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    電動閘閥故障原因分析及對策

    1 概述

    某廠現場所使用的送水泵出口電動閥是日本制造的,形式為暗杆楔式電動閘閥,公稱直徑 450mm,數量共有 7 台,由于使用時間較長,閥門的性能有所下降,于 2003 年 4 月和 5 月分别将 4 号、5 号出口電動閥更換為國産件。自從國産件更換上以來,4 号和 5 号出口電動閥故障不斷,銅套頻繁的出現磨損、剪斷(拔牙)現象,緻使閘闆從閥杆上脫落,閘闆失控,導緻閥門無法開啟。

    2 原因分析

    從理論上講,銅套在工作時是閥杆螺紋傳遞的擠壓力、磨削力和軸向剪切力等作用在銅套上而使之損壞,但在實際生産中還存在着許多因素。比如銅套加工質量不好(牙形偏差大、光潔度差、鑄造缺陷)、行程開關調整不當、工作環境差等。

    通過對現場設備損壞情況和實際工況的分析,認為主要原因應該是以下兩種原因之一:

    一是傳動螺紋的表面所承受的載荷大于本身表面承受載荷的設計值。每一次開、關閥門,銅套的螺紋就受到一次強烈的擠壓磨削,而使傳動螺紋磨削變形,強度下降,最後導緻銅套損壞。通過對已損壞銅套的直觀檢查來看,其創口并非完全是硬性磨損,而存在着明顯的磨削變形、擠壓變形(見圖 1)。


    圖 1 新舊銅套對比圖

    針對這種情況可以采取提高銅套質量的辦法來增加銅套的強度,使銅套單位面積所能承受的載荷上升,有效避免銅套的磨損。但是由于要保護閥杆,銅套的硬度不能太高,而且受到制造工藝和材料的限制,銅套的硬度也不可能有極大的提高。

    當然也可以采取增加銅套螺紋的厚度,即增加銅套的磨損餘量,同樣可以達到延長使用壽命的目的,隻是方式方法上較為被動,并沒有從根木上解決問題。

    二是閥門選型不當。新更換閥門的閥闆與閥座處采用的是雙楔硬密封形式,如圖 2 所示,雙楔式的密封形式即閥闆與閥門的兩個端面都具有一定的斜度。


    圖 2 雙楔硬密封結構圖

    理論上講采用雙楔形式的閥門啟閉将較為省力,因為悶闆一旦開啟.閥闆上升後.閥闆會立即與閥座脫離接觸,在閥門開啟和關閉的過程中閥闆與閥門不接觸,因此動作較為省力。但是在實際的使用過程中,由于閥門在開啟和關閉的過程中受到進口處水流的沖擊,閥闆将向出口處偏移,由此造成閥闆頂部的銅套與閥杆的齧合産生變化,啥合的效果下降。銅套螺紋與閥杆螺紋在正常情況下應該如圖 3 所示,螺紋是全面積進行接觸的,而雙楔式的閘閥在動作過程中螺紋實際的接觸情況如圖 4 所示,接觸的面積大為下降,單位面積上所承受的力大幅上升,遠超出螺紋表面強度所能承受的範圍,同時螺紋的頂部直接參與齧合,造成螺紋的磨損大為加速.使用壽命顯著下降。


    圖 3 銅套與閥杆螺紋正常齧合圖

    圖 4 銅套與閥杆螺紋實際齧合圖

    而在實際使用中由于供水管網主要是控制壓力,在送水泵的流盆與壓力無法進行調節的情況下,隻能通過調節該閥門的開度來控制壓力,故該閥門在單項受壓的情況下頻繁動作,所以在短時間内銅套完全失效也就不足為怪了。

    針對這種情況可以采用增加銅套長度的方法。增加銅套的長度可以改善銅套的導向性,在一定程度上可以改善銅套的啥合狀況。但是銅套的長度到達了一定值後,改善導向作用的效果将不再明顯。同時銅套尺寸過長後會造成加工困難,加工精度不容易控制,反而會導緻螺紋受力集中在幾個齒上,使銅套的受力條件更加惡化。

    3 對策措施

    通過對銅套材質和受力情況的分析和計算,第一種傳動螺紋的表面所承受的載荷大于本身表面承受載荷的設計值的情況可以排除.因此造成銅套短期内迅速失效的原因就應該是選型不當造成的。

    由于增加銅套長度的方法成本較高,所以為了避免閥闆在動作過程中産生偏移,最終還是對閥門的結構進行了改進,将原來的雙楔式密封面改為如圖 5 所示的單楔式密封形式。


    圖 5 單楔式密封結構圖

    在進水口處密封面是傾斜的,在出水口處密封面是平的。采用這種形式的密封面,在閥門的開閉過程中.閥闆受進口處水流的沖擊作用.進口處的傾斜密封面脫離接觸,不受磨損,閥闆沿着出口處的平面上下運動.由于有出口處的平面作為依靠,而且在閥闆的側面還加裝了導向槽,閥闆不會産生偏移。故保證了銅套與閥杆大面積的接觸,有效降低了螺紋單位面積上所承受的力。而在閥門關閉以後,閥門的出水口處受水壓作用,閥闆與進口處的傾斜密封面緊密接觸。由于在開閉過程中該密封面不接觸,不會磨損,長期使用後閥門的密封效果也不會下降。

    當然也可以使用平闆閘閥來代替雙锲閘閥,但是平闆閘閥本身造價就高.同時啟閉所需扭矩也較大.需要對電動執行機構進行更換.成本較高。而且平闆閘閥密封面的磨損也較大,長期使用後密封效果下降較快。

    4 結束語

    閘閥廠本應該是在管路系統中起到截止和開放介質作用的,然而由于受到生産工藝的要求和現場實際情況的限制,本文中所提到的閘閥也起到了一定的控制流量的作用,所以在使用過程中動作較為頻繁,普通形式的雙楔閘閥和平闆閘閥均難以适用。采用單楔式密封的閥門後,閥門銅套的壽命得到了極大的提高,密封效果有了極大的改獸,很好的解決了現場的技術難題。

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