转炉煤气三通阀液压差动回路分析及故障处理.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 2 ． 2 0 1 4 转炉煤气三通阀液压差动回路分析及故障处理 石军兴 。 雷 鹏 武钢设备维修总厂 ， 湖北 武汉4 3 0 0 8 0 摘要 该文对某炼钢厂转 炉区域煤气 回收三通 阀设 备液压差动 回路 的工作原 理及 故障原 因进行 了分 析 ， 针对三通 阀故障 ， 对 液压差 动 回路系统进行 了改进 ， 解决 了现 场问题 ， 并为类似液压控制系统提供 了设计与改进的依据 。 关键词 三通 阀 ； 差动 回路 ； 原 理分 析 ； 故障处理 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 2 0 0 7 1 0 3 The Pr i nc i p l e An a l y s i s a n d Fa u l t Pr oc e s s i n g o f t he Th r e e wa y Va l v e 、 S Hy d r a u l i c S y s t e m S HI J u n - x i n g , L El n g Wu h a n I r o n a n d S t e e l C o m p a n y E q u i p m e n t S e r v i c e F a c t o r y ， Wu h a n 4 3 0 0 8 0， C h i n a Ab s t r a c t T h i s t e x t t o a n a l y s e t h e p ri n c i p l e a n d f a u l t r e a s o n o f a s t e e l mi l l c o n v e r t e r t rip l e v a l v e 、 S h y d r a u l i c s y s t e m ， a d o p t e d a n u s e f u l t r e a t me n t t o t h e h y d r a u l i c o p e r a t e d s y s t e m s f a u l t ， p r o v i d e d d e s i g n a n d i mp r o v e me n t r e f e r e n c e f o r t h e s i mi l a r s y s t e m． Ke y wo r d s t h r e e - wa y v a l v e； d i f e r e n t i a l c i r c u i t ； p rin c i p l e a n a l y s i s ； f a u l t p r o c e s s i n g 0 引言 某炼钢厂 3 } } 转炉风机后 的三通阀是煤气 回收系统 中的重要设备 ． 其功能主要用于转炉煤气 回收与放散的 切换。该三通阀采用 的是翻板 阀结构 ． 采用单边油缸驱 动方式驱动翻板 的转轴转动 ． 从而带动翻板与转轴一起 旋转 。 实现三通阀关闭与开启的切换功能 见图 1 。 图 1 三通 阀结构 简图 近段 时间 ．由于三通 阀翻板与转轴连接 固定的定 位键滚 ， 造成阀板动作不到位 ， 经常要安排 临时时间处 理 ．用焊接处理方式焊接 阀板 和转轴的连接处来达到 定位键 的作用 ， 以保证翻板和转轴结合的牢固性。而要 收稿 日期 2 0 1 3 0 7 1 2 作者简介 石军 兴 1 9 7 9 一 ， 男 ， 湖北武汉人 ， 工程师 ， 本科 ， 现从 事设备检 修维护工作 。 彻底处理这个故 障．需要等到炉役大修时间才能对整 个阀体进行解体检查处理 在彻底处理之前 ． 如果不找 到故障的原因 。 不采取改善的措施 ． 只能导致检修人员 不厌其烦地进行重复劳动 ． 即耗费巨大 的人力物力 ． 又 影响了转炉的生产节奏 现通过对三通阀油缸驱动 的 液压控制系统进行研究分析 ．来找到合理的改进措施 以缓解设备缺陷的不断扩大 ．保证三通阀在现阶段 能 够正常使用 ． 直到维持到炉役大修时进行彻底处理 。 1 三通 阀结构 简述 三通阀的阀板是 由一套液压系统控制的。由一 台 液压缸安装在 阀板转轴 的一端 。 油缸活塞杆伸出时 ． 阀 板打到上位 ． 封 闭煤气放散管道 ， 打开煤气 回收管 道 ， 进行煤气 回收 油缸活塞杆收 回时 ， 阀板 打到下位 ， 封 闭煤气 回收管道 ． 打开煤气放散管道 。 进行煤气放散 。 2 故 障初步诊 断 通过现场观察与技术诊断 ．我们认 为阀板转轴 的 转矩不对称直接造成键 的损伤 ．同时油缸活塞杆动作 速度过快也加剧 了故障的恶化程度 。 与 1 、 2 撑炉三通 阀阀板转轴两侧双油缸驱动的方 了系统泄漏 ， 延长了元件 的使用 寿命 ， 还将为用户节省 大量 的检修与维护费用 。通过液压原理 的优化 ， 降低 了 成本 ， 提高 了产品的竞争力 ， 保证了系统 的可靠运行 。 - 一 - 十- 一 一 - - 一 - 参 考 文 献 [ 1 ] 路甬祥． 液压气动技术手册[ M] ． 北京 机 械工业 出版社， 2 0 0 2 [ 2 ]2 周世昌． 液压系统设计图集[ M】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 3 71 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 4年 第 0 2期 式不 同． 3 炉三通 阀阀板转轴是 由一个油缸作用于转 轴的一端来控制阀板动作 ， 转矩顺着轴的方 向递减 见 图 2 ， 造成键的受力 面存在极不平衡的剪切力 ， 这个剪 切力除 了作用在工作面上 ．还有极大一部分会作用到 键的侧面 ．在这种不平衡的剪切力长时间作用之后就 会造 成 键滚 。 图 2转 轴 转 矩 分 布 图 另外 ， 在现场观察多次后发现 ． 在 阀板开到上位的 最后 阶段 。 即油缸活塞杆伸 出到位 、 阀板刚进入关闭密 封阶段 ．三通 阀内部很明显地发 出阀板关闭撞击 的声 音。在阀板现在这个危险状态下 ， 撞击严重应该是损害 焊接部位的第一凶手 。 直接造成焊接部位变形及开裂 ， 从而导致 阀板关闭不严 的故障重复发生。针对这个现 象 ． 要采取措施减小阀板的撞击强度来保护设备 。要想 减小阀板 的撞击强度 ．可 以通过对控制油缸 的整个液 压系统进行研究分析 ．采取有效 的改进措施 以降低油 缸活塞杆 的动作速度 3 液压控制 系统 原理分析 对 三通 阀阀板动作液压控制原 理图 见 图 3 分析 如下 蓄能器为动力源 ． 压力高于 2 2 0 b a r 时 ， 主泵停止加 载 ， 压力低 于 1 6 0 b a r时， 主泵加载 ， 以保证蓄能器及液 压系统的压力在 1 6 0 2 2 0 b a r 之间。 煤气放散 油缸活塞杆收回动作 ， 电磁换向阀 1 7 0 、 3 3 0 、 2 8 0电磁头失 电， 插装 阀 3 0 0 、 3 4 0上腔没有液压油 的压力作用 ． 下腔在压力油的作用下可 以开启 ， 液压油 由蓄能器输出 ． 经过插装阀 3 0 0 。 进入油缸的有杆腔。 油 缸无杆腔液压油经过插装 阀 3 4 0后 回油箱 。油缸活塞 杆收到头之后 ，电磁换向阀 1 7 0 、 3 3 0 、 2 8 0电磁头仍然 全部失电． 油缸有杆腔液压油带压 ， 以保证翻板关闭煤 气 回收管道后的密封性 ．不能让放散 的危险煤气进入 回收管道 煤气回收 油缸活塞杆伸 出动作 ， 电磁换向阀 1 7 0 、 3 3 0 、 2 8 0电磁头得电 ， 插装阀 3 0 0 、 3 4 0上腔在液压油及 弹簧 的压力作用下关闭 ． 液压油由蓄能器输 出， 经过 电 磁换向阀 1 7 0． 进入油缸 的无杆腔。油缸有杆腔液压油 7 2 图 3液压原理图 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e Ms ／ No ． 0 2 ． 2 01 4 经过电磁换向阀 3 3 0后与换 向阀 1 7 0来的油汇合共同 进入油缸 的无杆腔 ，形成差动 回路 。活塞杆动作到位 后 ． 电磁换 向阀 3 3 0 、 1 7 0电磁头失电 ， 换向阀 2 8 0电磁 头仍然得电 ． 液压锁锁住油缸活塞杆 ， 使 阀板保持在上 位关闭放散管道 的状态 ． 煤气进入煤气回收管道。 油 缸活 塞 杆 收 回时 ． 可 以通 过调 节 流量 盖板 阀 3 5 0 来调节插装阀 3 4 0的开 13 度 ．从 而限制油缸无杆腔 回 油节流速度 ． 以减缓油缸活塞杆收回的速度。 油缸活塞杆伸出时 ．液压油在油缸进出油管的位 置形成差动 回路 节流阀 2 0 0有可调节流 口。 但是节流 阀 2 0 0在差 动回路的外部 ．只能控制蓄能器 向油缸的 供油 ， 对于差动回路内部的流量调节不起作用 。从液压 原理 图分析情况来看 ．在差动 回路 内部无法调节和降 低液压油的流量 ．因此也很难降低油缸活塞缸伸出时 的动作速度 ．也就是说很难降低 阀板在上部放散管道 位置关闭时的撞击强度 因此需要对液压系统进行调 整改进 ． 已解决油缸活塞杆伸 出时动作过快、 阀板关 闭 时撞击严重的问题 4 问题解决 针对这个难点 ． 我们制定 了两套方案 ， 并对方案 的 优劣点及可行性进行分析 ．从 中选 出一套实用可行 的 方案。 1 两套方案的确定 第一套方案 阀板在上位关闭撞击的瞬间， 阀板动 能没有及时被缓冲掉 。 根据能量守恒定律 ． 1 舢 2 1 1删2 2 F． s mg h 式 中 阀板进入关闭密封 区前的速度 ； 厂阀板进入密封区刚刚撞击瞬间的速度 ； 密封 区摩擦力做功 m 重力势能。 在 F s 、 m g h不变 的情况 下 ， 要减小 ， 可 以通 过减 小 。 来实现 ， 即减小进人关闭密封区前的总动能 ， 也就 是要降低油缸活塞缸伸出的速度 对于这个 内部不可 调节 流量 的差动回路 ．我们决定在油缸有杆 腔液压钢 管末端增加一个单 向节流阀 ．即在差动 回路 内部油缸 有杆腔的出油端增加一单向节流阀 如图 4 。 在油缸伸 出的过程 中．该单 向节流阀在差动回路 内部的回油路 中起到节流作用 。 来降低差动回油的流量 ． 从 而降低油 缸活塞杆伸出速度 ．以降低 阀板进入关闭密封 区前的 速度 ， 避免阀板严重撞击。 第二套方案 此油缸上下进 出油端各有 1个调节 流量 的可调缓冲 口．我们 可以直接调节油缸上下 的 2 个可调缓冲 13．使得油缸活塞在到达油缸两端端部的 时候加大缓冲作用 ， 减小活塞在油缸终端的运行速度 ， 以达到减小 阀板关闭时撞击强度 的目的。 ．．．⋯ ． ．一 。。√ 。 一 ] 一 目 J J i Ⅱ 广 L r 图 4 1 改造前简图 图 4 2改造后简 图 2 方案的比较与选择 两套方案都是可行 的， 两套方案也各有优缺点。第 一 套方案施工较复杂 ． 需要改管路 ． 需要在危险区域动 火 ， 但是技术难度低 ， 易于操作 ， 单向节流阀 比油缸缓 冲 口调节时误差的忍耐性较高 ．对系统介质洁净度要 求较低 ； 第二套方案不用更改任何元件 ， 但是调节缓冲 13的难度较高 ． 需要专用工具 ． 而且调小油缸端部的节 流孔之后 ．有可能导致油缸 活塞进入油缸两端缓冲腔 后 ． 因油缸终端节流 1 3 调小造成回油节流背压较高 ． 回 油不畅。 导致活塞杆定位不准确。 综合考虑之后 ． 我们选择 了第一套方案。 5 改进后 的效果 3 炉三通 阀阀板动作速度调整前后情况 比较 ． 见 表 1 表 1 改造前后 比较 在油缸 有杆腔液 压钢 管末端加装 单 向节 流 阀之 后 ． 调节油缸活塞杆伸出全程时间从 8 s 延长到了 1 0 s ， 活塞杆伸出速度得到了降低 ．阀板 的撞击声音也变小 了很多 ．几乎听不到撞击声 ．同时煤气 回收率提高了 3 ． 5个百分点 。从 1 月份对液压系统改进至今 ， 没有发 生一次 因三通 阀油缸及 阀板故 障引起 的煤气 回收失 败 ， 与前期运行情况 比较 ， 取得 了极大的成效。 参考文 献 【 1 】 成大先． 机械设计手册第五卷【 M 】 ． 北京 化学工业出版社 ， 2 o o 2 ． [ 2 】 雷天觉． 新编液压工程手册[ M】 ． 北京 北京理工 大学 ， 1 9 9 9 ． [ 3 】 姜继海． 液压 与气体传动【 M] ． 北京 高等教育出版社 ， 2 0 0 6 ． 73