臺(tái)車式燃?xì)鉄崽幚頎t氣動(dòng)雙位蝶閥故障分析及其改進(jìn)

臺(tái)車式燃?xì)鉄崽幚頎t氣動(dòng)雙位蝶閥故障分析及其改進(jìn)

臺(tái)車式燃?xì)鉄崽幚頎t氣動(dòng)雙位蝶閥是實(shí)現(xiàn)燃?xì)?-空氣配比執(zhí)行器中的核心，同時(shí)也是熱處理爐控制中故障率出現(xiàn)較高的部位。江蘇恒盛爐業(yè)有限公司多年燃?xì)鉅t使用經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到—其執(zhí)行器原理、操作的掌握以及環(huán)境的因素，直接影響執(zhí)行器是否正常工作，導(dǎo)致熱處理質(zhì)量產(chǎn)生較大波動(dòng)，提高了質(zhì)量成本。

氣動(dòng)雙位蝶閥的工作原理：由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和蝶閥兩部份組成。
    氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由兩件組合成一體的串聯(lián)單作用氣缸組成。分別由兩件先導(dǎo)電磁閥控制其行程，以45°和90°兩個(gè)開度，在兩個(gè)氣缸內(nèi)分別設(shè)有一套活塞限位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用來控制活塞行程，將直線運(yùn)動(dòng)變成圓周運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)蝶閥在0~45°和45°~90°兩個(gè)開度內(nèi)可調(diào)。
    蝶閥由閥體、閥板、轉(zhuǎn)軸、連桿等組成，它將活塞桿的行程位置轉(zhuǎn)換成閥板的開度，并有指針式顯示裝置直接讀出開度數(shù)值。閥板起始角為150，當(dāng)顯示750時(shí)即為最大開度值。氣動(dòng)雙位蝶閥主要技術(shù)參數(shù)如下。
    公稱直徑  150mm
    工作壓力  0.1MPa
    控制壓力  0.25~0.6MPa
    工作介質(zhì)  氣、液
    環(huán)境溫度  -5~+50℃
    調(diào)節(jié)范圍  0~45°、45°~90°
    電源條件  AC220V50Hz
    外形尺寸  504mm×369mm×143mm
    法蘭螺孔  Ø225×孔Ø18
    2 氣動(dòng)雙位蝶閥運(yùn)行過程中產(chǎn)生的故障及原因分析
    根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)氣動(dòng)雙位蝶閥在運(yùn)行過程中產(chǎn)生故障的原因是多方面的，既有操作不當(dāng)?shù)囊蛩?，也有本身結(jié)構(gòu)不適應(yīng)環(huán)境的因素，分析如下。
    （1）壓力、氣源對(duì)氣動(dòng)雙位蝶閥的影響
    當(dāng)系統(tǒng)壓力低于0.1MPa時(shí)會(huì)造成氣動(dòng)雙位蝶閥失靈，說明氣動(dòng)雙位蝶閥對(duì)壓力適應(yīng)范圍較窄，提高其壓力適應(yīng)范圍是降低故障率手段之一。在故障處理過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)過濾器、電磁先導(dǎo)閥過氣孔堵塞造成壓力不足，分析原因主要是壓縮空氣中含有游離塵埃過量所致，氣動(dòng)雙位蝶閥在運(yùn)行過程中必須有純凈的空氣，為了保證運(yùn)行平穩(wěn)必須對(duì)空氣加以凈化。
    （2）環(huán)境因素對(duì)氣動(dòng)雙位蝶閥的影響
根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)氣動(dòng)雙位蝶閥對(duì)工作要求較嚴(yán)格，要求現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境清潔，無(wú)塵、無(wú)煙，這對(duì)大企業(yè)熱處理工序無(wú)疑是個(gè)難以解決的問題。尤其是在北方冬季氣溫較低，經(jīng)常會(huì)造成過濾器、電磁先導(dǎo)閥過氣孔結(jié)冰而堵塞，導(dǎo)至氣動(dòng)雙位蝶閥失靈，提高了熱處理爐設(shè)備停臺(tái)率，降低了生產(chǎn)效率。
    （3）氣動(dòng)雙位蝶閥執(zhí)行元件的影響

在鑄鋼件熱處理工藝規(guī)范中，為了保證鑄鋼件有良好的機(jī)械性能，對(duì)燃?xì)鉄崽幚頎t的溫度控制是非常嚴(yán)格的，如圖1所示。氣動(dòng)雙位蝶閥是燃?xì)鉄崽幚頎t溫度控制最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由它調(diào)配氣源的流量，以達(dá)到控制溫度目的。操作者根據(jù)顯示的溫度曲線，不斷調(diào)整氣源的流量，氣動(dòng)雙位蝶閥執(zhí)行桿頻繁動(dòng)作，導(dǎo)至各密封元件磨損，尤其在均熱、保溫區(qū)，為了保證溫度均衡，切換的動(dòng)作更加頻繁，每分鐘切換動(dòng)作為8~10次，在每月22天作業(yè)，每天三個(gè)班次連續(xù)生產(chǎn)的情況下，氣動(dòng)雙位蝶閥執(zhí)行元件磨損嚴(yán)重。由于連續(xù)生產(chǎn)，爐體外部的溫度不斷升高，各執(zhí)行元件受熱老化。保證執(zhí)行元件正常工作是氣動(dòng)雙位蝶閥避免產(chǎn)生故障

的關(guān)鍵。
    （4）保養(yǎng)、維護(hù)對(duì)氣動(dòng)雙位蝶閥的影響
    由于氣動(dòng)雙位蝶閥故障頻頻發(fā)生，為了保證生產(chǎn)，不得不對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，在每一次拆卸、安裝過程中都要對(duì)大、小氣缸的位置重新調(diào)整定位，造成蝶閥角度變位量增大，進(jìn)一步提高了氣動(dòng)雙位蝶閥的故障率。
    綜上所述，氣動(dòng)雙位蝶閥故障已嚴(yán)重制約了燃?xì)鉄崽幚頎t的正常生產(chǎn)，同時(shí)氣動(dòng)雙位蝶閥壽命短、維修成本高，為保證幾臺(tái)燃?xì)鉅t的正常生產(chǎn)，不得不配置大量備品備件，因此對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)已勢(shì)在必行。
    3 氣動(dòng)雙位蝶閥故障處理及改進(jìn)
    在多年維護(hù)臺(tái)車式燃?xì)鉄崽幚頎t過程中，對(duì)氣動(dòng)雙位蝶閥故障處理積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上實(shí)施了對(duì)氣動(dòng)雙位蝶閥的改進(jìn)。
    （1）氣動(dòng)雙位蝶閥故障處理
    根據(jù)分析出的故障原因，從提高氣源質(zhì)量入手，降低氣源雜質(zhì)含量。安裝空氣過濾器并定期更換過濾器中的過濾網(wǎng)，保證電磁先導(dǎo)閥過氣孔及其它管路的暢通。對(duì)已產(chǎn)生故障的氣動(dòng)雙位蝶閥，更換已經(jīng)老化的密封元件，使氣動(dòng)雙位蝶閥處于良好狀態(tài)。為保證環(huán)境清潔，在熱處理工序安裝排塵系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)，并實(shí)施潮濕作業(yè)，降低煙塵的含量確保氣動(dòng)雙位蝶閥正常運(yùn)作。在燃?xì)鉄崽幚頎t大修時(shí)，在爐體外殼與耐火磚間安裝絕熱板，以降低爐體外的溫度，延緩執(zhí)行元件受熱老化的時(shí)間，提高其使用壽命。
    （2）氣動(dòng)雙位蝶閥的改進(jìn)
    盡管對(duì)氣動(dòng)雙位蝶閥采取各種措施，加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，故障率仍然很高。根據(jù)多年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，其故障多數(shù)發(fā)生在氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而蝶閥部件很少發(fā)生故障。從工作原理上分析，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)蝶閥工作。那么可否找一種“工作機(jī)”來代替氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而這種“工作機(jī)”不受環(huán)境、氣源等各種因素的影響，同時(shí)耐老化、壽命長(zhǎng)。經(jīng)多方調(diào)查，并借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)決定采用德國(guó)KROM生產(chǎn)的電磁驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蝶閥工作。把電磁驅(qū)動(dòng)器與國(guó)產(chǎn)的蝶閥相聯(lián)接，并使蝶閥正常工作，是改進(jìn)氣動(dòng)雙位閥的關(guān)鍵。
    ①蝶閥軸的改進(jìn)與設(shè)計(jì)
    經(jīng)過對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)器、蝶閥結(jié)構(gòu)的分析，必須改變蝶閥軸結(jié)構(gòu)，才能與電磁驅(qū)動(dòng)器相配合，并使蝶閥正常工作。

    ②聯(lián)接法蘭的設(shè)計(jì)
    為了保證MKS電磁驅(qū)動(dòng)器、蝶閥聯(lián)接強(qiáng)度及同心度，并使其正常運(yùn)作，在兩部件間采用法蘭聯(lián)接，螺栓緊固。

    ③電源線的配置
    根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，蝶閥的兩個(gè)開度在實(shí)際應(yīng)用中只有45°~90°經(jīng)常用于生產(chǎn)，為此不對(duì)0~45°的開度進(jìn)行控制。將氣動(dòng)雙位蝶閥的小風(fēng)控制線圈取消，用大風(fēng)控制線與電磁驅(qū)動(dòng)器相聯(lián)接，以形成小風(fēng)常開，即蝶閥的開度為45°，啟爐即以小氣源量點(diǎn)火，大風(fēng)做變量，從而實(shí)現(xiàn)雙位小--大風(fēng)量的控制。
    4 改進(jìn)后的效果
    氣動(dòng)雙位蝶閥經(jīng)過改進(jìn)后已變?yōu)殡妱?dòng)雙位蝶閥，從根本上解決了氣源、環(huán)境等不利因素的影響。這種改進(jìn)改動(dòng)量小，原有管路及附屬設(shè)備不變，改造成本低。同時(shí)這種電動(dòng)雙位蝶閥使用壽命長(zhǎng)，耐老化，動(dòng)作簡(jiǎn)單、可靠、直觀、可調(diào)，故障率大幅度降低，滿足了工藝、生產(chǎn)的要求。經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證后，對(duì)氣動(dòng)雙位蝶閥和電動(dòng)雙位蝶閥進(jìn)行了比較，見表1。

表1 氣動(dòng)雙位蝶閥和電動(dòng)雙位蝶閥特性對(duì)比表

5 結(jié)論
    眾所周知，無(wú)論是氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在工業(yè)燃?xì)鉅t熱工控制領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，但一直缺少用于熱風(fēng)管路和腐蝕性煤氣管路上的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。恒盛爐業(yè)電磁雙位蝶閥的生產(chǎn)實(shí)踐證明，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)也可以應(yīng)用到上述領(lǐng)域。

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