壓力容器快開門安全聯(lián)動(dòng)鎖緊裝置

聶孟春楊正修　宋志驥　胡良分

（浙江東甌過濾機(jī)制造有限公司）

壓力容器快開門安全聯(lián)動(dòng)鎖緊裝置

聶孟春*楊正修宋志驥胡良分

（浙江東甌過濾機(jī)制造有限公司）

提出一種新型壓力容器快開門結(jié)構(gòu)安全聯(lián)動(dòng)鎖緊裝置。容器工作時(shí)當(dāng)快開門關(guān)閉后，氣缸拉動(dòng)鎖緊鉤做向內(nèi)及向上提拉運(yùn)動(dòng)，使鎖緊鉤斜鐵與快開門上的斜面墊鐵鎖緊，快開門與筒體密封面壓緊密封。

壓力容器快開門安全鎖緊滑動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)鎖緊

1　技術(shù)背景

在化工等生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對(duì)壓力容器中的物料進(jìn)行處理。為了將物料裝進(jìn)或取出，常在壓力容器上設(shè)置孔和門蓋，生產(chǎn)過程中需要經(jīng)常對(duì)門蓋進(jìn)行裝拆。然而，壓力容器的普通門蓋操作往往很不方便，而且勞動(dòng)強(qiáng)度也較大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了提高生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，快開門的使用越來越普遍。壓力容器上的門蓋開閉裝置也不斷地得到改進(jìn)，出現(xiàn)了各種各樣的快開門。

常用的壓力容器快開門結(jié)構(gòu)有如下幾種形式：旋蓋式快開門、半圓壓緊箍快開門、錯(cuò)齒形快開門、氣缸—單壓緊鉤快開門、氣缸—多壓緊鉤快開門等。這些快開門的原理大同小異，它們均是靠小升角斜面（楔塊）壓緊并借助于摩擦自鎖的。但它們也具有各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因而其使用領(lǐng)域及應(yīng)用范圍也各不相同。較大型的壓力容器快開門結(jié)構(gòu)一般采用錯(cuò)齒形快開門及氣缸—多（單）壓緊鉤快開門。

錯(cuò)齒形快開門是利用旋轉(zhuǎn)夾緊箍或靠快開門自身旋轉(zhuǎn)由楔鐵將法蘭壓緊的，因其密封可靠性比其他各種快開門都高，因此在壓力容器上應(yīng)用得較為普遍。但是錯(cuò)齒形快開門裝置配合精度要求高，機(jī)械加工要求高，目前其門孔最大直徑只能做到1.2 m，直徑再大一點(diǎn)就相當(dāng)困難。由于這種快開門裝置的所有壓緊面離門孔邊緣很近，生產(chǎn)過程中遇到腐蝕性物料很容易腐蝕錯(cuò)齒的密封件，使這一關(guān)鍵部件很快失效，因此腐蝕問題阻礙了這一快開門結(jié)構(gòu)的普及。

氣缸—多（單）壓緊鉤快開門是利用壓緊鉤上面的楔鐵與法蘭上斜面鐵的相互作用，并借助于摩擦角的機(jī)械自鎖原理將快開門鎖緊的。但由于制造、安裝的誤差和使用操作不當(dāng)，以及個(gè)別壓緊鉤沒有進(jìn)到位或斜面受到腐蝕，均可能導(dǎo)致壓緊鉤發(fā)生自動(dòng)脫鉤現(xiàn)象，因而這種結(jié)構(gòu)也存在著一定的安全隱患。當(dāng)然，多鉤壓緊快開門比單鉤可靠性明顯提高，因此其快開門孔直徑可達(dá)1.5 m左右。氣缸—多壓緊鉤快開門結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　氣缸—多壓緊鉤快開門結(jié)構(gòu)

2　具體實(shí)施技術(shù)方案和實(shí)際應(yīng)用

本設(shè)計(jì)針對(duì)氣缸—多（單）壓緊鉤快開門在使用過程中顯現(xiàn)的缺陷，利用其原有的主要結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)，對(duì)其部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，摒棄了原有的利用機(jī)械自鎖工作原理的結(jié)構(gòu)。采用鉤住、拉緊的方式實(shí)現(xiàn)快開門法蘭密封壓緊。工作時(shí)各鎖緊鉤聯(lián)動(dòng)鉤緊，并采用機(jī)械控制來實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)鎖緊功能，即滑動(dòng)圈為滑動(dòng)式結(jié)構(gòu)，上面與氣缸連接，下面鎖緊鉤銷軸直接與滑動(dòng)圈連接，氣缸在帶動(dòng)滑動(dòng)圈上下移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)鎖緊鉤“鉤頭”作鎖緊和打開動(dòng)作。具體的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1安全鎖緊裝置的工作原理

該壓力容器快開門安全鎖緊裝置的工作過程分為掛入、壓緊、鎖緊、釋放和脫鉤等步驟。

（1）掛入和壓緊

如圖2所示，首先壓縮氣體進(jìn)入氣缸下腔，其活塞向上運(yùn)動(dòng)，在活塞桿的推力作用下，滑動(dòng)圈8拉動(dòng)銷軸6，銷軸6在吊耳5長孔內(nèi)向上滑動(dòng)，銷軸5帶動(dòng)鎖緊鉤1向上移動(dòng)，同時(shí)鎖緊鉤1繞銷軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊鉤“鉤頭”做向上掛入壓緊動(dòng)作。因?yàn)樗械逆i緊鉤都與滑動(dòng)圈8通過銷軸6連接，所以所有的鎖緊鉤同時(shí)掛入、壓緊。壓緊力可通過拉桿7上的雙螺桿調(diào)節(jié)。由于鎖緊鉤在壓力容器上均布，所以快開門法蘭得到較好的密封。

圖2　壓力容器快開門安全鎖緊裝置的鎖緊狀態(tài)

（2）鎖緊

容器門蓋與密封圈、容器本體法蘭壓緊時(shí)，此時(shí)機(jī)構(gòu)中銷軸6在銷軸4的上方，由于拉桿的作用，銷軸6相對(duì)于銷軸4產(chǎn)生一個(gè)平衡力矩。同時(shí)，由于鎖緊鉤“鉤頭”位置在垂直方向上與銷軸滑動(dòng)的位置共線，在拉桿、鉤頭的作用下，此時(shí)機(jī)構(gòu)處于平衡狀態(tài)，即在鎖緊鉤銷軸6沒有受到外力作用時(shí)，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)。當(dāng)氣缸處于失效狀態(tài)時(shí)，由于拉桿的約束作用，此時(shí)鎖緊鉤受到約束，機(jī)構(gòu)仍處于平衡狀態(tài)。

鎖緊鉤的受力狀況如圖3所示。其中

所受力矩以銷軸3為轉(zhuǎn)軸時(shí)，力矩為

圖3　壓力容器快開門安全鎖緊裝置的鎖緊鉤受力狀態(tài)分析

所受力矩以銷軸4為轉(zhuǎn)軸時(shí)，F(xiàn)2-2與銷軸4共線，力矩為

當(dāng)內(nèi)壓增大時(shí)，F(xiàn)2-2增大，F(xiàn)2-1也增大，機(jī)構(gòu)保持平衡狀態(tài)，鎖緊鉤處于鎖緊狀態(tài)。

（3）釋放和脫鉤

如圖4所示，壓縮氣體進(jìn)入氣缸上腔，其活塞向下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)滑動(dòng)圈8向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)銷軸6沿吊耳長孔向下滑動(dòng)，此時(shí)鎖緊鉤1在銷軸6帶動(dòng)下，先向下滑動(dòng)，然后繞銷軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊鉤“鉤頭”做向下釋放（脫鉤）運(yùn)動(dòng)，然后向外打開（開鉤），其運(yùn)動(dòng)軌跡見圖4。至此，裝置完成完整的工作步驟。

圖4　壓力容器快開門安全鎖緊裝置的釋放和脫鉤狀態(tài)

2.2安全鎖緊裝置的構(gòu)件設(shè)計(jì)

該壓力容器快開門安全鎖緊裝置，其結(jié)構(gòu)特征在于：利用多壓緊鉤快開門原有結(jié)構(gòu)，將其靠摩擦自鎖的結(jié)構(gòu)改為掛鉤鎖緊的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)安全鎖緊功能。其中，有關(guān)的構(gòu)件設(shè)計(jì)如下所述。

2.2.1可調(diào)拉桿的結(jié)構(gòu)

門蓋關(guān)閉到位后，所有的鉤頭鎖緊。但由于制造、安裝等因素產(chǎn)生的誤差，每個(gè)鎖緊鉤鎖緊時(shí)其預(yù)緊力不盡相同，此時(shí)可通過調(diào)節(jié)拉桿的長度來調(diào)節(jié)門蓋法蘭密封的預(yù)緊力。螺桿為雙頭螺紋，方向?yàn)椤白笥摇毙?，如圖5所示。它由兩鉸接塊、兩鎖緊螺母和一調(diào)節(jié)螺桿組成。鎖緊螺母和鉸接塊分別套設(shè)在調(diào)節(jié)螺桿的兩端，鉸接塊和調(diào)節(jié)螺桿構(gòu)成了復(fù)式螺旋傳動(dòng)，對(duì)拉桿長度進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿調(diào)整兩鉸接塊之間的距離后，再通過鎖緊螺母鎖定。

圖5　可調(diào)拉桿的結(jié)構(gòu)

2.2.2鎖緊鉤的結(jié)構(gòu)

將原有壓緊鉤楔鐵改為傾角為20°的斜鐵鉤，如圖6所示。在使用過程中，鎖緊鉤1、斜鐵2與斜面墊鐵組成掛鉤，斜面墊鐵與法蘭連接。工作時(shí)兩斜面共同作用壓緊法蘭面。

圖6　壓緊鉤的結(jié)構(gòu)

2.3實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)以上所述原理及結(jié)構(gòu)零件，加工制作了一套快開門安全聯(lián)動(dòng)鎖緊裝置進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)過反復(fù)打開、關(guān)閉快開門，以及關(guān)閉后對(duì)容器進(jìn)行水壓密封試驗(yàn)，均能滿足設(shè)計(jì)要求。鉤頭鎖緊后，完全靠其裝置結(jié)構(gòu)保證了快開門的密封，即使去掉氣缸鎖緊拉力，鎖緊鉤也不會(huì)產(chǎn)生脫鉤現(xiàn)象，從而保證了容器的操作安全性。

3　結(jié)論

該壓力容器快開門安全聯(lián)動(dòng)鎖緊裝置為快開門的設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。該鎖緊裝置具有以下特點(diǎn)：（1）保持了原有壓力容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，避免在使用過程中產(chǎn)生脫鉤現(xiàn)象。（2）保證了壓力容器對(duì)快開門的安全性及密封性的要求。（3）降低了加工、制造、調(diào)試、使用時(shí)對(duì)零部件的加工精度、制作精度的要求。（4）不僅操作方便，而且實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)鎖緊，其性能穩(wěn)定、可靠。

The Linkage Locking Device of Quick Opening Mechanism of Pressure Vessel

Nie MengchunYang ZhengxiuSong ZhijiHu Liangfen

A new type of the linkage locking device of the quick opening mechanism of the pressure vessel is presented in this article.When the quick opening mechanism is closed，the locking bail does the lifting movement driven by the cylinder stator so the tapered iron on the locking bail and the cant shim on the quick opening mechanism are sticked together and the vessel is sealed.

Pressure vessel；Quick opening mechanism；Safely locking；Sliding mechanism；Linkage locking

TQ 050.3

2015-03-11）

*聶孟春，男，1965年生，工程師。麗水市，323000。