臺車式燃氣熱處理爐氣動雙位蝶閥故障分析及其改進

臺車式燃氣熱處理爐氣動雙位蝶閥故障分析及其改進

臺車式燃氣熱處理爐氣動雙位蝶閥是實現燃氣--空氣配比執行器中的核心，同時也是熱處理爐控制中故障率出現較高的部位。江蘇恒盛爐業有限公司多年燃氣爐使用經驗認識到—其執行器原理、操作的掌握以及環境的因素，直接影響執行器是否正常工作，導致熱處理質量產生較大波動，提高了質量成本。

氣動雙位蝶閥的工作原理：由氣動執行機構和蝶閥兩部份組成。
    氣動執行機構由兩件組合成一體的串聯單作用氣缸組成。分別由兩件先導電磁閥控制其行程，以45°和90°兩個開度，在兩個氣缸內分別設有一套活塞限位調節機構用來控制活塞行程，將直線運動變成圓周運動，從而實現蝶閥在0~45°和45°~90°兩個開度內可調。
    蝶閥由閥體、閥板、轉軸、連桿等組成，它將活塞桿的行程位置轉換成閥板的開度，并有指針式顯示裝置直接讀出開度數值。閥板起始角為150，當顯示750時即為最大開度值。氣動雙位蝶閥主要技術參數如下。
    公稱直徑  150mm
    工作壓力  0.1MPa
    控制壓力  0.25~0.6MPa
    工作介質  氣、液
    環境溫度  -5~+50℃
    調節范圍  0~45°、45°~90°
    電源條件  AC220V50Hz
    外形尺寸  504mm×369mm×143mm
    法蘭螺孔  Ø225×孔Ø18
    2 氣動雙位蝶閥運行過程中產生的故障及原因分析
    根據多年的生產經驗氣動雙位蝶閥在運行過程中產生故障的原因是多方面的，既有操作不當的因素，也有本身結構不適應環境的因素，分析如下。
    （1）壓力、氣源對氣動雙位蝶閥的影響
    當系統壓力低于0.1MPa時會造成氣動雙位蝶閥失靈，說明氣動雙位蝶閥對壓力適應范圍較窄，提高其壓力適應范圍是降低故障率手段之一。在故障處理過程中經常發現過濾器、電磁先導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，氣動雙位蝶閥在運行過程中必須有純凈的空氣，為了保證運行平穩必須對空氣加以凈化。
    （2）環境因素對氣動雙位蝶閥的影響
根據多年的生產經驗氣動雙位蝶閥對工作要求較嚴格，要求現場環境清潔，無塵、無煙，這對大企業熱處理工序無疑是個難以解決的問題。尤其是在北方冬季氣溫較低，經常會造成過濾器、電磁先導閥過氣孔結冰而堵塞，導至氣動雙位蝶閥失靈，提高了熱處理爐設備停臺率，降低了生產效率。
    （3）氣動雙位蝶閥執行元件的影響

在鑄鋼件熱處理工藝規范中，為了保證鑄鋼件有良好的機械性能，對燃氣熱處理爐的溫度控制是非常嚴格的，如圖1所示。氣動雙位蝶閥是燃氣熱處理爐溫度控制最重要的執行機構，由它調配氣源的流量，以達到控制溫度目的。操作者根據顯示的溫度曲線，不斷調整氣源的流量，氣動雙位蝶閥執行桿頻繁動作，導至各密封元件磨損，尤其在均熱、保溫區，為了保證溫度均衡，切換的動作更加頻繁，每分鐘切換動作為8~10次，在每月22天作業，每天三個班次連續生產的情況下，氣動雙位蝶閥執行元件磨損嚴重。由于連續生產，爐體外部的溫度不斷升高，各執行元件受熱老化。保證執行元件正常工作是氣動雙位蝶閥避免產生故障

的關鍵。
    （4）保養、維護對氣動雙位蝶閥的影響
    由于氣動雙位蝶閥故障頻頻發生，為了保證生產，不得不對其進行維護和保養，在每一次拆卸、安裝過程中都要對大、小氣缸的位置重新調整定位，造成蝶閥角度變位量增大，進一步提高了氣動雙位蝶閥的故障率。
    綜上所述，氣動雙位蝶閥故障已嚴重制約了燃氣熱處理爐的正常生產，同時氣動雙位蝶閥壽命短、維修成本高，為保證幾臺燃氣爐的正常生產，不得不配置大量備品備件，因此對其進行改進已勢在必行。
    3 氣動雙位蝶閥故障處理及改進
    在多年維護臺車式燃氣熱處理爐過程中，對氣動雙位蝶閥故障處理積累了一定的經驗，在此基礎上實施了對氣動雙位蝶閥的改進。
    （1）氣動雙位蝶閥故障處理
    根據分析出的故障原因，從提高氣源質量入手，降低氣源雜質含量。安裝空氣過濾器并定期更換過濾器中的過濾網，保證電磁先導閥過氣孔及其它管路的暢通。對已產生故障的氣動雙位蝶閥，更換已經老化的密封元件，使氣動雙位蝶閥處于良好狀態。為保證環境清潔，在熱處理工序安裝排塵系統及風機，并實施潮濕作業，降低煙塵的含量確保氣動雙位蝶閥正常運作。在燃氣熱處理爐大修時，在爐體外殼與耐火磚間安裝絕熱板，以降低爐體外的溫度，延緩執行元件受熱老化的時間，提高其使用壽命。
    （2）氣動雙位蝶閥的改進
    盡管對氣動雙位蝶閥采取各種措施，加強維護保養，故障率仍然很高。根據多年的數據統計，其故障多數發生在氣動執行機構，而蝶閥部件很少發生故障。從工作原理上分析，氣動執行機構是驅動器，驅動蝶閥工作。那么可否找一種“工作機”來代替氣動執行機構，而這種“工作機”不受環境、氣源等各種因素的影響，同時耐老化、壽命長。經多方調查，并借鑒國外的經驗決定采用德國KROM生產的電磁驅動器驅動蝶閥工作。把電磁驅動器與國產的蝶閥相聯接，并使蝶閥正常工作，是改進氣動雙位閥的關鍵。
    ①蝶閥軸的改進與設計
    經過對電磁驅動器、蝶閥結構的分析，必須改變蝶閥軸結構，才能與電磁驅動器相配合，并使蝶閥正常工作。

    ②聯接法蘭的設計
    為了保證MKS電磁驅動器、蝶閥聯接強度及同心度，并使其正常運作，在兩部件間采用法蘭聯接，螺栓緊固。

    ③電源線的配置
    根據多年的生產經驗，蝶閥的兩個開度在實際應用中只有45°~90°經常用于生產，為此不對0~45°的開度進行控制。將氣動雙位蝶閥的小風控制線圈取消，用大風控制線與電磁驅動器相聯接，以形成小風常開，即蝶閥的開度為45°，啟爐即以小氣源量點火，大風做變量，從而實現雙位小--大風量的控制。
    4 改進后的效果
    氣動雙位蝶閥經過改進后已變為電動雙位蝶閥，從根本上解決了氣源、環境等不利因素的影響。這種改進改動量小，原有管路及附屬設備不變，改造成本低。同時這種電動雙位蝶閥使用壽命長，耐老化，動作簡單、可靠、直觀、可調，故障率大幅度降低，滿足了工藝、生產的要求。經過實際生產驗證后，對氣動雙位蝶閥和電動雙位蝶閥進行了比較，見表1。

表1 氣動雙位蝶閥和電動雙位蝶閥特性對比表

5 結論
    眾所周知，無論是氣動執行機構還是電動執行機構在工業燃氣爐熱工控制領域都有廣泛應用，但一直缺少用于熱風管路和腐蝕性煤氣管路上的運行經驗。恒盛爐業電磁雙位蝶閥的生產實踐證明，該執行機構也可以應用到上述領域。

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