台车式燃气热处理炉气动双位蝶阀故障分析及其改进

台车式燃气热处理炉气动双位蝶阀故障分析及其改进

台车式燃气热处理炉气动双位蝶阀是实现燃气--空气配比执行器中的核心，同时也是热处理炉控制中故障率出现较高的部位。江苏恒盛炉业有限公司多年燃气炉使用经验认识到—其执行器原理、操作的掌握以及环境的因素，直接影响执行器是否正常工作，导致热处理质量产生较大波动，提高了质量成本。

气动双位蝶阀的工作原理：由气动执行机构和蝶阀两部份组成。
    气动执行机构由两件组合成一体的串联单作用气缸组成。分别由两件先导电磁阀控制其行程，以45°和90°两个开度，在两个气缸内分别设有一套活塞限位调节机构用来控制活塞行程，将直线运动变成圆周运动，从而实现蝶阀在0~45°和45°~90°两个开度内可调。
    蝶阀由阀体、阀板、转轴、连杆等组成，它将活塞杆的行程位置转换成阀板的开度，并有指针式显示装置直接读出开度数值。阀板起始角为150，当显示750时即为******开度值。气动双位蝶阀主要技术参数如下。
    公称直径  150mm
    工作压力  0.1MPa
    控制压力  0.25~0.6MPa
    工作介质  气、液
    环境温度  -5~+50℃
    调节范围  0~45°、45°~90°
    电源条件  AC220V50Hz
    外形尺寸  504mm×369mm×143mm
    法兰螺孔  Ø225×孔Ø18
    2 气动双位蝶阀运行过程中产生的故障及原因分析
    根据多年的生产经验气动双位蝶阀在运行过程中产生故障的原因是多方面的，既有操作不当的因素，也有本身结构不适应环境的因素，分析如下。
    （1）压力、气源对气动双位蝶阀的影响
    当系统压力低于0.1MPa时会造成气动双位蝶阀失灵，说明气动双位蝶阀对压力适应范围较窄，提高其压力适应范围是降低故障率手段之一。在故障处理过程中经常发现过滤器、电磁先导阀过气孔堵塞造成压力不足，分析原因主要是压缩空气中含有游离尘埃过量所致，气动双位蝶阀在运行过程中必须有纯净的空气，为了保证运行平稳必须对空气加以净化。
    （2）环境因素对气动双位蝶阀的影响
根据多年的生产经验气动双位蝶阀对工作要求较严格，要求现场环境清洁，无尘、无烟，这对大企业热处理工序无疑是个难以解决的问题。尤其是在北方冬季气温较低，经常会造成过滤器、电磁先导阀过气孔结冰而堵塞，导至气动双位蝶阀失灵，提高了热处理炉设备停台率，降低了生产效率。
    （3）气动双位蝶阀执行元件的影响

在铸钢件热处理工艺规范中，为了保证铸钢件有良好的机械性能，对燃气热处理炉的温度控制是非常严格的，如图1所示。气动双位蝶阀是燃气热处理炉温度控制最重要的执行机构，由它调配气源的流量，以达到控制温度目的。操作者根据显示的温度曲线，不断调整气源的流量，气动双位蝶阀执行杆频繁动作，导至各密封元件磨损，尤其在均热、保温区，为了保证温度均衡，切换的动作更加频繁，每分钟切换动作为8~10次，在每月22天作业，每天三个班次连续生产的情况下，气动双位蝶阀执行元件磨损严重。由于连续生产，炉体外部的温度不断升高，各执行元件受热老化。保证执行元件正常工作是气动双位蝶阀避免产生故障

的关键。
    （4）保养、维护对气动双位蝶阀的影响
    由于气动双位蝶阀故障频频发生，为了保证生产，不得不对其进行维护和保养，在每一次拆卸、安装过程中都要对大、小气缸的位置重新调整定位，造成蝶阀角度变位量增大，进一步提高了气动双位蝶阀的故障率。
    综上所述，气动双位蝶阀故障已严重制约了燃气热处理炉的正常生产，同时气动双位蝶阀寿命短、维修成本高，为保证几台燃气炉的正常生产，不得不配置大量备品备件，因此对其进行改进已势在必行。
    3 气动双位蝶阀故障处理及改进
    在多年维护台车式燃气热处理炉过程中，对气动双位蝶阀故障处理积累了一定的经验，在此基础上实施了对气动双位蝶阀的改进。
    （1）气动双位蝶阀故障处理
    根据分析出的故障原因，从提高气源质量入手，降低气源杂质含量。安装空气过滤器并定期更换过滤器中的过滤网，保证电磁先导阀过气孔及其它管路的畅通。对已产生故障的气动双位蝶阀，更换已经老化的密封元件，使气动双位蝶阀处于良好状态。为保证环境清洁，在热处理工序安装排尘系统及风机，并实施潮湿作业，降低烟尘的含量确保气动双位蝶阀正常运作。在燃气热处理炉大修时，在炉体外壳与耐火砖间安装绝热板，以降低炉体外的温度，延缓执行元件受热老化的时间，提高其使用寿命。
    （2）气动双位蝶阀的改进
    尽管对气动双位蝶阀采取各种措施，加强维护保养，故障率仍然很高。根据多年的数据统计，其故障多数发生在气动执行机构，而蝶阀部件很少发生故障。从工作原理上分析，气动执行机构是驱动器，驱动蝶阀工作。那么可否找一种“工作机”来代替气动执行机构，而这种“工作机”不受环境、气源等各种因素的影响，同时耐老化、寿命长。经多方调查，并借鉴国外的经验决定采用德国KROM生产的电磁驱动器驱动蝶阀工作。把电磁驱动器与国产的蝶阀相联接，并使蝶阀正常工作，是改进气动双位阀的关键。
    ①蝶阀轴的改进与设计
    经过对电磁驱动器、蝶阀结构的分析，必须改变蝶阀轴结构，才能与电磁驱动器相配合，并使蝶阀正常工作。

    ②联接法兰的设计
    为了保证MKS电磁驱动器、蝶阀联接强度及同心度，并使其正常运作，在两部件间采用法兰联接，螺栓紧固。

    ③电源线的配置
    根据多年的生产经验，蝶阀的两个开度在实际应用中只有45°~90°经常用于生产，为此不对0~45°的开度进行控制。将气动双位蝶阀的小风控制线圈取消，用大风控制线与电磁驱动器相联接，以形成小风常开，即蝶阀的开度为45°，启炉即以小气源量点火，大风做变量，从而实现双位小--大风量的控制。
    4 改进后的效果
    气动双位蝶阀经过改进后已变为电动双位蝶阀，从根本上解决了气源、环境等不利因素的影响。这种改进改动量小，原有管路及附属设备不变，改造成本低。同时这种电动双位蝶阀使用寿命长，耐老化，动作简单、可靠、直观、可调，故障率大幅度降低，满足了工艺、生产的要求。经过实际生产验证后，对气动双位蝶阀和电动双位蝶阀进行了比较，见表1。

表1 气动双位蝶阀和电动双位蝶阀特性对比表

5 结论
    众所周知，无论是气动执行机构还是电动执行机构在工业燃气炉热工控制领域都有广泛应用，但一直缺少用于热风管路和腐蚀性煤气管路上的运行经验。恒盛炉业电磁双位蝶阀的生产实践证明，该执行机构也可以应用到上述领域。

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