压力容器快开门安全联动锁紧装置

聂孟春杨正修　宋志骥　胡良分

（浙江东瓯过滤机制造有限公司）

压力容器快开门安全联动锁紧装置

聂孟春*杨正修宋志骥胡良分

（浙江东瓯过滤机制造有限公司）

提出一种新型压力容器快开门结构安全联动锁紧装置。容器工作时当快开门关闭后，气缸拉动锁紧钩做向内及向上提拉运动，使锁紧钩斜铁与快开门上的斜面垫铁锁紧，快开门与筒体密封面压紧密封。

压力容器快开门安全锁紧滑动机构联动锁紧

1　技术背景

在化工等生产过程中，经常需要对压力容器中的物料进行处理。为了将物料装进或取出，常在压力容器上设置孔和门盖，生产过程中需要经常对门盖进行装拆。然而，压力容器的普通门盖操作往往很不方便，而且劳动强度也较大。随着科学技术的发展，为了提高生产率，减轻劳动强度，快开门的使用越来越普遍。压力容器上的门盖开闭装置也不断地得到改进，出现了各种各样的快开门。

常用的压力容器快开门结构有如下几种形式：旋盖式快开门、半圆压紧箍快开门、错齿形快开门、气缸—单压紧钩快开门、气缸—多压紧钩快开门等。这些快开门的原理大同小异，它们均是靠小升角斜面（楔块）压紧并借助于摩擦自锁的。但它们也具有各自的结构特点，因而其使用领域及应用范围也各不相同。较大型的压力容器快开门结构一般采用错齿形快开门及气缸—多（单）压紧钩快开门。

错齿形快开门是利用旋转夹紧箍或靠快开门自身旋转由楔铁将法兰压紧的，因其密封可靠性比其他各种快开门都高，因此在压力容器上应用得较为普遍。但是错齿形快开门装置配合精度要求高，机械加工要求高，目前其门孔最大直径只能做到1.2 m，直径再大一点就相当困难。由于这种快开门装置的所有压紧面离门孔边缘很近，生产过程中遇到腐蚀性物料很容易腐蚀错齿的密封件，使这一关键部件很快失效，因此腐蚀问题阻碍了这一快开门结构的普及。

气缸—多（单）压紧钩快开门是利用压紧钩上面的楔铁与法兰上斜面铁的相互作用，并借助于摩擦角的机械自锁原理将快开门锁紧的。但由于制造、安装的误差和使用操作不当，以及个别压紧钩没有进到位或斜面受到腐蚀，均可能导致压紧钩发生自动脱钩现象，因而这种结构也存在着一定的安全隐患。当然，多钩压紧快开门比单钩可靠性明显提高，因此其快开门孔直径可达1.5 m左右。气缸—多压紧钩快开门结构如图1所示。

图1　气缸—多压紧钩快开门结构

2　具体实施技术方案和实际应用

本设计针对气缸—多（单）压紧钩快开门在使用过程中显现的缺陷，利用其原有的主要结构和优点，对其部分结构进行了改进，摒弃了原有的利用机械自锁工作原理的结构。采用钩住、拉紧的方式实现快开门法兰密封压紧。工作时各锁紧钩联动钩紧，并采用机械控制来实现联动锁紧功能，即滑动圈为滑动式结构，上面与气缸连接，下面锁紧钩销轴直接与滑动圈连接，气缸在带动滑动圈上下移动时带动锁紧钩“钩头”作锁紧和打开动作。具体的结构如图2所示。

2.1安全锁紧装置的工作原理

该压力容器快开门安全锁紧装置的工作过程分为挂入、压紧、锁紧、释放和脱钩等步骤。

（1）挂入和压紧

如图2所示，首先压缩气体进入气缸下腔，其活塞向上运动，在活塞杆的推力作用下，滑动圈8拉动销轴6，销轴6在吊耳5长孔内向上滑动，销轴5带动锁紧钩1向上移动，同时锁紧钩1绕销轴4转动，锁紧钩“钩头”做向上挂入压紧动作。因为所有的锁紧钩都与滑动圈8通过销轴6连接，所以所有的锁紧钩同时挂入、压紧。压紧力可通过拉杆7上的双螺杆调节。由于锁紧钩在压力容器上均布，所以快开门法兰得到较好的密封。

图2　压力容器快开门安全锁紧装置的锁紧状态

（2）锁紧

容器门盖与密封圈、容器本体法兰压紧时，此时机构中销轴6在销轴4的上方，由于拉杆的作用，销轴6相对于销轴4产生一个平衡力矩。同时，由于锁紧钩“钩头”位置在垂直方向上与销轴滑动的位置共线，在拉杆、钩头的作用下，此时机构处于平衡状态，即在锁紧钩销轴6没有受到外力作用时，系统始终处于平衡状态。当气缸处于失效状态时，由于拉杆的约束作用，此时锁紧钩受到约束，机构仍处于平衡状态。

锁紧钩的受力状况如图3所示。其中

所受力矩以销轴3为转轴时，力矩为

图3　压力容器快开门安全锁紧装置的锁紧钩受力状态分析

所受力矩以销轴4为转轴时，F2-2与销轴4共线，力矩为

当内压增大时，F2-2增大，F2-1也增大，机构保持平衡状态，锁紧钩处于锁紧状态。

（3）释放和脱钩

如图4所示，压缩气体进入气缸上腔，其活塞向下运动，推动滑动圈8向下运动，带动销轴6沿吊耳长孔向下滑动，此时锁紧钩1在销轴6带动下，先向下滑动，然后绕销轴4转动，锁紧钩“钩头”做向下释放（脱钩）运动，然后向外打开（开钩），其运动轨迹见图4。至此，装置完成完整的工作步骤。

图4　压力容器快开门安全锁紧装置的释放和脱钩状态

2.2安全锁紧装置的构件设计

该压力容器快开门安全锁紧装置，其结构特征在于：利用多压紧钩快开门原有结构，将其靠摩擦自锁的结构改为挂钩锁紧的结构，实现安全锁紧功能。其中，有关的构件设计如下所述。

2.2.1可调拉杆的结构

门盖关闭到位后，所有的钩头锁紧。但由于制造、安装等因素产生的误差，每个锁紧钩锁紧时其预紧力不尽相同，此时可通过调节拉杆的长度来调节门盖法兰密封的预紧力。螺杆为双头螺纹，方向为“左右”旋，如图5所示。它由两铰接块、两锁紧螺母和一调节螺杆组成。锁紧螺母和铰接块分别套设在调节螺杆的两端，铰接块和调节螺杆构成了复式螺旋传动，对拉杆长度进行调节。当转动调节螺杆调整两铰接块之间的距离后，再通过锁紧螺母锁定。

图5　可调拉杆的结构

2.2.2锁紧钩的结构

将原有压紧钩楔铁改为倾角为20°的斜铁钩，如图6所示。在使用过程中，锁紧钩1、斜铁2与斜面垫铁组成挂钩，斜面垫铁与法兰连接。工作时两斜面共同作用压紧法兰面。

图6　压紧钩的结构

2.3实际应用

根据以上所述原理及结构零件，加工制作了一套快开门安全联动锁紧装置进行试验。经过反复打开、关闭快开门，以及关闭后对容器进行水压密封试验，均能满足设计要求。钩头锁紧后，完全靠其装置结构保证了快开门的密封，即使去掉气缸锁紧拉力，锁紧钩也不会产生脱钩现象，从而保证了容器的操作安全性。

3　结论

该压力容器快开门安全联动锁紧装置为快开门的设计提供了一种新的思路。该锁紧装置具有以下特点：（1）保持了原有压力容器的结构特点，避免在使用过程中产生脱钩现象。（2）保证了压力容器对快开门的安全性及密封性的要求。（3）降低了加工、制造、调试、使用时对零部件的加工精度、制作精度的要求。（4）不仅操作方便，而且实现了联动锁紧，其性能稳定、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）

*聂孟春，男，1965年生，工程师。丽水市，323000。