锁斗阀电动执行器的气动改造

        一、前言
        柳州化工股份有限公司煤汽化装置采用壳牌粉煤汽化工艺，其装置中的锁斗阀原来采用Limitorque电动执行器，电动执行器具有体积小，输出转矩大等特点，不过汽化装置自2007年开车以来，锁斗阀电动执行器的减速齿轮频繁出现磨损损坏现象，给现场维护带来了较大困难。为了改变这一现状，对锁斗阀执行机构进行了气动改造，在保证开阀扭矩的同时，大大降低了执行机构的故障率，减少了维护工作量，对装置的长周期运行做出了贡献。
        二、锁斗阀电动执行器电动装置故障原因分析
        柳州化工股份有限公司壳牌煤汽化装置中，DN300/PN600LB锁斗阀采用Limitorque部分回转电动执行器，电动执行器由MX－40－5型驱动装置和转矩放大减速箱组成，输出转矩7500N？m，是阀门计算转矩的1.4倍，电动锁斗阀外形如图1所示。在应用过程中每隔３个月左右就会出现电动执行器内部齿轮损坏现象，由于此原因造成系统频繁开停车，给现场维护带来了许多不便。

        由于锁斗系统的操作是一个压力交变过程，阀门的工作条件比较恶劣且锁斗阀开关频繁，粉煤介质具有较强的磨蚀性。阀门开关过程中无法避免地有部分介质进入到阀座与球体之间，造成球与阀座磨损，使阀门开启扭矩在运行一段时间后增大；在长期使用过程中发现有部分粉煤进入到阀杆和阀盖的间隙，这也增大了阀门启闭扭矩。实践证明，锁斗阀电动装置额定转矩选择偏小，没有充分考虑以上两方面造成的扭矩增大现象，一旦阀门的开关扭矩超过一定范围后，会使电动装置内部零件长期疲劳工作直至破损。
        三、电动装置与气动装置优缺点比较
        1.电动装置
        优点：电动执行器具有体积小，输出转矩均匀，开关平稳等优点。
        缺点：必须要有防爆电源，控制系统复杂，减速齿轮易磨损，输出转矩不可调整。
        2.气动装置
        优点：气动阀门开关动作速度可以调整，结构简单，易维护，动作过程中因气体本身的可压缩特性，不易因卡住而损坏，响应灵敏，安全可靠。还可以通过气源压力来调整输出转矩。
        缺点：和电动装置比较，相同输出转矩的气动装置体积较大。
        四、改造方案
        通过电动与气动装置的比较分析，综合考虑将原电动执行器改为90°回转的拨叉式双作用气动执行器。为节省费用，利用旧的拨叉箱体，通过计算配新气缸，为气动执行机构选择合适的缸径以保证足够的转矩，并通过管路设计来保证工艺要求的开关时间。
        1.气动执行器设计选型
        （1）拨叉式气动执行器的转矩计算单拨叉机构，其输出的最小转矩的计算见式（1）和式（2），机构关键尺寸如图2所示。

        Mmin=［2h＋μ（l－d）］Q/2（1－μ）   （1）
        Q=πD2p/4    （2）
式中 Mmin——气动拨叉机构的最小输出转矩，单位为N•mm；
Q——压缩空气对活塞的作用力，单位为N；
D——气缸内径，单位为mm；
p——气源压力，单位为MPa；
h——气动装置输出轴中心O到活塞杆的垂直距离，单位为mm；
l——拨叉槽宽，单位为mm；
d——销轴直径，单位为mm；
μ——气动装置摩擦因数。
        （2）气动执行机构缸径计算考虑到电动执行器运行3个月后其齿轮的经常性磨损损坏，在计算气动执行器转矩时适当考虑增大安全系数，也就是：
        Mminη=1.5M电动额定      （3）
        利用旧的拨叉箱体的几何参数见下表，将以上数据代入式（3）得：D=421mm。也就是说直径不小于421mm的气缸配旧的拨叉箱，在气源压力为0.5MPa气源压力下，改造后的气动执行机构能够输出的最小转矩为原电动装置额定转矩的1.5倍，如果将气源压力增大还可以提高气动执行机构的输出转矩。

        2.气路设计
        锁斗阀气动装置管路如图3所示。

        气路中通过两位五通气控阀来控制阀门的开关速度，保证阀门开关平稳，有效保证了工艺要求的开关时间。气动锁斗阀现场照片现场如图4所示。

        五、结语
        利用旧的拨叉箱体，通过转矩计算为气动执行机构选择合适的缸径以保证足够的阀门启闭转矩。通过对锁斗阀电动执行器的气动改造，有效地避免了由于电动执行器减速齿轮频繁损坏所造成的临时停车，为煤汽化装置长周期运行提供了强有力的保障。
        参考文献
        [1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.
        [2]肖书舟.煤汽化炉装置锁斗阀结构的改进[J].通用机械，2008（10）.
        [3]张忠振.煤化工飞灰储罐锁斗阀技术改造[J].化工设备与管道，2010（8）.
        [4]朱信华.三分式汽化炉锁斗阀的防渣及故障处理[J].仪器仪表与应用，2008（4）.
        [5]杨源泉.阀门设计手册[M].北京：机械工业出版社，1992.