一種電子束熔煉爐用高真空插板閥

趙向宇，張文華

（1.洛陽(yáng)雙瑞精鑄鈦業(yè)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000；2.中鋁河南洛陽(yáng)鋁加工有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000）

插板閥是一種用于粉料、顆粒料及小塊物料等介質(zhì)的輸送并能切斷隔絕的設(shè)備。在冶金、礦山、建材、糧食、化工場(chǎng)所廣泛使用。由于其閘板開(kāi)有一個(gè)與標(biāo)稱通徑完全相同的光滑圓孔，使得通過(guò)其閥口的物料不易被卡阻，具有全通徑流通的特性。本文介紹一種高真空插板閥，為德國(guó)某品牌用于高真空電子束熔煉爐密封的插板閥。該閥被用在電子束熔煉爐的投送物料的轉(zhuǎn)鼓加料器的入口及出口上，起到在加料過(guò)程中隔離大氣與電子束熔煉爐真空環(huán)境的作用。由于EB 爐電子槍高真空工作環(huán)境的要求，插板閥在關(guān)閉狀態(tài)下要求密封嚴(yán)密可靠、泄漏率極低，一般要求小于1.0×10-9Pa·m3/s.本文在分析該插板閥結(jié)構(gòu)和工作原理基礎(chǔ)上，針對(duì)板閥常見(jiàn)故障進(jìn)行了分析并給出了處理措施。

1 插板閥結(jié)構(gòu)

圖1 為插板閥的整體外觀結(jié)構(gòu)。

圖1 插板閥外形圖

該閥最大的特點(diǎn)在于啟閉執(zhí)行氣缸的活塞在活塞桿上不是固定不動(dòng)的，其可以相對(duì)活塞桿在軸向方向上自由運(yùn)動(dòng)10 mm 左右，圖2、圖3 顯示了插板閥關(guān)閉狀態(tài)時(shí)及開(kāi)啟運(yùn)動(dòng)時(shí)氣缸活塞的位置狀態(tài)。氣囊充放氣控制回路中先導(dǎo)閥換向閥桿換向動(dòng)作靠氣缸活塞壓緊和釋放實(shí)現(xiàn)，活塞相對(duì)于活塞桿可以自由運(yùn)動(dòng)的距離正是活塞對(duì)先導(dǎo)閥操作的預(yù)作用距離，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣囊充放氣時(shí)間與閘板運(yùn)動(dòng)時(shí)間之間的先后循序的控制，即確保插板閥閘板開(kāi)始運(yùn)動(dòng)前，氣囊中氣體先與真空系統(tǒng)接通，氣囊被真空抽空，氣囊收縮，脫離與閘板的接觸，防止閘板將氣囊摩擦撕裂損壞，即如圖4 所示狀態(tài)。閘板兩側(cè)安裝有聚四氟乙烯耐磨環(huán)支撐，耐磨環(huán)既防止了閘板與閥體硬接觸同時(shí)也起到刮除閘板上殘余異物即自清潔作用。

圖2 閘板關(guān)閉狀態(tài)

圖3 閘板開(kāi)啟瞬間狀態(tài)

該插板閥的密封件是一個(gè)C 型結(jié)構(gòu)橡膠材質(zhì)的氣囊。傳統(tǒng)的插板閥密封原理有兩種：一種為閘板在運(yùn)動(dòng)時(shí)始終保持與密封件的接觸并施加一定壓力，另一種為當(dāng)運(yùn)動(dòng)時(shí)閘板與密封件不接觸，當(dāng)閘板關(guān)閉到位后靠外力將閘板壓向密封座與密封接觸實(shí)現(xiàn)密封。該型插板閥與上述兩種方式都不同，采用可充氣氣囊密封結(jié)構(gòu)，即當(dāng)閘板運(yùn)動(dòng)時(shí)氣囊連接真空處于收縮狀態(tài)，氣囊不與閘板接觸，如圖4 所示。閘板到達(dá)關(guān)閉位置后，依靠氣囊充氣膨脹壓縮插板閥閘板實(shí)現(xiàn)密封，如圖5 所示。氣囊的充氣放氣動(dòng)作由充放氣控制回路實(shí)現(xiàn)。

圖4 氣囊處于真空狀態(tài)

圖5 氣囊處于充氣狀態(tài)

2 插板閥工作原理

該插板閥工作過(guò)程為:當(dāng)插板閥關(guān)閉時(shí)，電磁換向閥V1 不帶電，壓縮空氣通過(guò)電磁閥進(jìn)入氣缸無(wú)桿腔，氣缸推動(dòng)插板閥閘板關(guān)閉，閘板關(guān)閉到位后，氣缸的活塞端面壓縮先導(dǎo)閥V2 的換向桿使先導(dǎo)閥V2 換向，壓縮空氣通過(guò)先導(dǎo)閥V2 進(jìn)入氣動(dòng)換向閥V3 使V3 換向，壓力為3 bar 左右的氬氣通過(guò)換向閥V3 進(jìn)入插板閥氣囊，氣囊膨脹壓縮閘板實(shí)現(xiàn)密封。圖6 為插板閥關(guān)閉時(shí)的氣囊控制狀態(tài)圖。插板閥打開(kāi)時(shí)，電磁換向閥V1 帶電換向，氣缸有桿腔進(jìn)氣，無(wú)桿腔排氣，氣缸活塞先運(yùn)動(dòng)完其預(yù)行程，氣缸活塞將先導(dǎo)閥控制桿釋放，見(jiàn)圖3，先導(dǎo)閥復(fù)位，插板閥的氣囊與真空系統(tǒng)接通，迅速將氣囊中的氬氣抽空，氣囊收縮離開(kāi)閘板，閘板開(kāi)始運(yùn)動(dòng)直至到完全打開(kāi)位置。圖7 為插板閥開(kāi)啟過(guò)程中氣囊控制狀態(tài)。

3 插板閥常見(jiàn)故障分析及處理

圖6 插板閥關(guān)閉控制狀態(tài)

該型插板閥常見(jiàn)故障為密封氣囊漏氣，密封失效。從氣囊破損的位置及裂口分析，氣囊破損是氣囊與閘板之間的摩擦造成的撕裂，根據(jù)該插板閥的工作原理，在正常情況下閘板運(yùn)動(dòng)時(shí)與氣囊是不接觸的，造成閘板運(yùn)動(dòng)時(shí)與氣囊接觸的直接原因就是閘板運(yùn)動(dòng)前氣囊氣體沒(méi)有及時(shí)接入真空系統(tǒng)，導(dǎo)致氣囊處于膨脹狀態(tài)。沿著控制回路往前分析就是氣動(dòng)換向閥V3 沒(méi)有及時(shí)換向，而造成V3 沒(méi)有換向的原因則可能是先導(dǎo)閥V2 沒(méi)有及時(shí)換向或發(fā)生堵塞。

從實(shí)際的故障記錄統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，導(dǎo)致氣囊破損故障的原因最多的就是先導(dǎo)閥被卡死，無(wú)法正常換向所致。處理措施為：對(duì)先導(dǎo)閥拆解清洗，測(cè)試若恢復(fù)正常則可繼續(xù)使用，若無(wú)法恢復(fù)正常換向動(dòng)作則需要更換新件。

圖7 插板閥開(kāi)啟時(shí)控制狀態(tài)

4 總結(jié)

該型插板閥通流能力大、結(jié)構(gòu)巧妙、運(yùn)行可靠、故障少、關(guān)閉時(shí)泄漏率低，滿足高真空密封要求，可以在高真空設(shè)備上廣泛推廣使用。