活塞气动切断阀结构原理及常见故障处理

王童

摘 要：以公司老区炼钢厂氧气切断阀为例，介绍了活塞气动切断阀的结构原理，针对常见故障，提出了处理方法和防范措施。

关键词：炼钢；结构原理；故障；处理方法；防范措施

前言

气动活塞切断阀具有结构简单、操作方便、使用可靠、快速关闭等特点，主要应用于无杂质，无颗粒的液体、气体介质，要求快速严密关闭、快速放空的自动控制系统中。气动活塞切断阀是生产过程自动化控制系统中执行机构的一种，它与电磁阀、大功率减压阀等配套使用，可以对自动化控制系统中输送管道上的流动介质进行自动切断或安全放空。公司老区炼钢厂氧气与氮气切断阀就是采用的这种阀，下面以氧气切断阀为例对其进行介绍。

1.型号、规格意义

老区炼钢厂氧气切断阀型号为ZSPQ-40K，规格DN200，其型号意义如图1所示。

图1 切断阀型号意义

2.结构特征

2.1组成

氧气切断阀主要由阀体、手动机构、弹簧、推拉杆、气缸、活塞、导向套、阀芯、底部导向肓板等组成。

2.2流向

阀门介质流向为下进上出，安装时要注意方向，不可倒置。

2.3控制方式

控制方式为单作用气开式，即打开是依靠控制气路的气压力，关闭是依靠弹簧弹力，此为安全工艺要求，因为氧气切断阀是控制氧气的打开与切断，当全场突然停电的情况下必须要确保氧气处于切断状态，否则可能造成重大设备、安全事故，因此切断阀的关闭不能依赖电能，故设计上采用了弹力势能来弥补电能的不足，这与“安全水塔”利用重力势能来应对停电道理是一样的。

2.4柔性阀杆

阀杆没有设计成整体，而是分成三段采用销轴作活动连接，作用在于使阀芯与阀座接合时，自动找正贴平，确保密封效果。

2.5双导向

在阀芯的定位导向方面，考虑到阀本身结构大，所控制的介质压力也大，故在阀杆上设计了双导向结构，即阀芯上部与底部都有导向结构，加强了阀芯的刚性，使阀芯工作平稳可靠。

2.6双阀芯

氧气切断阀所控制的氧气设计额定工作压力达到1.6MPa，为了降低阀门开启阻力，减小冲击，此阀阀芯设计很有独到之处，采用了双阀芯结构，主阀芯上设计了6个均布的流道。阀门打开过程中，副阀芯先打开，因副阀芯横截面积较小，所以开启阻力相对较小，易开启，开启瞬间，氧气从主阀芯流道通过，这时阀前后压差得到一定平衡，减小了主阀芯开启阻力，随后主阀芯打开，氧气从主阀芯与阀座间隙及流道通过。

3.工作原理

3.1气动

当压缩空气由气缸上端进气时，活塞在气压作用下带动推拉杆、阀杆及阀芯往下运动，同时弹簧被逐渐压缩，阀逐渐开启，当活塞运动到下极限位置时停止，此时阀门完全打开，阀芯向下运动行程为60mm。当压缩空气切断时，气缸上腔压力被释放，推拉杆、阀杆、活塞及阀芯在弹簧弹力作用下向上运动，阀逐渐关闭，当阀芯向上运动触碰到阀座时，阀被完全关闭，阀芯与阀座的贴合由弹簧的预紧力决定，预紧力越大，贴合越紧。气动过程中，蜗杆套的位置保持不动。

3.2手动

当手轮顺时针旋转时，蜗杆带动蜗轮转动，而蜗轮再带动蜗杆套沿导向键向下作直线运动，蜗杆套的下端将力传递到推拉杆双并帽上，双并帽带动推拉杆、阀杆及阀芯向下运动，阀逐渐打开，其他与气动相同。

4.常见故障（阀门关不死）及其处理

4.1行程调整不当

因为氧气切断阀属于常闭型阀门，即在失电、失气的情况下会自动关闭（关闭力来自弹簧），如果关不死，可能是行程调整不当造成，即弹簧的弹力全部释放后，阀芯与阀座之间仍有间隙。处理方法是松开推拉杆与阀杆连接处的并帽与定位螺钉，用管钳或活动扳手夹住阀杆逆时针方向旋转使阀芯向上运动直到关闭。

4.2手动机构未关到位或手动机构锁紧螺栓未锁

在前面已经提到，手动机构采用的是蜗轮蜗杆，具有自锁作用（只有由手轮带动阀杆上下运动，而弹簧的弹力无法通过阀杆将力施加到手轮上使手轮旋转），如果进行手动操作后未将阀芯完全关闭，或者由于手动机构锁紧螺栓未锁造成误操作，则气动时阀的行程受限永远无法关闭。

4.3导向套上的连接销退出卡住阀盖

原装氧气切断阀导向套上的连接销是通过打样冲眼来防松的，容易退出，一旦退出，在阀关闭过程中必定会卡在阀盖导向孔端面上，导致阀关不到位。活塞卡死与这种情况有相似的现象，判断与处理方法相同。

4.4预紧力的错误调整

阀门关闭速度慢时通过调整弹簧预紧力来处理是完全错误的，因为预紧力的大小只与阀芯与阀座的贴合力有关，增加弹簧预紧力只表明阀关闭时阀芯与阀座贴合得更紧，并不能增加弹簧关闭过程中的拉力，关闭过程中的拉力只与弹簧固有属性有关，比如弹簧直径、材质等，当然也与弹簧初始受压缩程度有关，但是在本例中，弹簧初始压缩程度都相同，即完全压缩（阀开状态）。

5.结束语

本文对老区炼钢氧气切断阀的结构原理进行了分析、探讨，提出了双阀芯、柔性阀杆等概念，并分析了它们的设计意图。从实际出发，对氧气切断阀的常见故障进行的剖析、解决。

参考文献：

[1]《ZSPQ型气动活塞切断阀使用说明书》.鞍山自控仪表（集团）股份有限公司