上海滬工閥門廠(集團)有限公司
摘要:主要根據(jù)使用中閘閥閥板上銅螺母短時間內(nèi)迅速失效的情況,結(jié)合閥門的工作狀況、結(jié)構(gòu)形式,分析了鋼螺母失效的原因,并根據(jù)現(xiàn)場實際的工況,從閥門密封面的結(jié)構(gòu)和銅螺母的結(jié)構(gòu)形式上提出了改進的方法,從而延長銅螺母的使用壽命。
關(guān)鍵詞:閘閥;鋼螺母;磨損;密封面
1 概述
某廠現(xiàn)場所使用的送水泵出口電動閥是日本制造的,形式為暗桿楔式電動閘閥,公稱直徑 450mm,數(shù)量共有 7 臺,由于使用時間較長,閥門的性能有所下降,于 2003 年 4 月和 5 月分別將 4 號、5 號出口電動閥更換為國產(chǎn)件。自從國產(chǎn)件更換上以來,4 號和 5 號出口電動閥故障不斷,銅套頻繁的出現(xiàn)磨損、剪斷(拔牙)現(xiàn)象,致使閘板從閥桿上脫落,閘板失控,導(dǎo)致閥門無法開啟。
2 原因分析
從理論上講,銅套在工作時是閥桿螺紋傳遞的擠壓力、磨削力和軸向剪切力等作用在銅套上而使之損壞,但在實際生產(chǎn)中還存在著許多因素。比如銅套加工質(zhì)量不好(牙形偏差大、光潔度差、鑄造缺陷)、行程開關(guān)調(diào)整不當、工作環(huán)境差等。
通過對現(xiàn)場設(shè)備損壞情況和實際工況的分析,認為主要原因應(yīng)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(shè)計值。每一次開、關(guān)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,最后導(dǎo)致銅套損壞。通過對已損壞銅套的直觀檢查來看,其創(chuàng)口并非完全是硬性磨損,而存在著明顯的磨削變形、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(zhì)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。但是由于要保護閥桿,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,即增加銅套的磨損余量,同樣可以達到延長使用壽命的目的,只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。新更換閥門的閥板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板與閥門的兩個端面都具有一定的斜度。
圖 2 雙楔硬密封結(jié)構(gòu)圖
理論上講采用雙楔形式的閥門啟閉將較為省力,因為悶板一旦開啟.閥板上升后.閥板會立即與閥座脫離接觸,在閥門開啟和關(guān)閉的過程中閥板與閥門不接觸,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(guān)閉的過程中受到進口處水流的沖擊,閥板將向出口處偏移,由此造成閥板頂部的銅套與閥桿的嚙合產(chǎn)生變化,啥合的效果下降。銅套螺紋與閥桿螺紋在正常情況下應(yīng)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范圍,同時螺紋的頂部直接參與嚙合,造成螺紋的磨損大為加速.使用壽命顯著下降。
圖 3 銅套與閥桿螺紋正常嚙合圖
圖 4 銅套與閥桿螺紋實際嚙合圖
而在實際使用中由于供水管網(wǎng)主要是控制壓力,在送水泵的流盆與壓力無法進行調(diào)節(jié)的情況下,只能通過調(diào)節(jié)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,所以在短時間內(nèi)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(dǎo)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后,改善導(dǎo)向作用的效果將不再明顯。同時銅套尺寸過長后會造成加工困難,加工精度不容易控制,反而會導(dǎo)致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(zhì)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(shè)計值的情況可以排除.因此造成銅套短期內(nèi)迅速失效的原因就應(yīng)該是選型不當造成的。
由于增加銅套長度的方法成本較高,所以為了避免閥板在動作過程中產(chǎn)生偏移,最終還是對閥門的結(jié)構(gòu)進行了改進,將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(jié)構(gòu)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.閥板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,閥板沿著出口處的平面上下運動.由于有出口處的平面作為依靠,而且在閥板的側(cè)面還加裝了導(dǎo)向槽,閥板不會產(chǎn)生偏移。故保證了銅套與閥桿大面積的接觸,有效降低了螺紋單位面積上所承受的力。而在閥門關(guān)閉以后,閥門的出水口處受水壓作用,閥板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,長期使用后閥門的密封效果也不會下降。
當然也可以使用平板閘閥來代替雙鍥閘閥,但是平板閘閥本身造價就高.同時啟閉所需扭矩也較大.需要對電動執(zhí)行機構(gòu)進行更換.成本較高。而且平板閘閥密封面的磨損也較大,長期使用后密封效果下降較快。
4 結(jié)束語
閘閥本應(yīng)該是在管路系統(tǒng)中起到截止和開放介質(zhì)作用的,然而由于受到生產(chǎn)工藝的要求和現(xiàn)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板閘閥均難以適用。采用單楔式密封的閥門后,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(xiàn)場的技術(shù)難題。