如何消除電動(dòng)平板閘閥事故隱患

　　【摘要】針對(duì)閘板無導(dǎo)流孔平板電動(dòng)閘閥閥體內(nèi)腔積水結(jié)冰對(duì)電動(dòng)裝置損壞的實(shí)例，從閥門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上分析了事故的原因。根據(jù)不同的電動(dòng)裝置與閥門連接型式，指出冬季平板閘閥內(nèi)腔積水存在的事故隱患，同時(shí)提出解決問題的方法。
　　
　　前言
　　
　　2009年初為華北沿海某新建油庫提供的電動(dòng)平板閘閥在管道系統(tǒng)尚未運(yùn)行的情況下發(fā)生批量性閥門電動(dòng)裝置（以下均稱電動(dòng)裝置）上箱蓋不同程度的損壞，事故造成電動(dòng)閥門無法操作。上述閥門是閥板無導(dǎo)流孔的平板閘閥，所配電動(dòng)裝置是我國引進(jìn)美國Limitorque技術(shù)的SMC-00Ex和SMC-0Ex防爆多回轉(zhuǎn)型產(chǎn)品。其中SMC-00Ex機(jī)座的大控制轉(zhuǎn)矩為500N.m，額定推力90kN，SMC-0Ex機(jī)座的大控制轉(zhuǎn)矩為970N.m，額定推力是150kN。閥門本體和電動(dòng)裝置均為成熟技術(shù)產(chǎn)品并有良好的使用業(yè)績，設(shè)備的安裝、電氣接線、調(diào)試等也符合規(guī)定程序。得到用戶的反饋信息，我們勘察了事故現(xiàn)場。根據(jù)平板閘閥的結(jié)構(gòu)和載荷特性，我們判定該事故系閥門內(nèi)腔下部積水結(jié)冰所致。因?yàn)榇祟愂鹿室延邢嗤咐?，只是閥門構(gòu)造稍有不同。為使更多用戶能進(jìn)一步了解電動(dòng)裝置的構(gòu)造，保證對(duì)設(shè)備的正確使用，我們認(rèn)為有必要從以下幾個(gè)方面給予說明，以引起用戶的注意并避免類似事故的再發(fā)生。
　　
　　1電動(dòng)平板閘閥結(jié)構(gòu)圖1所示為閥門的主結(jié)構(gòu)剖視，其中A-A放大剖視體現(xiàn)了電動(dòng)裝置輸出軸部套，它是*的Limitorque電動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)。由圖1可見，電動(dòng)裝置輸出軸內(nèi)含閥桿螺母，兩者之間的轉(zhuǎn)矩傳遞靠輸出軸的內(nèi)漸開線花鍵與閥桿螺母的外花鍵。閥桿螺母的軸向位置固定兩個(gè)鎖緊套完成，其內(nèi)部梯形螺紋與閥桿的螺冬季戶外用平板電動(dòng)閘閥事故原因分析
　　
　　1，故障診斷
　　
　　較相對(duì)薄弱，因此作用力F持續(xù)過電動(dòng)裝置額定推力2倍時(shí)箱蓋極易損壞。破壞的位置如箭頭所示。是否在冬季的戶外使箱蓋材料產(chǎn)生冷脆性，為證明此問題公司曾將不同機(jī)座電動(dòng)裝置分別在某車輛試驗(yàn)機(jī)構(gòu)低溫試驗(yàn)室進(jìn)行過產(chǎn)品的低溫狀態(tài)輸出軸軸向推力試驗(yàn)，結(jié)果是符合設(shè)計(jì)要求的。
　　
　　從現(xiàn)場勘測情況看，電動(dòng)裝置箱蓋的破壞程度也不同。嚴(yán)重的沿緊固螺栓孔破裂成幾部分并高出原位置數(shù)十毫米并使數(shù)個(gè)M16螺釘彎曲，有的僅產(chǎn)生局部裂。這種現(xiàn)象與積水的多少和閥板關(guān)閉位置有關(guān)，即積水量越大膨脹量大，產(chǎn)生的破壞越顯。反積水較少或閥板關(guān)閉位置偏上則破壞程度較輕。現(xiàn)場也發(fā)現(xiàn)有少數(shù)電動(dòng)裝置主箱體上緊固箱蓋的螺孔有破壞。在實(shí)際應(yīng)用中，箱蓋的損壞在設(shè)計(jì)上是合圖1紋部分嚙合。整個(gè)輸出軸部套用上下兩個(gè)圓錐滾子軸承支撐并用箱蓋固定在電動(dòng)裝置的主箱內(nèi)。主箱體與閥架的法蘭部分連接。圖示門處于關(guān)閉位置。當(dāng)需閥門開啟時(shí)，電控操作電動(dòng)裝置，輸出軸向開方向旋轉(zhuǎn)并通過內(nèi)部的閥桿螺母驅(qū)動(dòng)閥桿的螺紋部分。由于輸出軸部套限定了閥桿螺母的軸向位置，因而輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過閥桿螺母轉(zhuǎn)化為閥桿的向上直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而提升閥板（閥瓣）實(shí)現(xiàn)閥門的開啟。閥門的關(guān)閉與上述運(yùn)動(dòng)相反。閥門全行程終端位置由電動(dòng)裝置的行程控制機(jī)構(gòu)控制，如果閥門工作中產(chǎn)生卡阻或行程位置調(diào)整有誤電動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)可起到保護(hù)作用。值得提出的是，平板閘閥的載荷特性與楔式閘閥類*不同，它的閥板（閥瓣）在入座時(shí)不會(huì)產(chǎn)生很大的推力，即閥板對(duì)閥桿的反作用力并不大。還可以認(rèn)為閥板上無導(dǎo)流孔的平板閘閥所需行程控制精度并不高，現(xiàn)行多回轉(zhuǎn)電動(dòng)裝置輸出軸±5℃的重復(fù)精度標(biāo)準(zhǔn)*可滿足其控制要求。當(dāng)電動(dòng)裝置安裝調(diào)試合理，電平板閘閥的可靠性較高，故障率較低。由此我們也可推論本次事故與電動(dòng)裝置的調(diào)試無關(guān)。
　　
　　2，電動(dòng)裝置損壞原因
　　
　　仍參見圖1，由于閥門內(nèi)腔下部有積水，在冬季的結(jié)冰期水將結(jié)冰，尤其遇到氣溫驟降結(jié)冰的可能性更大。本次事故和前面提到的另一案例都發(fā)生在黃河以北冬季寒冷的時(shí)間段內(nèi)。由物理學(xué)基本原理可知，一定容積的水結(jié)冰后體積會(huì)膨脹。圖示閥門內(nèi)腔下部是密閉的鑄鋼材料空腔，隨著積水結(jié)冰膨脹其內(nèi)壁均受到作用力，與此同時(shí)閥板（閥瓣）下部也受到結(jié)冰膨脹時(shí)向上的推力F。結(jié)冰過程中產(chǎn)生膨脹力的具體量值在計(jì)算上有一定難度，它涉及積水的多少，閥板所處的位置、內(nèi)腔的容積等等。但本次事故中該膨脹力F肯定超出了電動(dòng)裝置額定推力值的2倍并持續(xù)很長時(shí)間。我們可由圖1分析，閘板在F力的作用下向上推閥桿并通過閥桿作用于電動(dòng)裝置。此時(shí)閥門的蓋，閥架及各部緊固螺栓均產(chǎn)生拉應(yīng)力。從A-A放大剖視可見，閥桿推力F通過閥桿螺母、鎖緊套、輸出軸，上部圓錐滾子軸承作用在電動(dòng)裝置箱蓋。箱蓋的材料為高強(qiáng)度鑄鐵，與整體結(jié)構(gòu)比
　　
　　42石油和化工設(shè)備2009.04故障診斷理的，因?yàn)槠渲圃斐杀具h(yuǎn)低于箱體，同時(shí)便于現(xiàn)場更換，避免箱損壞修復(fù)的成本相對(duì)較高。根據(jù)零件損壞程度和現(xiàn)場手動(dòng)操作驗(yàn)證，本公司提出了可行的現(xiàn)場修復(fù)方案，以保證用戶能正常使用。
　　
　　3，電動(dòng)裝置輸出軸與閥門的
　　
　　不同連接型式不同的連接型式使電動(dòng)裝置的受力狀況不同，閥體內(nèi)結(jié)冰時(shí)產(chǎn)生作用力的對(duì)象也不同。對(duì)于明桿閥門而言（閥門開啟時(shí)閥桿螺母螺紋通過電動(dòng)裝置輸出軸內(nèi)孔，圖示閥門為明桿閥門），電動(dòng)裝置與閥門的連接基本是兩類三種型式。兩類是指電動(dòng)裝置工作時(shí)承受軸向力和不承受軸向力，而承受軸向力的結(jié)構(gòu)又有兩種，這樣就成了三種型式。
　　
　　a.輸出軸內(nèi)含閥桿螺母式
　　
　　也就是圖1所示的結(jié)構(gòu)。前面曾提到它是Limitorque技術(shù)*的，其主要優(yōu)點(diǎn)是閥門結(jié)構(gòu)簡化，閥桿螺母可由電動(dòng)裝置上部取出或安裝，電動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊等。它對(duì)電動(dòng)裝置主箱體等件的材質(zhì)、性能要求較高，因?yàn)橐惺荛y桿的軸向力。該結(jié)構(gòu)對(duì)于1000~10000N.m輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)品更具優(yōu)勢(shì)。
　　
　　b.電動(dòng)裝置推力座部套
　　
　　在一般多回轉(zhuǎn)電動(dòng)裝置下部再裝一個(gè)推力座部套（亦稱推力接盤），閥桿螺母位于推力座內(nèi)，工作時(shí)閥桿的軸向力由推力座承受，電動(dòng)裝置的主箱體，輸出軸只承受轉(zhuǎn)矩。這種結(jié)構(gòu)更適合輸出轉(zhuǎn)1000N.m以下的為多回轉(zhuǎn)產(chǎn)品。
　　
　　c.輸出軸與閥門上閥桿螺母
　　
　　凹凸牙嵌式連接這種結(jié)構(gòu)的閥桿螺母位于閥門的閥架上，工作時(shí)電動(dòng)裝置的輸出軸驅(qū)動(dòng)閥桿螺母。因而此時(shí)電動(dòng)裝置僅承受轉(zhuǎn)矩而不承受推力。閥桿產(chǎn)生的推力*由閥門的上蓋和閥架來承受。
　　
　　從上述三種連接型式中我們可知，只有*種結(jié)構(gòu)（即圖1所示結(jié)構(gòu)）的電動(dòng)裝置整體承受閥桿軸向推力。結(jié)合到本文內(nèi)容也就是只有這種結(jié)構(gòu)在閥門關(guān)閉狀態(tài)下內(nèi)腔下部結(jié)冰會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)裝置壞。
　　
　　但是，必須認(rèn)識(shí)到無論何種型式閥門下部內(nèi)腔積水都是冬季管道系統(tǒng)的事故隱患。甚至電動(dòng)裝置不承受推力的結(jié)構(gòu)隱患更大。因?yàn)檫@種情況一旦有結(jié)冰產(chǎn)生，閥桿的推力*由閥門的閥架、上蓋和各緊固螺栓承受，如果發(fā)生閥桿失穩(wěn)變彎，閥體脹裂、閥架斷裂、螺栓拉斷等則損失更大。即使未產(chǎn)生明顯的變化，閥門內(nèi)部各零件應(yīng)力的巨變所產(chǎn)生的損傷也是存在的。因此必須引起使用單位的注意。
　　
　　4，結(jié)論
　　
　　通過本次事故，無論是電動(dòng)閥門生產(chǎn)廠家還是用戶都應(yīng)從中汲取教訓(xùn)和啟示。事故發(fā)生在冬季尚未運(yùn)行的新建管道，有可能是清洗管道時(shí)閥門內(nèi)腔積水。如果積水能及時(shí)放掉或閥門閥板所處的位置在允許的情況下稍向上提起，事故是可以避免的。即使閥門在開啟的位置內(nèi)部結(jié)冰，雖然不至于造成損壞，但在閥門關(guān)閉時(shí)電動(dòng)裝置的行程控制機(jī)構(gòu)也不能正?？刂?，因?yàn)殚y板無法關(guān)到正確的位置，此時(shí)轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)要起作用。所以閥門制造廠是否應(yīng)在產(chǎn)品的隨機(jī)文件中將放掉積水這一程序加以注明，而用戶也應(yīng)將這種情況列入相應(yīng)的使用程序，這樣就可以消除冰凍帶來的平板閘閥事故隱患，從而為管道系統(tǒng)的安全行提供可靠的保證。