关于压机双联阀安全监控器的研究

文/上海卢斯气动元件有限公司

关于压机双联阀安全监控器的研究

文/上海卢斯气动元件有限公司

对于机械设备安全，至今为止我们是靠“不发生错误和故障”来确保设备安全，而最新的理念是如果发生错误和故障将会产生什么后果，并进而考虑当发生错误和故障时我们怎样才能确保安全。这就是我们所说的机械设备安全风险评估。

用于控制压力机的电磁阀的安全标准

纵览压机行业的安全课题，在离合器/制动器的电磁阀规格方面，国内外标准有所不同，这引起了我们的兴趣，本文就这一点来展开讨论。表1是世界各国标准的比较。关于监控器方面，欧美和中国有着较大的差异，欧美的标准走在最前端，而中国虽然有标准，但是对最终用户却没有提供足够的关于安全监控器的信息，虽然监控器对最终用户来说非常重要。

表1 关于控制压机的电磁阀的安全规定

关于双联阀

什么是双联阀

双联阀是一种主要使用在压机离合器和制动系统的复式常闭三通电磁阀。在一个阀体上有2个电磁线圈和2个工作阀体。工作时2个阀体同时动作，以此来提高安全性和可靠性。

单阀的危险性

通常三通的电磁阀（单阀），会因为阀体的复位不良而引起故障，即使切断对电磁线圈的供电，由于无法排气，压机仍然不会停止（图1）。所以阀门的故障会直接导致事故的发生。此外，美国早在1974年就规定压力机必须使用双联阀，而中国是在上世纪80年代末。

图1 单阀OFF时的故障状态

关于监控器及双联阀有无监控器时的动作区别

监控器是假设双联阀发生故障的一种安全装置，具有以下功能：⑴阀门故障检测功能；⑵阀门故障后阻止重启的功能；⑶输出故障信号的功能。

那么，让我们来比较一下双联阀发生故障时，有无监控器的区别。

不含监控器的双联阀发生故障时的动作模式

双联阀主要的故障是单侧阀体动作故障，又分为ON和OFF时两种情况。

⑴单侧阀体故障时的动作。

ON时的故障：即使对电磁线圈通电，单侧阀体也不会打开，阀门的出气口侧由于没有足够的压力，所以压机无法启动。虽然会对生产产生影响，但是没有安全隐患。（注：其实在ON的情况下发生故障即使是单阀也不会启动，所以这并不是双联阀的特性。）

OFF时的故障：如果切断对电磁线圈的供电，单侧阀体不复位，而正常侧的阀体可以排气，那么压机就会停止从而确保了安全。这正是双联阀的作用。

⑵再通电。

上文提到的是在没有监控器的情况下，OFF时发生故障后，只要对电磁线圈再通电，正常侧的阀体就会打开，压机会再启动，所以双联阀故障后不会启动的说法不适用于不带监控器的双联阀，这需要引起我们足够的注意，这种故障就等同于使用一个单阀在工作，非常危险。

⑶故障的发现。

当没有监控器时，即使OFF时发生了故障，压机也能够继续运转，如果不及时对这一故障进行维修，如若正常侧的阀体也发生复位不良的话，那么即使切断对电磁线圈的供电也无法排气，压机就不会停止（图2），这时就有可能直接导致事故。

那么，我们怎么才能早期发现单侧阀体的复位不良呢？这种故障的现象是：消磁时排气口处会有连续空气泄漏发生，从理论上来说是可以发现故障的。也就是说，这种空气泄漏相当于风险评估中的“事故隐患通知”。只要压机作业时经常加以注意，若发现漏气，就要立即更换或修理阀门。但是实际生产中我们无法确保获取“空气泄漏=双联阀的故障”这方面的信息，本文再次强调这一点。

因为如果是以下情况，空气泄漏就很难被发现：⑴双联阀设置在较高处（如大中型压机）；⑵周围噪声大（如：有多台压机同时工作）。因此，如果是定期检查或设备特定的点检时是可以发现漏气现象的，但是实际工作中很难通过漏气来发现这种双联阀的故障。

带监控器双联阀故障时的动作

监控器会检测双联阀的故障状态，并启动其防止压机再启动功能，所以故障后阀门不会动作。刚才谈到的“双联阀故障后不会再启动”的概念是以带监控器为前提的。

图3是具有代表性的EP监控器动作原理图，其检测故障的方法比依靠人工凭感觉（主要是听觉）发现气体是否泄漏更为可靠。多年的实践证实了EP监控器是可靠性非常高的一种结构，我们可以不必分心去关注是否有气体泄漏，而放心地专注于压机作业。并且它能够输出故障信号，所以只要监控器在工作而压机处于停止状态，也可以检测到故障发生的部位。表2是对单阀带监控器和不带监控器动作和功能的汇总。

监控器的另一个作用——判断使用寿命

判断阀门的使用寿命只是监控器的一个附带功能，即到监控器动作为止，双联阀都处于正常状态，一旦监控器发生动作，就说明发生了异常。监控器还会关注两个阀体的非同步性，会对阀体动作迟缓做出反应。也就是说阀体内部滑动部分的垫圈如果发生磨损，那么单侧阀体的响应就会迟缓，此时监控器也会动作，以此告知工作人员阀门发生了异常。

图2 不带监控器双联阀故障时的动作

图3 带EP监控器双联阀的动作模式

表2 单阀与双联阀的功能比较

反之，如若不带监控器，一直要到发生阀体复位不良而引起漏气时才能发现阀门的状态异常，反应迟缓，根本无法预警。如果等到漏气，阀门有可能已经无法修复了，只能购买新的阀门。也就是说我们可以通过监控器来尽早发现隐患，尽早修理从而延长阀门的使用寿命，从长远角度看可以节约维修和保养成本。

双联阀的种类

随着双联阀在全球的热销，带监控器的双联阀已成为标准产品，然而，在对监控器标准不是很严格的中国和亚洲市场，带传感器（带开关）和无监控器的双联阀占较大比重。图4所示是双联阀的种类区分。

图4 双联阀的种类

与此相反，对安全标准极为严格的欧美来说，就需要动态监控器，即需要检测到阀门的每次动作。DM2系列就是在每个阀门上装配了动态监控器。图5所示就是带压力开关双联阀的动作模式。

对无监控器的双联阀进行改造

由于各国标准不同，在中国有很多不带监控器的阀门也在使用。但监控器其实与标准无关，它是保障压机安全工作的有效措施。在现有的阀门上增设监控器，实际操作的难度也不大，因为监控器自成一个回路，所以不会因为安装监控器而对控制线路带来负担。对于不带监控器的双联阀，根据各国的标准都有相应的相匹配的转接器，只要增加监控器转接器就可以很方便地安装监控器。这些双联阀都是由先导阀、阀体和监控器三部分组成。因为阀体是一样的，所以是否带监控器对其安装尺寸来说是不变的。所以，现在的用户在原有设备上增设监控器不仅是必要的，而且也会得到对安全关注度高的客户的好评。

图5 带压力开关双联阀的动作模式

结束语

虽然制造业在中国是支柱产业，但是在安全标准方面，我们却是在追随着欧美。不过，随着价值观的变革和行业安全观念的增强，安心和放心不断引起关注。带监控器的双联阀一定能够为压力行业提高安全性而助一臂之力。积极推广带监控器的双联阀，不仅仅可以使客户实现双联阀的监控器化，而且还可以有力地推动双联阀安全性能的提高。