排煙防火閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析與試驗(yàn)

林晉立

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣州 510330）

0 引言

排煙防火閥門是防火閥、排煙防火閥和排煙閥3種閥門的統(tǒng)稱。無(wú)論何種閥門，執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是安裝在其上的重要執(zhí)行部件。缺少執(zhí)行機(jī)構(gòu)的排煙防火閥門是不完整的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)其隔煙阻火的功能。當(dāng)建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否正常工作將直接影響排煙防火閥門的功能實(shí)現(xiàn)[1-3]。在我國(guó)，排煙防火閥門的生產(chǎn)已有50多年的歷史，其市場(chǎng)需求量不斷擴(kuò)大，相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)運(yùn)而生。執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為排煙防火閥門產(chǎn)品的核心部件，至今仍然沒(méi)有出臺(tái)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本文主要介紹排煙防火閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成和功能，并根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要性能進(jìn)行檢測(cè)。

1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能與組成

本文將以ZPFHF-WSDc-K-24/0.7型排煙防火閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例，詳細(xì)介紹其結(jié)構(gòu)與功能。其執(zhí)行機(jī)構(gòu)由機(jī)械部件與電氣部件兩部分組成。機(jī)械部件由底座、外殼、擺桿、凸輪導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、主軸、扭簧、扭簧卡座、操作手柄、拉環(huán)、拉簧和塔簧組成，其中凸輪導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由凸輪與導(dǎo)桿2個(gè)零件組成，凸輪和扭簧沿軸向安裝在主軸上，主軸是一中空軸體；電器部件由電磁鐵、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)支座、接觸片、接線端子和電線束組成，如圖1所示。

圖1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在排煙防火閥門的一側(cè)，閥門葉片主軸穿過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中空主軸并通過(guò)螺栓緊固在其上。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能是控制排煙防火閥門葉片的開(kāi)啟和關(guān)閉，部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)還可以控制閥門葉片開(kāi)合的角度。

本例中排煙防火閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)啟方式只有一種，即手動(dòng)開(kāi)啟方式。通過(guò)人手施加力量使操作手柄旋轉(zhuǎn)至一定角度打開(kāi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，開(kāi)啟原理如下：旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主軸，主軸將帶動(dòng)凸 輪 旋轉(zhuǎn)，當(dāng)凸輪凹陷處旋轉(zhuǎn)至導(dǎo)桿中部E點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)桿在拉簧拉力作用下向凸輪靠近，擋軸嵌入凸輪凹陷處限制凸輪回轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，擺桿與導(dǎo)桿在G點(diǎn)形成卡扣，導(dǎo)桿鎖止。主軸扭簧積蓄的力量無(wú)法釋放，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將保持開(kāi)啟狀態(tài)。此時(shí)，各零件受力圖如圖2所示。

圖2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部受力圖

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)閉方式有3種，分別為手動(dòng)關(guān)閉、溫感器動(dòng)作關(guān)閉和電控關(guān)閉。

手動(dòng)關(guān)閉方式需要輕拉拉環(huán)，通過(guò)力的傳遞可使主軸扭簧積蓄的力量釋放，執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉。工作原理為：拉動(dòng)拉環(huán)，擺桿頂端A受拉力F拉環(huán)作用環(huán)繞中部支點(diǎn)O沿拉力方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)擺桿與導(dǎo)桿所形成的卡扣分離，主軸扭簧受驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩影響回復(fù)原狀，執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉，擺桿受力分析如圖3（a）所示。

溫感器動(dòng)作關(guān)閉是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部溫感器的感溫片在高溫中熔斷，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉。工作原理為：感溫片熔斷后，溫感器頭受內(nèi)部彈簧力作用向下運(yùn)動(dòng)，這一過(guò)程對(duì)擺桿中下端C點(diǎn)產(chǎn)生擠壓力F溫感器，根據(jù)杠桿原理擺桿頂端A受到相反的力F2使其與導(dǎo)桿分離，主軸扭簧受驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩影響回復(fù)原狀，執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉，受力分析如圖3（b）所示。

電控關(guān)閉方式是使電磁鐵通電，產(chǎn)生吸合力F電磁鐵吸合擺桿底部的鐵塊，使擺桿頂端A受到相反作用力F3與導(dǎo)桿分離，工作原理與溫感器動(dòng)作關(guān)閉相似，受力分析如圖3（c）所示。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GA112-1995《建筑防火產(chǎn)品用電磁鐵通用技術(shù)條件》規(guī)定，電磁鐵吸力為10 N，行程為4 mm[4]。

圖3 擺桿受力分析圖

防火閥與排煙防火閥功能相似，在常態(tài)下均保持開(kāi)啟狀態(tài)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)才關(guān)閉。因此，防火閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)與排煙防火閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能一致。排煙閥由于在常態(tài)下保持關(guān)閉，發(fā)生火災(zāi)時(shí)才開(kāi)啟排煙且沒(méi)有溫感器，因此其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能與排煙防火閥相反：關(guān)閉方式只有一種，為手動(dòng)關(guān)閉；開(kāi)啟方式有兩種，手動(dòng)開(kāi)啟和電控開(kāi)啟。

2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)

由于目前尚未出臺(tái)排煙防火閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，一般由企業(yè)自行制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)以規(guī)范在實(shí)際生產(chǎn)中的使用情況，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)也按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的項(xiàng)目來(lái)進(jìn)行。企標(biāo)常開(kāi)展的檢驗(yàn)項(xiàng)目有7項(xiàng)，分別為外觀、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、關(guān)閉力/開(kāi)啟力、電動(dòng)控制、耐溫濕性能、絕緣電阻性能、耐腐蝕性能。下面將按照企標(biāo)中的試驗(yàn)大綱對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2.1 外觀

試驗(yàn)大綱中規(guī)定執(zhí)行機(jī)構(gòu)外形應(yīng)平整無(wú)翹曲，焊接表面應(yīng)光滑平整無(wú)虛焊夾渣，表面必須進(jìn)行防腐處理且不得有漏漆和漏鍍現(xiàn)象，貼在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的標(biāo)志應(yīng)清晰準(zhǔn)確。進(jìn)行此項(xiàng)檢驗(yàn)時(shí)，操作人員無(wú)需使用專業(yè)的檢測(cè)儀器，可以用肉眼直接觀察執(zhí)行機(jī)構(gòu)外表面是否符合試驗(yàn)大綱的要求。

2.2 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩

2.2.1 試驗(yàn)儀器

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)需要使用數(shù)顯推拉力計(jì)，型號(hào)為DS2-500N。此款推拉力計(jì)簡(jiǎn)單易用，可以將拉力大小通過(guò)數(shù)值顯示在LCD液晶屏上，拉力值使用正數(shù)表示，推力值使用負(fù)數(shù)表示。

2.2.2 試驗(yàn)步驟

使用拉力計(jì)牽動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的操作手柄，使其由關(guān)閉狀態(tài)旋轉(zhuǎn)為開(kāi)啟狀態(tài)并鎖止，測(cè)量操作手柄由關(guān)閉至開(kāi)啟過(guò)程中所需的最大拉力，此拉力與對(duì)應(yīng)力臂的乘積即為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。力臂是力的作用線到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩可由下述公式表示：

式中：M為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，N·m；F為牽引拉力，N；h為力臂，m。

此執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作手柄手持部分為圓球狀，拉力計(jì)無(wú)法直接與其掛接，必須使用鐵絲掛接。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)圖如圖4所示。

圖4 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)圖

2.2.3 結(jié)果分析

測(cè)量3組數(shù)據(jù)取平均值，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

試驗(yàn)大綱規(guī)定排煙防火閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩不應(yīng)小于6 N·m。由表1可知，此執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為13.38 N·m，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3 關(guān)閉力/開(kāi)啟力

防火閥和排煙防火閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行關(guān)閉力試驗(yàn)，排煙閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)啟力試驗(yàn)，試驗(yàn)均需使用數(shù)顯推拉力計(jì)。試驗(yàn)步驟如下：試驗(yàn)前，為拉力計(jì)換上勾型觸頭；使用勾型觸頭勾緊執(zhí)行機(jī)構(gòu)拉環(huán)并使拉力計(jì)與拉環(huán)運(yùn)動(dòng)方向保持水平；手持拉力計(jì)緩慢拉動(dòng)拉環(huán)，記錄執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉時(shí)拉力計(jì)的讀數(shù)，反復(fù)測(cè)量3次取平均值。

值得注意的是，執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉后手部仍有向后運(yùn)動(dòng)的慣性，因此施加給拉環(huán)的力必須輕而緩。施力過(guò)大、過(guò)急將導(dǎo)致測(cè)得的數(shù)據(jù)包含手部慣性力，試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。試驗(yàn)大綱中規(guī)定關(guān)閉力/開(kāi)啟力不可大于70 N，此排煙防火閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)閉力為12.8 N，滿足試驗(yàn)大綱的要求。

2.4 電動(dòng)控制

執(zhí)行機(jī)構(gòu)有6個(gè)接線端子，與電磁鐵、微動(dòng)開(kāi)關(guān)相連接。微動(dòng)開(kāi)關(guān)具有3個(gè)引腳，分別為常開(kāi)端NO、常閉端NC和公共端COM。執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用常閉型微動(dòng)開(kāi)關(guān)，因此常態(tài)下微動(dòng)開(kāi)關(guān)NC端與COM端連通，微動(dòng)片動(dòng)作后NO端與COM端連通。在機(jī)械連接方面，微動(dòng)開(kāi)關(guān)1和2采取水平疊放的方式，其開(kāi)關(guān)動(dòng)作具有同步性。在電器接線方面，微動(dòng)開(kāi)關(guān)1與電磁鐵相連，微動(dòng)開(kāi)關(guān)2直連接線端子用于同步測(cè)量信號(hào)的通斷。電磁鐵、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、接線端子等電器部件接線圖如圖5所示。

圖5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)電器接線圖

電動(dòng)控制試驗(yàn)使用型號(hào)為GPS-2303C的直流穩(wěn)壓電源。令執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于開(kāi)啟狀態(tài)，使用數(shù)顯萬(wàn)用表通斷擋分別連接端子4、5和4、6，測(cè)量輸出信號(hào)；接線端子1、2分別與電源正負(fù)極連接，調(diào)節(jié)電源電壓穩(wěn)定至24 V，接通電磁鐵回路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)關(guān)閉；執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉后回路斷開(kāi)，需要手動(dòng)使微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作才可測(cè)量電磁鐵的額定工作電流，電控試驗(yàn)如圖6所示。

圖6 電動(dòng)控制試驗(yàn)圖

使用數(shù)顯萬(wàn)用表通斷擋分別連接端子4、5和4、6，測(cè)量輸出信號(hào)；調(diào)節(jié)電源電壓為20.4 V和26.4 V，分別測(cè)量?jī)煞N電壓下電磁鐵是否正常動(dòng)作，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 電動(dòng)控制試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.5 耐溫濕性能

2.5.1 耐高溫性能

耐高溫性能試驗(yàn)使用TH-1200BH型恒溫恒濕試驗(yàn)箱，將恒溫試驗(yàn)箱內(nèi)溫度設(shè)置為55 ℃±3 ℃，把執(zhí)行機(jī)構(gòu)置入其中保持4 h，取出后5 min內(nèi)進(jìn)行電動(dòng)控制試驗(yàn)。

2.5.2 耐低溫性能

耐低溫性能試驗(yàn)使用超低溫試驗(yàn)機(jī)，工作溫度在-40～130 ℃范圍內(nèi)，精度為± 0.1 ℃。將超低溫試驗(yàn)機(jī)溫度設(shè)置為-10 ℃±1 ℃，把執(zhí)行機(jī)構(gòu)置入其中保持4 h，取出后5 min內(nèi)進(jìn)行電動(dòng)控制試驗(yàn)。

2.5.3 恒定濕熱性能

恒定濕熱性能試驗(yàn)使用TH-1200BH型恒溫恒濕試驗(yàn)箱，將試驗(yàn)箱內(nèi)溫度設(shè)置為40 ℃，相對(duì)濕度設(shè)置為93%，把執(zhí)行機(jī)構(gòu)置入其中保持24 h，取出后5 min內(nèi)進(jìn)行電動(dòng)控制試驗(yàn)。

3種不同溫度特性下執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)控制試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)表3中數(shù)據(jù)可知，額定工作電流均小于0.7 A，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。耐高溫性能、耐低溫性能和恒定濕熱性能完成后分別進(jìn)行電動(dòng)控制試驗(yàn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在3種電壓下均能正常關(guān)閉。

表3 不同溫度特性電控試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.6 絕緣電阻性能

絕緣電阻性能使用兆歐表進(jìn)行測(cè)量，其量程為0～500 MΩ，由于內(nèi)部采用手搖發(fā)電機(jī)供電，兆歐表又稱為搖表。測(cè)量前需要檢查兆歐表的短路電阻和斷路電阻以確定其是否正常工作，斷開(kāi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源，使用紅黑表線分別連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的接線端子與外殼并確保線路可靠連接，搖動(dòng)兆歐表觀察指針讀數(shù)。測(cè)量此執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，兆歐表指針偏向無(wú)窮大，表明其絕緣電阻值大于500 MΩ，滿足標(biāo)準(zhǔn)大于20 MΩ的要求。

2.7 耐腐蝕性能

排煙防火閥門一般安裝于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的送風(fēng)管道、機(jī)械排煙系統(tǒng)管道及端部，這使固接于其上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間暴露在潮濕環(huán)境中。通過(guò)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)耐腐蝕性能的檢測(cè)可判斷其在實(shí)際環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間存放后是否影響正常使用。

耐腐蝕性試驗(yàn)需要使用鹽霧箱，試驗(yàn)前將執(zhí)行機(jī)構(gòu)表面的所有油脂擦拭干凈。鹽霧試驗(yàn)5個(gè)周期，每個(gè)周期試驗(yàn)時(shí)間為24 h，在1個(gè)周期內(nèi)先連續(xù)噴霧8 h，隨后停止噴霧16 h。噴霧時(shí)，鹽霧箱內(nèi)部溫度保持在（35±2）℃，相對(duì)濕度保持大于95%；停止噴霧時(shí)，鹽霧箱內(nèi)部不加熱，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)自然冷卻靜置16 h。試驗(yàn)結(jié)束后取出執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行啟閉試驗(yàn)，檢測(cè)其是否正常啟閉并輸出相應(yīng)信號(hào)，依此判斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)耐腐蝕性是否合格。

3 結(jié)論

本文介紹了排煙防火閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成和功能。對(duì)ZPFHF-WSDc-K-24/0.7型排煙防火閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的7項(xiàng)重要性能進(jìn)行試驗(yàn)分析，試驗(yàn)結(jié)果表明此執(zhí)行機(jī)構(gòu)7項(xiàng)性能均符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，檢測(cè)結(jié)果合格。本文為排煙防火閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的檢測(cè)提供了參考，具有一定的實(shí)用價(jià)值。