自动放气阀在凿岩钻机上的应用

王培郦，梁凤远，张朋，王宇博

(徐州徐工铁路装备有限公司，江苏 徐州221001）

1 概述

凿岩钻机是针对隧道和井下等工况凿岩打孔的专用机械设备。工作时，钻机一边打孔一边需要对正在工作的钻头进行喷水，以降低钻头温度、减少钻头磨损，所以凿岩钻机水系统对整机性能影响很大。

2 凿岩钻机水系统常见故障

凿岩钻机一般选用立式多级离心水泵，利用离心力把电能（电机驱动）或者势能（发动机马达驱动）转化为水的势能和热能进行工作。

立式多级离心水泵多应用于高层建筑的消防、生活供水以及空调机组的循环、冷却水输送。因此种水泵体积小、噪音低、流量和压力范围较大，在凿岩钻机水系统中能够得到合理推广应用。

凿岩钻机工况恶劣，常常应用于隧道和井下矿山的钻孔开挖工作，其水系统一般都是外接水管或者水缆卷盘，水质差、工作环境通风条件不良、操作维护不当等情况给凿岩钻机水系统频繁造成故障。

其中，水泵工作时，排气不当造成气蚀，引起泵口机罩周围锈蚀、泵口机封损坏的故障频繁发生。其根本原因在于水泵工作时，需要手动放气（人为因素）。一旦凿岩钻机工作前，没有进行水路的泵上放气或者放气不彻底，水泵内含有气体。凿岩钻机水系统立式多级离心泵上放气装置一般都采用球阀，操作时需要工人手动放气。实际中，误操作案例时有发生。所以考虑进行自动放气阀的匹配和应用，用来减少误操作和气蚀现象发生。

3 自动放气阀分类和工作原理

自动放气阀按照结构不同，主要有单口、双口和微量自动放气阀。按照工作压力不同分为高压（6.375 MPa以上）、中压（0.9807—6.375 MPa之间）和低压（0.9807 MPa以下）自动放气阀。按照工作温度不同可以分为高温（100°以上）、中温（30°—100°）和低温（30°以下）自动放气阀。按照装配方式不同分为法兰式和螺纹式。

图1 螺纹式微量自动放气阀组成示意图

图1中的自动放气阀主要由阀帽、阀盖、浮桶、连杆、阀体组成，浮桶连着连杆，可以上下自由运动。自动放气阀工作原理：当系统有气体产生时，进入自动放气阀的阀腔内，随着气体的增多压力增大，把阀腔内的水挤出，浮桶随着水面下降，打开排气口，气体从排气口排出，气体排出后水面上升，浮桶随之上升，连杆堵住排气口，阻止系统内的水从排气口流出。

4 凿岩钻机自动放气阀选型原则

自动放气阀之前几乎没有在凿岩钻机上应用过自动放气阀，找到匹配的型号很重要，也是应用的难点。

（1）水系统压力选择

凿岩钻机上水泵的工作压力一般在1～1.6 MPa之间，属于中压系统；工作时的温度一般较低，在零度到十几度之间，能够保证水路不结冰正常工作即可。市面上的自动放气阀一般工作压力都比较小，尤其是螺纹式微量自动放气阀。

综上所述，自动放气阀的选型主要依据工作压力，最高在1.8MPa（安全压力考虑）和常温工作进行选型匹配。

（2）立式多级离心泵放气口的匹配

立式多级离心泵放气口一般都是螺塞配置。操作时，需要人工手动放气，直至放气口排出水为止，然后把螺塞安装回去才能进行下一步操作。

螺纹式微量自动放气阀现有型号的螺纹规格跟立式多级离心泵放气口螺塞一般不一致，需要配置自主设计的过渡变径接头进行装配优化。

5 自动放气阀在凿岩钻机上的装配要点

凿岩钻机水系统配置自动放气阀是为了避免水泵工作时的人工排气操作，防止因为操作不当引起水泵故障。所以，自动放气阀在凿岩钻机上的正确使用和维护至关重要。

5.1 安装位置

立式多级离心泵的泵体最高端都预留螺塞，现实中一般有两种方法进行放气，可以利用原水泵厂家螺塞进行排气工作，也可以引出管路后安装球阀。这两种方法都需要人工操作。自动放气阀在此处代替球阀，实现了水泵放气工作的免维护，如图2所示。

5.2 过渡接头

图2

由于主要依据工作压力和温度进行选型的自动放气阀的螺纹外径跟水泵上的预留螺塞一般不匹配，需要一个过渡接头装置进行装配。使用时注意过渡接头的变径处理，并保证自动放气阀安装后是垂直工作。

6 工作压力检测

在距离自动放气阀较近的位置安装水压表，用于检测水路工作压力。长时间高频率过压力工作容易造成自动放气阀的损坏，所以保证水泵在正常工作压力下的使用很重要。

7 应用效果

目前，该自动放气阀取代球阀已经在凿岩钻机的多种机型上进行了试验验证，使用效果良好。自动放气阀代替球阀，不仅减少了工人操作凿岩钻机的工作步骤，也减少了人为因素造成的水路故障，对同类型产品有积极的借鉴意义。