頂接在環形閥門手柄內的支架上帶其轉動，槽口可保證其穩定性，避免出現卡爪與支架接觸打滑的現象。棘輪扳手外端套接有防滑手柄9，既能防止棘輪扳手從操作人員手中滑脫，又能提高操作人員作業時的舒適性。由于水電站的閥門型號尺寸繁多，根據常用閥門閥盤尺寸、幅值，閥桿尺寸，計算設計了操作把手的卡爪長度、管體尺寸（一般為適用最大閥桿直徑的尺寸），以適用于大部分閥門操作。具體使用時可根據棘輪扳手上的正反向切換按鈕10調節棘輪扳手的旋向，進行閥門啟閉的切換。

新型操作把手的工作原理：首先將管體的通孔對準閥桿插入，卡爪貫穿環形閥門手柄內部縫隙，后可握緊防滑手柄進行轉動，轉動時卡爪會頂接在環形閥門手柄的內部支架上，后帶動環形閥門手柄轉動調節閥門的啟閉；通過棘輪扳手替代原有的“F”形操作桿，棘輪把手根據水電站裝設的閥門、閥盤、閥桿大小，閥盤幅值數量計算卡齒角度及套筒尺寸，使得棘輪把手與閥盤接觸面積大，自動定位，操作流暢、不會打滑，既對閥盤損壞小，又提高了工作效率，且棘輪把手也更加省力，不需繞閥門全行程轉動，即在較小的空間內便可操作[4-6]。

綜合以上原因，本研究小組認為新型操作把手具有以下優點：1）能提供較大力矩；2）能在受限空間使用；3）能適用于大部分閥門；4）使用安全；5）使用簡便。

3 裝置測試情況與實際操作中應注意事項

在新型操作把手投入使用前，按規定結合水電站C級檢修時間對工具進行現場試驗。為了確保檢修工作的安全，根據《電業安全工作規程 第1部分：熱力和機械》以及《電力安全工作規程 發電廠和變電站電氣部分》等，對檢修期間需要隔離的設備提出相應的安全要求[7]。比如，在壓力管道上進行長時間的檢修工作時，檢修管段應用帶尾巴的堵板和運行中的管段隔斷，或將它們之間的兩個串聯、嚴密不漏的閥門關嚴，兩個串聯閥門之間的泄壓閥應予打開。關閉的閥門和打開的泄壓閥應按《國家電網公司電力安全工作規程》中的要求上鎖并掛安全標志牌[8]。

3.1 裝置測試情況

經過現場實地操作機組停復役2次得出如下結論：

1）運行人員明顯降低了操作時的工作強度，棘輪操作把手實際操作過程中，操作人員無需頻繁變換位置，對操作空間要求降低，在原地即可很順利地操作閥門全開全關。

2）對比棘輪操作把手與長期使用的“F”形操作桿大小、攜帶狀況，發現棘輪操作把手易于攜帶，且重量較“F”形操作桿+延長鋼管有明顯減輕。

3）新型棘輪操作把手操作效果明顯，解決了在受限空間操作閥門的問題，提高了工作效率，降低了操作人員工作強度，保障了操作人員的人身安全，在實際實驗中機組機械部分由備用轉檢修的操作時間由原先的2 h縮短到現在的1.3 h。對于運行人員的操作任務提供了顯著幫助，達到了預期的效果。

3.2 裝置使用注意事項

1）使用新型棘輪操作把手時應戴好手套，操作速度不能過快，在閥門指示接近開或關時速度要放緩減慢，不可使用蠻力硬拉，指示到位即表示閥門打開或關閉到位。

2）在日常運行工作中，應將棘輪把手放置于專門的操作工具柜中并上鎖，防止人員誤取用操作。

3）操作時需注意識別閥門的開關方向。一般手動閥，手輪順時針旋轉方向表示閥門關閉方向，逆時針方向表示閥門開啟方向。有個別閥門方向與上述啟閉方向相反，操作前應檢查啟閉標志后再操作，旋塞閥閥桿頂面的溝槽與通道平行，表明閥門在全開位置，當閥桿旋轉90°，溝槽與通道垂直，表明閥門在全關位置，有的旋塞閥以扳手與通道平行為開啟，垂直為關閉。

4）在操作任務過程中使用棘輪把手時，應先將棘輪把手套入閥桿，將正反向切換按鈕的轉向調整為與閥門啟閉操作方向一致（閥門關閉為順時針方向，打開為逆時針方向）[9]。用力要適當，操作閥門時，用力過大過猛容易損壞手柄、手輪，擦傷閥桿和密封面，甚至壓壞密封面。

5）棘輪操作前各類配件應定期加油潤滑。閥門使用時應經常在轉動部分注油，在閥桿梯形螺紋部分涂油，做好定時檢修。清除活動把手各縫隙的臟污，檢查磨損情況，做好養護工作避免影響使用[10]。

4 結語

據統計，自該新型棘輪操作把手投入使用起，歷經多次檢修工作的實際應用，運行人員的閥門操作效率平均提升了50%以上，且有效降低了現場人員操作風險，極大地減輕了事故發生時造成的損害。同時，該新型棘輪把手生產成本低廉，結構牢固，安全可靠，適用于同類型水電站的閥門啟閉操作，保證了操作的便捷與效率。