排烟防火阀门执行机构的分析与试验

2022-07-15林晋立

机械工程师 2022年7期

林晋立

（广东产品质量监督检验研究院，广州 510330）

0 引言

排烟防火阀门是防火阀、排烟防火阀和排烟阀3种阀门的统称。无论何种阀门，执行机构都是安装在其上的重要执行部件。缺少执行机构的排烟防火阀门是不完整的，无法实现其隔烟阻火的功能。当建筑物发生火灾时，执行机构是否正常工作将直接影响排烟防火阀门的功能实现[1-3]。在我国，排烟防火阀门的生产已有50多年的历史，其市场需求量不断扩大，相应的国家标准也应运而生。执行机构作为排烟防火阀门产品的核心部件，至今仍然没有出台相关国家标准。本文主要介绍排烟防火阀门执行机构的组成和功能，并根据企业标准对执行机构的重要性能进行检测。

1 执行机构的功能与组成

本文将以ZPFHF-WSDc-K-24/0.7型排烟防火阀执行机构为例，详细介绍其结构与功能。其执行机构由机械部件与电气部件两部分组成。机械部件由底座、外壳、摆杆、凸轮导杆机构、主轴、扭簧、扭簧卡座、操作手柄、拉环、拉簧和塔簧组成，其中凸轮导杆机构由凸轮与导杆2个零件组成，凸轮和扭簧沿轴向安装在主轴上，主轴是一中空轴体；电器部件由电磁铁、微动开关、微动开关支座、接触片、接线端子和电线束组成，如图1所示。

图1 执行机构结构图

执行机构安装在排烟防火阀门的一侧，阀门叶片主轴穿过执行机构中空主轴并通过螺栓紧固在其上。执行机构的功能是控制排烟防火阀门叶片的开启和关闭，部分执行机构还可以控制阀门叶片开合的角度。

本例中排烟防火阀执行机构的开启方式只有一种，即手动开启方式。通过人手施加力量使操作手柄旋转至一定角度打开执行机构，开启原理如下：旋转执行机构主轴，主轴将带动凸轮旋转，当凸轮凹陷处旋转至导杆中部E点时，导杆在拉簧拉力作用下向凸轮靠近，挡轴嵌入凸轮凹陷处限制凸轮回转。与此同时，摆杆与导杆在G点形成卡扣，导杆锁止。主轴扭簧积蓄的力量无法释放，执行机构将保持开启状态。此时，各零件受力图如图2所示。

图2 执行机构内部受力图

执行机构的关闭方式有3种，分别为手动关闭、温感器动作关闭和电控关闭。

手动关闭方式需要轻拉拉环，通过力的传递可使主轴扭簧积蓄的力量释放，执行机构关闭。工作原理为：拉动拉环，摆杆顶端A受拉力F拉环作用环绕中部支点O沿拉力方向运动，此时摆杆与导杆所形成的卡扣分离，主轴扭簧受驱动转矩影响回复原状，执行机构关闭，摆杆受力分析如图3（a）所示。

温感器动作关闭是指执行机构内部温感器的感温片在高温中熔断，使执行机构关闭。工作原理为：感温片熔断后，温感器头受内部弹簧力作用向下运动，这一过程对摆杆中下端C点产生挤压力F温感器，根据杠杆原理摆杆顶端A受到相反的力F2使其与导杆分离，主轴扭簧受驱动转矩影响回复原状，执行机构关闭，受力分析如图3（b）所示。

电控关闭方式是使电磁铁通电，产生吸合力F电磁铁吸合摆杆底部的铁块，使摆杆顶端A受到相反作用力F3与导杆分离，工作原理与温感器动作关闭相似，受力分析如图3（c）所示。根据行业标准GA112-1995《建筑防火产品用电磁铁通用技术条件》规定，电磁铁吸力为10 N，行程为4 mm[4]。

图3 摆杆受力分析图

防火阀与排烟防火阀功能相似，在常态下均保持开启状态，发生火灾时才关闭。因此，防火阀执行机构与排烟防火阀执行机构的功能一致。排烟阀由于在常态下保持关闭，发生火灾时才开启排烟且没有温感器，因此其执行机构的功能与排烟防火阀相反：关闭方式只有一种，为手动关闭；开启方式有两种，手动开启和电控开启。

2 执行机构的试验

由于目前尚未出台排烟防火阀门执行机构的相关国家标准和行业标准，一般由企业自行制定相应标准以规范在实际生产中的使用情况，对执行机构的试验也按照企业标准所规定的项目来进行。企标常开展的检验项目有7项，分别为外观、驱动转矩、关闭力/开启力、电动控制、耐温湿性能、绝缘电阻性能、耐腐蚀性能。下面将按照企标中的试验大纲对执行机构的各检验项目进行试验研究。

2.1 外观

试验大纲中规定执行机构外形应平整无翘曲，焊接表面应光滑平整无虚焊夹渣，表面必须进行防腐处理且不得有漏漆和漏镀现象，贴在执行机构上的标志应清晰准确。进行此项检验时，操作人员无需使用专业的检测仪器，可以用肉眼直接观察执行机构外表面是否符合试验大纲的要求。

2.2 驱动转矩

2.2.1 试验仪器

驱动转矩试验需要使用数显推拉力计，型号为DS2-500N。此款推拉力计简单易用，可以将拉力大小通过数值显示在LCD液晶屏上，拉力值使用正数表示，推力值使用负数表示。

2.2.2 试验步骤

使用拉力计牵动执行机构上的操作手柄，使其由关闭状态旋转为开启状态并锁止，测量操作手柄由关闭至开启过程中所需的最大拉力，此拉力与对应力臂的乘积即为驱动转矩。力臂是力的作用线到转动轴的距离，驱动转矩可由下述公式表示：

式中：M为驱动转矩，N·m；F为牵引拉力，N；h为力臂，m。

此执行机构操作手柄手持部分为圆球状，拉力计无法直接与其挂接，必须使用铁丝挂接。驱动转矩试验图如图4所示。

图4 驱动转矩试验图

2.2.3 结果分析

测量3组数据取平均值，试验结果如表1所示。

试验大纲规定排烟防火阀门执行机构的驱动转矩不应小于6 N·m。由表1可知，此执行机构的驱动转矩为13.38 N·m，符合标准要求。

表1 驱动转矩试验数据

2.3 关闭力/开启力

防火阀和排烟防火阀执行机构进行关闭力试验，排烟阀执行机构进行开启力试验，试验均需使用数显推拉力计。试验步骤如下：试验前，为拉力计换上勾型触头；使用勾型触头勾紧执行机构拉环并使拉力计与拉环运动方向保持水平；手持拉力计缓慢拉动拉环，记录执行机构关闭时拉力计的读数，反复测量3次取平均值。

值得注意的是，执行机构关闭后手部仍有向后运动的惯性，因此施加给拉环的力必须轻而缓。施力过大、过急将导致测得的数据包含手部惯性力，试验结果不准确。试验大纲中规定关闭力/开启力不可大于70 N，此排烟防火阀执行机构的关闭力为12.8 N，满足试验大纲的要求。

2.4 电动控制

执行机构有6个接线端子，与电磁铁、微动开关相连接。微动开关具有3个引脚，分别为常开端NO、常闭端NC和公共端COM。执行机构使用常闭型微动开关，因此常态下微动开关NC端与COM端连通，微动片动作后NO端与COM端连通。在机械连接方面，微动开关1和2采取水平叠放的方式，其开关动作具有同步性。在电器接线方面，微动开关1与电磁铁相连，微动开关2直连接线端子用于同步测量信号的通断。电磁铁、微动开关、接线端子等电器部件接线图如图5所示。

图5 执行机构电器接线图

电动控制试验使用型号为GPS-2303C的直流稳压电源。令执行机构处于开启状态，使用数显万用表通断挡分别连接端子4、5和4、6，测量输出信号；接线端子1、2分别与电源正负极连接，调节电源电压稳定至24 V，接通电磁铁回路，执行机构应关闭；执行机构关闭后回路断开，需要手动使微动开关动作才可测量电磁铁的额定工作电流，电控试验如图6所示。

图6 电动控制试验图

使用数显万用表通断挡分别连接端子4、5和4、6，测量输出信号；调节电源电压为20.4 V和26.4 V，分别测量两种电压下电磁铁是否正常动作，记录试验数据如表2所示。

表2 电动控制试验数据表

2.5 耐温湿性能

2.5.1 耐高温性能

耐高温性能试验使用TH-1200BH型恒温恒湿试验箱，将恒温试验箱内温度设置为55 ℃±3 ℃，把执行机构置入其中保持4 h，取出后5 min内进行电动控制试验。

2.5.2 耐低温性能

耐低温性能试验使用超低温试验机，工作温度在-40～130 ℃范围内，精度为± 0.1 ℃。将超低温试验机温度设置为-10 ℃±1 ℃，把执行机构置入其中保持4 h，取出后5 min内进行电动控制试验。

2.5.3 恒定湿热性能

恒定湿热性能试验使用TH-1200BH型恒温恒湿试验箱，将试验箱内温度设置为40 ℃，相对湿度设置为93%，把执行机构置入其中保持24 h，取出后5 min内进行电动控制试验。

3种不同温度特性下执行机构电动控制试验数据如表3所示。

根据表3中数据可知，额定工作电流均小于0.7 A，满足标准要求。耐高温性能、耐低温性能和恒定湿热性能完成后分别进行电动控制试验，执行机构在3种电压下均能正常关闭。

表3 不同温度特性电控试验数据表

2.6 绝缘电阻性能

绝缘电阻性能使用兆欧表进行测量，其量程为0～500 MΩ，由于内部采用手摇发电机供电，兆欧表又称为摇表。测量前需要检查兆欧表的短路电阻和断路电阻以确定其是否正常工作，断开执行机构电源，使用红黑表线分别连接执行机构的接线端子与外壳并确保线路可靠连接，摇动兆欧表观察指针读数。测量此执行机构时，兆欧表指针偏向无穷大，表明其绝缘电阻值大于500 MΩ，满足标准大于20 MΩ的要求。

2.7 耐腐蚀性能

排烟防火阀门一般安装于空气调节系统的送风管道、机械排烟系统管道及端部，这使固接于其上的执行机构长时间暴露在潮湿环境中。通过对执行机构耐腐蚀性能的检测可判断其在实际环境中长时间存放后是否影响正常使用。

耐腐蚀性试验需要使用盐雾箱，试验前将执行机构表面的所有油脂擦拭干净。盐雾试验5个周期，每个周期试验时间为24 h，在1个周期内先连续喷雾8 h，随后停止喷雾16 h。喷雾时，盐雾箱内部温度保持在（35±2）℃，相对湿度保持大于95%；停止喷雾时，盐雾箱内部不加热，使执行机构自然冷却静置16 h。试验结束后取出执行机构进行启闭试验，检测其是否正常启闭并输出相应信号，依此判断执行机构耐腐蚀性是否合格。