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1、冬季户外用平板 电动闸 阀事故原 因分析 卢香丽 ( 天津百利二通机械有 限公司天津3 0 0 3 0 0) 【 摘要 】 针对闸板无导流孔平板电动闸阀阀体 内腔积水结冰对电动装 置损坏的实例 ,从阀门结构特点上分析 了事故的原因。根据不同的电动 装置与阀门连接型式,指 出冬季平板闸阀内腔积水存在的事故隐患,同 时提 出解决 问题 的方法 。 【 关键词 】平板闸阀电动装置结冰事故 刖 昂 2 0 0 9年 初为华 北 沿海某 新 建 油 库 提 供 的 电动 平 板 闸 阀在 管道 系统 尚未 运行 的情 况下 发 生 批 量 性 阀 门电动 装 置 (以下 均 称 电动 装 置 )上 箱
2、盖 不 同程 度 的损 坏 , 事故造成电动阀门无法操作。 上 述 阀 门是 阀板 无 导 流 孔 的 平 板 闸阀 ,所 配 电动装 置 是 我 国 引进 美 国 L i mi t o r q u e 技 术的 S MC 一 0 0 E x 和 S MC 一 0 E x 防爆多 回转 型产 品。其 中S MC 一 0 0 E x 机座 的最 大控 制转矩 为5 0 0 N i n , 额定 推力 9 0 k N, S MC 一 0 E x 机座 的最 大控制转 矩 为 9 7 0 N 1 T I , 额 定推力是 1 5 0 k N 。阀门 本体和电动装置均为成熟技术产 品并有 良好的使用业
3、绩 ,设备的 安装 、电气接线 、调试等也符合 规 定 程 序 。 卢香丽 ( 1 9 8 2 一) 女 。助理工程师 ,现在天津百利二通机械有 限公 司技术设计工作。 l 4o f 石 油 和 化 工 设 备 l 2o 0 9 o 4 得到用户 的反馈信息 ,我们 勘 察 了事 故 现场 。根 据平 板 闸 阀 的结构和载荷特性 ,我们判定该 事故系阀门内腔下部积水结冰所 致 。因为此 类 事故 已有 相 同案 例 ,只是 阀门构造稍有不同。 为使更多用户能进一步 了解 电动装置的构造 ,保证对设备的 正确使用 ,我们认为有必要从以 下 几个 方 面 给予 说 明 , 以引起 用 户 的注
4、意 并避 免类 似 事 故 的再 发 牛 。 1 电动平板 闸阀结构 图 1所示为阀门的主结构剖 视 ,其中A A放大剖视体现了电 动装置输出轴部套 ,它是独特的 L i mi t o r q u e电动装置结构。 由图 1 可见 ,电动装置输出 轴 内含 阀杆螺母 ,两者之间的转 矩传递靠输 出轴的内渐开线花键 与阀杆螺母 的外花键 。阀杆螺母 的轴 向位 置 固定 两个 锁 紧套完 成 ,其内部梯形螺纹与阀杆的螺 纹部分啮合 。整个输 出轴部套用 上下两个圆锥滚子轴承支撑并用 箱盖 固定 在 电动 装 置 的 主箱 体 内。主箱体 与阀架的法兰部分连 接 。 图示 阀门处于关闭位置 。当
5、需 阀门开启 时 ,电控操作电动装 置 ,输出轴 向开方 向旋 转并通过 内部 的阀杆螺母驱动阀杆的螺纹 部分。由于输 出轴部套限定 了阀 杆 螺母 的轴 向位 置 ,因 而输 出轴 的旋 转运 动 通 过 阀 杆螺 母 转 化 为 阀杆 的 向上 直 线 运 动 ,进 而提 升 阀板 ( 阀瓣 ) 实现阀门的开启。阀 门的关 闭与上述运动相反 。 阀门全行程终端位 置由电动 装置 的行 程控制机 构精确控制 , 如果阀门工作 中产生卡阻或行程 位置调整有误电动装置 的转矩控 制机构可起到保护作用 。 值得提出的是 ,平板 闸阀的 载荷 特 性 与楔 式 闸阀类 完 全 不 同 ,它 的阀 板
6、 ( 阀瓣 )在 入 座 时 不会 产 生 很 大 的推 力 , 即 阀板 对 阀杆 的反作用力并不大 。还可以 认 为 阀板 上 无导 流 孑 L 的 平板 闸 阀 所需行程控制精度并不高 ,现行 多回转 电动装 置输 出轴 -4 -5的 重复精度标准完全可满足其控制 要 求 。 当 电动装 置 安 装 调试 合 理 ,电动 平 板 闸 阀 的可 靠性 较 高 ,故障率较低 。由此我们也可 推论本次事故与电动装置 的调试 无 关 2 电动装置损 坏原 因 仍参见图 1 ,由于阀门内腔下 部有积水 ,在冬季 的结冰期水将 结冰 ,尤其遇到气温骤降结冰的 可能性更大 。本次事故和前面提 到的另一
7、案例都发生在黄河以北 冬 季 最 寒 冷 的 时 间段 内 。 由物理学基本原理可知 ,一 定容积 的水结 冰后体积会 膨胀 。 图示阀 门内腔下部是密闭的铸钢 材料空腔 ,随着积水结冰膨胀其 内壁均受 到作用力 ,与此同时阀 板 ( 阀瓣 )下部也受到结 冰膨胀 时 向上 的推力 F。 结冰过程 中产生膨胀力的具 体量值在计算上有一定难度 ,它 涉及 积水 的多少 ,阀板所处 的位 置 、内腔 的容积等等。但本次事 故 中该膨胀力 F肯定超出了电动 装置额定推力值的 2倍并持续很 长 时 间 。 我们可由图 1 分析 ,闸板在 F 力 的作 用 下 向上 推 阀杆 并 通 过 阀 杆作用于电
8、动装置 。此时 阀门的 上盖 ,阀架及各部紧 固螺栓 均产 生拉应力 。从 A A放大剖视可见 , 阀杆推力 F通过 阀杆螺母 、锁紧 套 、输出轴 ,上部 圆锥滚子 轴承 作用在电动装置箱盖 。箱盖的材 料为高强度铸铁 ,与整体结构 比 较相对薄弱 ,因此作用力 F持续 超过 电动装置额定推力 2倍时箱 盖极易损坏 。破坏 的位置如箭头 所 示 。 是否在冬季的户外使 箱盖材 料产生冷脆性 ,为证明此 问题本 公司曾将不 同机座电动装置分别 在某 车 辆 试 验 机 构低 温 试 验 室进 行过产 品的低温状态输 出轴轴向 推力试验 ,结果是符合设计要求 的 。 从 现场 勘测情况看 ,电动
9、装 置箱盖的破 坏程度也不同。严重 的沿紧 固螺 栓孔破裂成几部分并 高 出原 位置 数 十 毫 米并 使 数个 M1 6螺钉弯 曲,有 的仅产生局部 龟 裂 。这种 现象 与 积 水 的 多少 和 阀板关闭位 置有关 ,即积水量越 大 膨 胀 量 大 , 产 生 的 破 坏 越 明 显。反之积水较少或阀板关闭位 置偏上则破坏程度较轻 。现场也 发现有少数 电动装置主箱体上紧 固箱盖的螺孔有破坏。在实际应 用 中,箱盖 的损坏在设计上是合 I I 2 0 0 9 0 4 I 石油和化工谩苗I 4 1 w w w . b z f x w . c o m 理 的 ,因 为其 制 造 成本 远 低
10、于 箱 体 ,同时便于现 场更换 ,避免箱 体损坏修复 的成本相对较高。 根据零件损坏程度 和现场手 动操作验证 ,本公司提出了可行 的现场修 复方案 ,以保证用户能 正常使用。 3 电动装 置输 出轴与 阀门的 不 同连接型 式 不 同的 连 接 型式 使 电动 装 置 的受力状况不同 ,阀体 内结冰时 产 生 作用 力 的对 象也 不 同。 对 于 明 杆 阀 门 而言 (阀 门开 启时阀杆螺母螺纹通过 电动装置 输 出 轴 内孔 , 图示 阀 门为 明 杆 阀 门 ) ,电动装置 与阀 门的连 接基 本 是 两类 三 种 型 式 。 两 类 是 指 电 动装 置 工 作 时 承 受 轴
11、向力和 不 承 受轴 向力 ,而 承 受 轴 向力 的结 构 又有 两 种 ,这 样 就 成 了三种 型 式 。 a 输 出轴 内含 阀杆 螺母 式 也就是 图 1 所示 的结构 。前面 曾提到 它是 L i mi t o r q u e 技 术独 有 的 , 其 主 要 优 点 是 阀 门结 构 简 化 ,阀 杆螺 母 可 由电动 装 置 上部 取 出或安装 ,电动装置结构紧凑 等 。它对电动装置主箱体等件的 材 质 、性 能要 求 较 高 ,因为 要 承 受 阀杆 的 轴 向 力 。 该 结 构 对 于 1 0 0 0 1 0 0 0 0 N m输 出转 矩产 品更 具 优 势 。 b 电
12、动装置推力座部套 在一般 多回转 电动装置下部 再装一个推力座部套 ( 亦称推力 接盘 ) ,阀杆螺母位 于推力座内, 工作 时 阀杆 的轴 向力 由推力 座 承 受 ,电动装置的主箱体 ,输 出轴 只 承受 转 矩 。这种 结 构 更适 合 输 出转矩 1 0 0 0 N m 以下 的为多 回转 产 品 。 c 输 出轴 与 阀 门上 阀杆 螺 母 凹 凸牙 嵌 式 连接 这 种结 构 的阀 杆 螺母 位 于 阀 门 的 阀架 上 ,工 作 时 电动装 置 的 输出轴驱动阀杆螺母。因而此时 电动装置仅承受转矩而不承受推 力 。 阀杆 产 生 的推 力 完全 由阀 门 的上 盖 和 阀架来 承
13、 受 。 从 上述三种连接型式中我们 可知 ,只有第一种结 构 ( 即 图 1 所 示结构 )的电动装置整体承受阀 杆轴 向推力。结合到本文内容也 就 是 只有 这 种结 构 在 阀 门关 闭 状 态下 内腔下部结冰会导致 电动装 置 损 坏 。 但 是 ,必 须 认 识 到 无论 何 种 型式 阀 门下 部 内腔 积 水 都 是冬 季 管 道 系统 的事 故 隐患 。甚 至 电 动 装 置 不 承 受 推 力 的 结 构 隐 患 更 大 。 因为 这 种情 况 一 旦 有 结 冰产 生 ,阀杆 的推力 完 全 由阀 门 的阀 架 、上 盖 和各 紧 固螺 栓 承 受 ,如 果 发 生 阀 杆
14、 失 稳 变 弯 , 阀 体 胀 裂 、阀架 断裂 、螺 栓拉 断 等则 损 失 更 大 。 即使 未产 生 明显 的变 化 ,阀 门 内部 各 零件 应 力 的 巨变 所产生的损伤也是存在的 。因此 必须引起使用单位的注意 。 4结论 通 过 本 次 事故 ,无 论 是 电动 阀 门生产厂家还是用户都应从 中 汲 取 教训 和启 示 。 事 故 发 生 在冬 季 尚未 运 行 的 新建管道 ,有可能是清洗管道时 阀 门内腔积水 。如果积水能及时 放 掉 或 阀 门阀 板 所处 的位 置在 允 许 的情 况下 稍 向上 提起 ,事 故是 可 以避免 的。即使阀门在开启 的 位 置 内部 结 冰
15、 ,虽 然 不 至 于造 成 损 坏 ,但 在 阀 门关 闭时 电动装 置 的 行 程 控 制 机 构 也 不 能 正 常 控 制 ,因为阀板无法关到正确的位 置 ,此 时转 矩控 制 机 构要 起作 用 。所 以 阀 门制 造 厂是 否 应在 产 品的随机文件 中将放掉积水这一 程序加以注 明,而用户也应将这 种情况列入相应的使用程序 ,这 样 就 可 以 消除 冰 冻带 来 的 平板 闸 阀事 故 隐患 ,从 而 为管 道 系 统 的 安全运行提供可靠的保证 。 瞄 中华干燥网( W W W d r y c o m C Y 1 ) 由 中国化工报社主办,是中国通用机械工业协会干燥设备分会 和中国化工学会化学工程专业委员会干燥技术专业组的官方网站,会员企业达到近 4 0 0 0家,日访问量突破 了8 0 0 0人次 天 ,是 干燥设备以及相关设备领域的专业 门户网站。我们期望得到更 多的干燥业 内人士和企 业的支持,中华干燥网愿意与您的企业风雨同舟。 服 务电话 : 0 1 0 5 9 7 9 5 3 3 9 8 0 0 8 传真:0 1 0 6 4 9 1 5 3 8 6 联 系人 :刘梦 E - ma i l :w e b ma s t e r d r v c o m c n 42 I 5 B m lld“rtgB I 2oo9o4
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