高炉放散阀预紧螺母力矩调节探讨

顷永宏 盖晓明 黎勤

(1：秦皇岛秦冶重工有限公司 河北秦皇岛 066004 ；2：渤海钻探工程技术研究院 天津 300000)

1 前言

高炉炉顶煤气放散阀用于高炉紧急休风或者炉内产生爆炸气体压力急剧增加时，迅速将高炉煤气排入大气中，它要求操作可靠、密封性好。现在炉容在3000m3及以上容积的高炉，因为其炉顶压力(以下简称顶压)高、整体框架高的特点不再采用配重式放散阀，转而采用带弹簧仓的新型盘式煤气放散阀。[1]该放散阀的结构简图如图1所示。

2 结构特点

带碟簧仓的盘式高炉煤气放散阀(图1)阀体为圆筒形，阀体由上下两部分经螺栓连接组成，便于加工和装配。放散阀采用液压驱动，无配重，设置有弹簧仓，靠仓内碟簧加压压紧密封，调整弹簧预紧力即可调整阀盖与阀座之间的密封比压。拧紧弹簧仓内的调节螺母时,弹簧仓主轴上移,与主轴相连的活塞压紧弹簧,使弹簧受一定的预紧力。调节螺母拧得越紧,弹簧初始变形越大,弹簧的预紧力越大,阀盖与阀座之间的密封比压也就越大。预紧力的大小可根据不同的密封要求调节,方便快捷。[2]

阀盖与阀座之间采用双重密封，即阀盖与阀座接触面由软密封和硬密封。软密封安装在阀座外侧，为硅橡胶密封圈，更换方便；硬密封时在阀盖与阀座接触面上堆焊硬质合金，密封面为球面与锥面接触，阀门关闭时对中性好。

1-支座;2-液压缸;3-转臂;4-连杆;5-碟簧轴;6-预紧螺母;7-横梁;8-蝶形弹簧;9-碟簧仓;10-阀盖;11-阀体

阀盖与转臂连接处有二组球面铰接，设有加压弹簧，阀盖能够在一定范围内随动。

阀门开启后阀盖的转角大，阀盖处在放散气流之外，不受排放气体的冲刷。

该阀传动机构中的弹簧仓，当在炉顶压力过高时，弹簧仓活塞向上移动压缩弹簧，阀盖冲开转臂抬起，炉顶压力得到释放，之后阀盖在弹簧压力作用下重新关闭密封。[3]

3 问题描述

带碟簧仓的盘式放散阀在对中性和密封性能上较配重式都有了很大改善，且具有高压自动放散功能。[3]但在该结构放散阀调试和使用过程中发现，在调节预紧螺母时，有的型号的很轻松，有的需要较大的拧紧力矩，有的甚至需要借助机械外力才能够进行调节。过大的拧紧力矩必然增大操作者的劳动强度，降低工作效率，尤其是在调试的过程中需要频繁调节预紧螺母，这一问题就尤为突出。通过比对不同型号的放散阀并结合平面机构作图进行分析，发现问题所在，放散阀的设计过程中应对这一细节加以注意。

4 问题分析

如图2所示假设达到设计要求的密封比压时，碟簧的压缩量为X。在正常关闭位置横梁较初始位置(该位置为对预紧螺母进行调节的位置，这里不考虑安装了顶柱的情况，则横梁与碟簧仓顶板直接接触)的位移为Y，即连杆机构可产生的位移；；初始位置碟簧自由高度时到碟簧仓顶板的距离为Z，预紧螺母到横梁的距离为H。经过分析，当X、Y、Z满足不同关系时，所需的拧紧预紧螺母的力矩情况如下：

1-预紧螺母;2-横梁;3-碟簧轴;4-碟簧;5-碟簧仓;6-连杆;7-摆臂;8-油缸

设计需要的碟簧压缩量为X,即要求L1-L2=X；当仅靠机构运动使横梁产生位移Y，从而使碟簧被压缩，此时X实= Y-H-Z。

1)当Z≥0,X>Y,H≥0时，依靠机构产生的横梁位移Y，在关闭位置不能满足弹簧压缩量要求，因此在初始位置需先将预紧螺母旋入H+Z，即通过预紧螺母克服碟簧及碟簧轴自重将碟簧轴提起Z，然后再克服碟簧力至少将碟簧轴提起X-Y，才可在关闭位置满足预紧力要求。从预紧过程可以看出这时调节预紧螺母需要很大的力矩。

2)当Z>0,X≤Y,X+Z≥Y,H≥0时，仅依靠机构产生的横梁位移Y，在关闭位置不能满足弹簧压缩量要求，因此在初始位置需先将预紧螺母旋入H+[Z-(Y-X)]，即通过预紧螺母首先克服碟簧及碟簧轴自重将碟簧轴提起Z-(Y-X)，才可在关闭位置满足预紧力要求。从预紧过程可以看出这时调节预紧螺母需要较大的力矩。

3)当Z≥0,X

通过以上三种情况的比较可知第三种情况时调节预紧螺母需要的力矩最小，此时合理利用了机械结构自身产生的位移Y。这里要特别说明的是如果在满足情况三时，要使碟簧产生同样的压缩量X，如果尽量减小Z值，就可以使Y值相应减小，从而有效减小碟簧仓的高度及连杆的长度，使放散阀的结构尺寸更加优化。

5 结论

在碟簧仓式放散阀的设计过程中合理地配置X、Y、Z三者关系，就可以使放散阀的结构得到优化，合理利用机械结构自身产生的位移Y,有效避免在调节预紧螺母时操作人员使用较大的力矩，从而有效地降低劳动强度，提高生产率。