活塞式冷風(fēng)放風(fēng)閥缺陷及改進(jìn)

周昌銀 周文濤

（馬鋼二鐵總廠 安徽馬鞍山）

一、前言

高爐冷風(fēng)放風(fēng)閥是送風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，受高爐鼓風(fēng)機(jī)不允許頻繁啟動(dòng)的限制，冷風(fēng)放風(fēng)閥安裝在鼓風(fēng)機(jī)出口與熱風(fēng)爐組間的冷風(fēng)管道上，在鼓風(fēng)機(jī)不停止工作情況下，用放風(fēng)閥把一部分或全部鼓風(fēng)排放到大氣中的方法來(lái)調(diào)節(jié)高爐入爐風(fēng)量和風(fēng)壓?；钊椒棚L(fēng)閥由調(diào)節(jié)蝶閥與放風(fēng)活塞閥組合而成，利用裝配在調(diào)節(jié)蝶閥主軸軸端的電動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)蝶閥閥板轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)內(nèi)置的鉸接連桿實(shí)現(xiàn)蝶閥與活塞閥聯(lián)動(dòng)。其存在的問(wèn)題是活塞閥摩擦阻力大，容易發(fā)生卡阻現(xiàn)象而影響放風(fēng)閥的功能。馬鋼2500 m3高爐活塞式冷風(fēng)放風(fēng)閥自高爐投產(chǎn)后一直不能正常使用，放風(fēng)活塞閥卡阻，影響高爐送風(fēng)系統(tǒng)的正常操作，給高爐修復(fù)風(fēng)操作帶來(lái)困難。

二、缺陷分析

1.放風(fēng)閥故障

圖1 活塞式放風(fēng)閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

馬鋼2500 m3高爐，所用直徑1600 mm/600 mm活塞式放風(fēng)閥，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。調(diào)節(jié)蝶閥閥板1在電動(dòng)裝置作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿驅(qū)動(dòng)活塞上下移動(dòng)，使放風(fēng)氣缸的放風(fēng)孔打開(kāi)和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)放風(fēng)閥放風(fēng)調(diào)節(jié)功能。閥在常溫常壓下工作正常，但送風(fēng)后工況溫度為200℃，工作壓力將近40 kPa，活塞即與氣缸卡死。拆下氣缸部件解體檢查，活塞、活塞環(huán)與缸體呈抱死狀態(tài)，活塞環(huán)脹緊力過(guò)大，拆卸困難。缸體內(nèi)壁單側(cè)有明顯撕傷，活塞單側(cè)柱面與缸壁緊密接合，呈膠合狀態(tài)。活塞、閥板連接銷(xiāo)軸與軸套也抱死不能轉(zhuǎn)動(dòng)。各轉(zhuǎn)動(dòng)、滑動(dòng)表面無(wú)潤(rùn)滑油脂，含油軸套A、B，干化無(wú)油。

2.放風(fēng)閥活塞卡阻原因

（1）活塞環(huán)受熱伸長(zhǎng)與氣缸壁脹緊抱死?；钊h(huán)原結(jié)構(gòu)尺寸如圖2，在200℃時(shí)其受熱伸長(zhǎng)量≈2.79 mm，原設(shè)計(jì)活塞環(huán)受力狀態(tài)下的開(kāi)口間隙0.45～0.7 mm過(guò)小，沒(méi)有考慮工況溫度的影響。

（2）原活塞環(huán)壁厚18 mm，活塞環(huán)在自由狀態(tài)下開(kāi)口間隙7.8 mm，其工作時(shí)徑向脹緊力720 N。根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)，利用莫爾定理可求出活塞環(huán)開(kāi)口間隙與脹緊力的關(guān)系δ=3πPR3/2EI，式中活塞環(huán)半徑R=291 mm，材料彈性模量E=113～157 GPa（灰口鑄鐵），活塞環(huán)截面慣矩I=bh3/12 mm4。P=（0.0063～0.0088）bh3，（單位 N）。

由此可知，減小活塞環(huán)壁厚可以減小活塞環(huán)的脹緊力。若取活塞環(huán)壁厚16 mm，活塞環(huán)其他尺寸不變（活塞環(huán)寬度14 mm），則脹緊力 361～504 N。

（3）活塞受連桿側(cè)向推力作用，使活塞單側(cè)柱面與缸壁緊密接合，潤(rùn)滑脂無(wú)法進(jìn)入活塞環(huán)、活塞與氣缸壁接觸表面，導(dǎo)致接觸表面膠合。

（4）高溫下潤(rùn)滑脂形不成潤(rùn)滑油膜，原設(shè)計(jì)含油軸套潤(rùn)滑失效，使銷(xiāo)軸與軸套抱死。

三、改進(jìn)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析，確定修復(fù)方案，改進(jìn)活塞環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸，改進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)、滑動(dòng)件表面的潤(rùn)滑。本著從實(shí)際出發(fā)，修改結(jié)合的原則，對(duì)活塞式放風(fēng)閥進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

（1）重新確定活塞環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸。將活塞環(huán)開(kāi)口處沿45°方向切去2.2 mm，使開(kāi)口間隙達(dá)到2.65～2.9 mm，以消除活塞環(huán)受熱伸長(zhǎng)量；為減小活塞環(huán)徑向脹緊力，沿內(nèi)徑方向切削2 mm，使壁厚為16 mm。由于活塞環(huán)外徑600 K7和軸向厚度14 f7的配合關(guān)系不變，故能保證其密封效果。

（2）在活塞圓柱面中段（上、下活塞環(huán)之間）表面鉆若干均布淺孔，鑲嵌自潤(rùn)滑材料。此材料具有受熱微膨脹后凸出活塞表面的性能，消除了活塞與缸壁膠合現(xiàn)象，并可改善接觸面潤(rùn)滑條件。

（3）將軸套A、B改為自潤(rùn)滑軸承（銅套中鑲自潤(rùn)滑材料），不需要加油潤(rùn)滑。

（4）氣缸壁表面拉痕人工研磨刮平。

四、改進(jìn)效果

改進(jìn)后，高爐活塞式冷風(fēng)放風(fēng)閥手動(dòng)、電動(dòng)操作均比較輕松靈活，一次試車(chē)成功，活塞氣缸密封良好，經(jīng)過(guò)休風(fēng)、復(fù)風(fēng)操作檢驗(yàn)，運(yùn)行可靠。消除高爐送風(fēng)系統(tǒng)潛在的安全隱患，方便高爐休復(fù)風(fēng)操作，休復(fù)風(fēng)操作時(shí)間縮短，高爐在特除情況下緊急休風(fēng)操作得到保證，節(jié)省設(shè)備改型購(gòu)置費(fèi)30多萬(wàn)元。

五、結(jié)語(yǔ)

從改進(jìn)后的冷風(fēng)放風(fēng)閥多年運(yùn)行狀況看，上述改進(jìn)與修復(fù)是成功的，對(duì)于解決同類(lèi)設(shè)備故障具有借鑒意義?；钊籽b置在高溫工況條件下工作，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮活塞環(huán)受熱伸長(zhǎng)的影響?？梢杂脺p小活塞環(huán)壁厚的方法來(lái)減小脹緊力。設(shè)備零部件在高溫下工作或潤(rùn)滑脂難以進(jìn)入其摩擦表面時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)、滑動(dòng)零件易采用自潤(rùn)滑材料，使用效果較好。