闸阀的常见故障分析与改进措施.pdf

- 4 0． 阀 门 2 0 0 9 年第3 期 文章编号 1 0 0 2 - 5 8 5 5 { 2 0 0 9 0 3 - 0 0 4 0 4 4 闸阀的常见故障分析 与改进措施 张建华。 王芳， 尤广泉 南通市电站阀门有限公司， 江苏 南通 2 2 6 5 o o 摘要论述了常用闸阀的结构特点， 从选型、 设计、 制造、 安装、 使用和维护等几方面分析了事 故原因， 提 出了中腔异常升压对阀门的危害， 总结了防护措施。 关键词闸阀； 异常升压； 设计制造； 安装调试； 维护 中图分类号 咖3 4 文献标识码 B Tr o u bl e s ho o t i ng a n d c o r r e c t i v e m e a s ur e s f o r g a t e v a l v e ZHANG J i a n - h u a， W ANG Fa n g， YOU Gu a ng q u a n N a n t o n g P o w e r - S mfi o n Va l v e C o ． ， L t d N a n t o n g 2 2 6 5 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t An a l y z e t h e s t r u c t u r a l c ha r a c t e ris t i c s of c o mmo n ga t e v alv e s， a n d t h e c a u s e f o r a c c i d e nt f r o m the i r t yp e s ， d e s i g n， ma n u f a c t ur i n g， i n s t a l l a t i o n， o p e r a ti o n a n d ma i n t e n a n c e； pu t for ward t he v i e wp o i n t tha t the u n u s u al ris i n g p r e s s u r e i n the b od y c h a mb e r wi l l c a u s e d am a g e t o i t a n d gi ve s o me pr e v e n t i v e me a s u r e s ， a v oi d the a c c i d e n t o c c u r r e n c e a ga i n． Ke y wo r d s g a t e va l v e； u n u s u a l p r e s s u r e - ris e； d e s i g n a n d man u f a c t u r e； i n s t a l l a tio n an d d e bu g g i n g； main - t e nan c e 1 概述 闸阀以其耐压 、 耐温 高低温 、 耐腐蚀 多种材 料配置 、 具备双向密封功能 、 耐磨损 和使用寿命 长 等优点越来越广泛地应用于各类工业系统 ， 实现介 质的开启与关闭， 为系统的稳定与控制发挥了重要 的作用。 2分类 以国产常见标准的明杆 闸阀的闸板形 式分类 新结构未列 入 ， 其主要有 Z 4 0 、 Z 4 1 、 Z 4 2和 Z 4 4 等结构 图 1 、 表 1 。用户选 型时应 以工况要求 为 原则， 参考选择合适型号。并在安装、 调试和维护等 方面规范操作 ， 以避免或杜绝事故的发生。 甘 甚 l I I l ，一J r l l l l n 一 1 雷 I ．1 l l 4 ’／ 毛 a b c d a Z 4 0型楔式弹性板闸阀 b Z 4 1 型平行式单闸板闸阀 c Z 4 1 型楔式单闸板闸阀 d Z 4 2 型楔式双闸板闸阀 e Z 4 4型平行式双闸板闸阀 图 1 闸阀的常见结构 作者简介 张建华 1 9 6 3 一 ， 高级工程师， 从事阀门设计、 制造和管理工作。 2 0 0 9 年 第3 期 阀 门 3 常见事故 3 ． 1 阀杆断裂或变形 1 断裂 阀杆断裂一般发生在上下螺纹根部 ， 此处截面 积最小 ， 易出现应力集 中及超标现象。尤其 当工作 条件较大地偏离设计参数时。如某电厂曾多次发生 D N1 7 5电动闸阀开启后阀杆梯型螺纹退刀槽处拉 断的事故。调查发现， 阀门的阀盖预紧螺母松动， 阀 盖上移， 阀杆螺母卡住 ， 显然这是 电装行程调试过 位， 保护力矩过大引起的事故。 另一类阀杆断裂事故则发生于开启瞬间。表现 为闸板尚未脱离阀座， 阀杆即在上或下螺纹根部断 裂。其原因通常认为是闸板卡住， 这其实只是部分 原因或次要原因。一个重要原因是阀体中腔关闭后 的异常升压 ， 亦即阀门关闭后 ， 封闭于上下游两侧密 封面之间的中腔流体压力远高于上游压力的现象。 产生这种现象有两种原因。其一中腔流体被上游流 体加热升温发生膨胀， 导致压力剧烈升高。其二闸 板关闭瞬间流体封闭于中腔 ， 无法外流， 中腔空间被 阀杆进一步挤压， 由于液体的可压缩性十分有限， 也 会使压力剧增 ， 这 一现象尤其 易发生在发 电厂 的 Z 9 6 2类主给水闸阀上。同时， 其异常升压一般会成 几何级数增加 ， 远远超过阀杆强度设计极限。 表 1 几种常见结构 闸阀性能 类型 z 4 o ／ 6 o z 4 1 ／ 6 1平行 z 4 1 ／ 6 1 楔式 z 4 2 ／ 6 2 结构 带弹性槽楔式闸板 平行 单闸板 楔式单闸板 楔式双闸板 制造工艺性能 弹性槽可补偿制造误 两侧平行度及粗糙度 最差 ， 精度要求最 高 好 差 ， 总体精 度要求较高可方 便地保证 平行双闸板 好 可维修性能 较差， 精度要求最高 好 制造精度要求最高 最好， 具备挡宽磨损 好 补偿设计 高温抗咬性能 较差 ， 易发生 咬死现象好 很差 一般 好 密封性能及可靠性 结构 紧凑 。 制造精 度 低压时 易泄漏 ， 不适 结构 紧凑 ， 制造精 度 关闭 时 自动吻 合 ， 密 零件较 多 ， 低压 时密 高， 密封性能较好 用低压或压力波动工况 高， 密封性能较好 封可靠 封性能较差 密封面使用寿命 较 长 易擦伤 较长 长 易擦伤 制造成本 较高 低 较低 高 高 工况适应性 各压力段均适用， 高 低压或压力波动时不 具备强制密封设计 ， 具备强制密封设计， 低压或压力波动时不 温慎用 适用 ， 高温适用 适用各 压力 段， 但 高温 适用各压 力段 ． 高温慎 适用 ， 高温适用 慎用 用 对驱动装置的要求 驱动力矩大 驱动力矩最小 驱动力矩大 驱动力矩较大 驱动力矩较小 安装调试要求 启闭力矩及行程控制 仅须控制行程， 用力 启闭力矩及行程要求 启闭力矩及行程控制 仅须控制行程， 用力 要求严格 矩保护 严格 要求严格 矩保护 2 变形 阀杆弯曲一般 出现在 电动阀 门电装调试不 当 时，如关闭力矩过大又未设行程保护或失调等，其 对阀门的破坏非常大。 3 ． 2泄漏 1 外漏 阀门壳体一般采用铸件加工。虽然锻件可以代 替铸件用于高温高压工况，但受工艺或成本的限 制，大规格壳体通常用铸件制造。由于铸件存在气 孔、夹渣、裂纹、缩松和疏松等大量缺陷 ，这些缺 陷在阀门的运行中会随时暴露 ，成为威胁安全运行 的隐患。某电厂 2 0 0 7年统计数据表明，阀f - J b 漏 事故中， 3 7 ％为壳体铸造缺陷引发。其余则为阀 杆 、中法兰及端法兰密封出现故障引发。 密封件损坏也将导致系统介质大量外漏。如阀 杆密封处外漏一般由填料压板的活节螺栓未及时压 紧引起 ，一旦发生常导致重大事故。另一个原因是 阀杆表面因处理工艺或材料选择不当被介质腐蚀或 填料不合格腐蚀了阀杆密封表面。阀杆上下运动会 由其表面锈蚀处带出填料微粒，反复多次即出现填 料间隙泄漏，此时如维护不当，高压或高速介质在 极短时间内将填料冲出，形成泄漏。同样 ，以石墨 不锈钢丝缠绕材料作密封件的高压 自紧密封阀门及 以不锈钢带石墨缠绕垫的中法兰密封阀门亦应防止 此类情况的发生。再一个原因也常引起介质的大量 外漏，即填料压盖与阀杆间配合间隙过大，阀杆上 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 阀 门 2 0 0 9 年第3 期 下运动过程中，会因间隙过大反复摩擦填料带出微 末，最终使填料压紧比压下降，导致泄漏。 2 内漏 引起阀门内漏的原因很多 ，新阀门运行不久即 发生内漏和关不到位，应为密封面夹杂异物。因此 新安装阀门产品投运前认真检查，仔细冲管可减轻 这类事故的发生。 3 ． 3 闸板故障 I 卡塞 闸板卡塞表现为闸板卡在阀体中腔导轨侧，甚 至与阀杆脱离 ，主要因设计制造不 良引发 ，如导轨 接触宽度过短或过长 ，导轨表面粗糙等。当闸板卡 塞在阀座中，而阀杆强行上提时，常常出现闸板 T 形槽断裂或变形 ，避开 “ 异 常升压 ” 因素 ，另 有 温差与关闭力两大原因值得注意。典型的温差工况 如阀门在冷态关闭热态后再打开 ，由于阀杆受热膨 胀伸长使闸板进一步压紧 ，增大闸板 的关闭力矩 ， 导致闸板楔住 。如热态关闭 ，冷态打开时 ，由于两 侧阀座热变形引起裆宽变大 ，冷态则收缩变小 ，从 而导致闸板楔住 。上述两种状态如伴随 “ 关闭力” 过大，即关得过紧 ，如电装驱动调试不当或不适 当 地使用增力机构如扳手或杠杆等，则发生闸板楔住 的几率增大。 2 撞裂 闸板撞裂 或底 部变形 主要 出现在 Z 9 4 4 ／ Z 9 6 4平行板式结构产品中 ，闸板底 部直接撞击 阀 体底部时发生 ，多由于电动阀门电装调试不当，关 闭行程未设限位或限位失灵时极易发生。 3 密封面裂纹 密封面裂纹主要出现在合金钢材料 的阀门中， 常常由于工艺不合理导致。合理选材及合理控制焊 接工艺参数可避免 。 4 分析与对策 4 ． 1 设计与制造 ①国家标准中对闸阀无开度标识要求，普通阀 门只能凭手感判断开度，这在许多场合不尽合理。 建议阀杆端部设计限位装置，防止阀门过度关闭。 ②阀杆强度多处减弱，承载能力降低。如螺纹 退刀槽根部等，这些部位在中腔异常升压时常常最 先断裂。建议 D N3 5 0以上电动阀门阀杆直径应适 当加大，同时加工装配应提高支架上下同轴度，并 合理选择电动装置的启闭力矩值。 ③现行闸阀国家标准 中对中腔异常升压现象未 涉及，未提出设计内旁路或外旁路的要求，导致升 压无法 泄放，使用 中常出现事 故。建议温差较 大 时，采用平板阀门为宜。 ④采用铝青铜制造阀杆螺母时，当电装转速较 快或启闭较频繁时会很快磨光螺纹牙面 ，导致阀门 无法动作。建议设计时适当增多牙数，有效润滑， 并定期维护更换。对于重要阀门应采用合理的填料 密封组合，重要的配合面间隙 如自紧密封阀门 的阀体与阀盖的配合间隙、阀杆与填料压盖的配合 间隙、填料压 盖与阀盖配合 间隙等 和位置公差 如阀盖与支架的上下同轴度、法兰螺孔位置度 等应严格控制。 ⑤限于目前的工艺水平，建议重要的高温高压 阀门壳体采用全锻钢或锻焊结构制造。阀门的零部 件材料应严格按照相关标准选用 、检测和处理 。 ⑥导轨加工时应去除棱角，两侧保留充分的结 合面，以保证闸板严重偏移也不会脱离导轨。 ⑦选择合适的密封面材料和硬度匹配 ，加工中 保证表面粗糙度 、平面度和吻合度符合要求。阀杆 表面处理要达到设计要求 ，以防其表面锈蚀 、腐蚀 或镀层早期脱落。 4 ． 2 安装与调试 ①建议在重要的高压大口径阀门上下游间增加 旁路装置以降低启闭压差， 减轻启闭瞬间闸板对密 封面的擦伤 ，同时有利于减小电装力矩 ，降低制造 成本。 ②中腔安装安全阀是控制异常升压的有效措 施 ，既可保护阀门启闭件 ，又能维护系统 的安全运 行。另外在上游侧与中腔间安装外旁路或闸板上游 一 侧开泄压孔均是有效的可行手段 。 ③管道冲洗应彻底，以免管内杂物 如铁屑， 焊渣 ，焊条头 ，螺母等轧伤密封面。 ④推荐闸阀阀杆垂直向上安装，倾斜安装会增 加闸板卡住的几率。水平安装时应有安装支架支撑 电装 ，并在安装时校正阀杆。 ⑤电动闸阀安装调试时应由专业人员认真按要 求操作。开启行程过大或保护力矩过高的后果是拉 断阀杆或阀杆螺母卡住等。正确的做法是用手轮调 定开启位置，用力矩保护，一般保护力矩控制在 2 0 ％ 一3 0 ％。关闭行程过大 ，启闭力矩过大的后果 是闸板在阀座中楔住，而启闭力矩过大则可能导致 拉断阀杆、闸板 T形槽断裂、阀杆螺母卡住等。 正确的做法是用手轮调定关闭位置后适当上提闸板 2 0 0 9 年第3 期 阀 门 ．- 4 3- 1 ～ 3 m m 主要对高压阀门 ，这样可避免中腔异 常升压导致的开启力矩过大。平板闸阀关闭行程过 大常常会撞裂 或变形闸板。调试时调定其关 闭行程位置即可，并不需过大的关闭力矩。 4 ． 3 运行与维护 ①建议启闭力矩大于4 0 0 N m的阀门应采用 增力机构设计 ，如齿轮机构、撞击手轮、带轴承的 阀杆螺母等。电装选型时应预留 3 0 ％ ～ 5 0 ％ 的力 矩裕度，不推荐采用气动型楔式闸阀。 ② 自紧密封设计 的阀门运行一段时间后应再紧 固预紧螺栓 ，防止压力波动时阀盖下沉引起介质外 漏 ，冲出自密封圈。运行过程中应对填料压紧螺栓 和中法兰压紧螺栓进行正常维护 ，及时紧固。对轴 承机构、各类 螺纹处定期润滑，及时去除灰尘污 垢。定期动作试验 重要 阀门应经常启 闭测试其 动作性能，防止锈蚀 卡涩 ，及时发现隐患 ，定期 检修 重要阀门应定期检修，检查维护其密封面、 驱动机构、密封圈等重要关键部位 ，建立设备维 护记录档案。 5 结语 设计、制造、选型、安装 、调试和维护等方面 相结合 ，才能保证阀门产品的安全使用 ，避免重大 事故发生 ，保证产品及工艺流程的安全运行 ，从而 延长设备寿命，延长检修周期，节省维修及生产成 本 ，提高企业效率。 参 考 文 献 1 】 沈 阳阀门研究所． 阀门设计 [ z] ．辽宁 沈阳阀门研究所 ， 1 9 7 6． 2 ] 王训钜．阀门的使用与维修技术 [ M] ．湖北科学技术出 版社 ，1 9 8 5 ． 收稿 日期 2 0 0 9 ． 0 2 ． 叭 稿 约 阀门 杂志 1 9 7 2年创刊，国内外公开发行。国内刊号为C N 2 11 1 3 1 ／ T H，国际刊号为I S S N 1 0 0 2 5 8 5 5 ，国内邮 发代号为88 0 ，国外邮发代号为B M1 6 8 5 ，双月刊。本刊是我国阀门行业唯一一份公开发行的技术期刊。为使期刊与 国际接轨。使科技论文格式标准化和规范化，特定投稿须知如下。 1 ．来稿在内容上应有较高的学术水平和技术创新性。要密切联系生产实际，具有较高的推广应用价值。在表述上应做 到观点明确，论据充分，结构合理，层次清楚，语言通顺，文字筒炼。开篇应说明论文所述内容在国内外的发展现状和应 用前景，重点突出核心技术问题，明确作者的创新点和技术突破点，给出实现机理、方案及相关图表，并给出试验结果和 应用前景。结束时应对论文有明确的结论。 2 ．本刊写作次序是文字题目，作者姓名，作者单位，详细通讯地址，邮编，文章摘要，关键词，英文题目、作者姓 名、作者单位、通讯地址、文章摘要和关键词，正文，参考文献，作者简介。 3 ．文题应简明、具体、确切，概括文章的要旨，中文题名一般不超过2 0个汉字，题名中应避免使用非公知公用的缩 略语、字符、代号以及结构式和公式。 4 ．文章均应有作者署名，并在文章结尾给出作者简介，其内容包括姓名 出生年 一 ，性别 民族 ，籍贯，职称， 学位及研究方向。多位作者的署名之间应用逗号“， ” 隔开，不同工作单位的作者，应在姓名右上角加注不同的阿拉伯数字 序号，并在其工作单位名称之前加与作者姓名序号相同的数字，以便于建立作者与其工作单位之间的关系。多位作者应给 出第一作者简介，多位作者的排序应在投稿时确定，不得在编排中再作更改。 5 ．摘要应具有独立性，不应出现图表、冗长的数学公式和非公知公用的符号及缩略语，准确反映论文的研究内容。中 文摘要篇幅为1 0 0 3 0 0字。英文摘要和关键词应与中文摘要和关键词相对应。每篇文章可选3 8个关键词。 6 ．文中计量单位应采用法定计量单位，一律用符号表示。图、表应有相应的序号与题 目，图中的文字、数值、符号、 图注应与正文保持一致。英文必须译成中文，外文字母要分清大、小写。文中表格一律采用三线表。坐标 图中不用坐标方 格线，其标目格式为物理量符号／ 单位，并与相应的坐标轴平行居 中放置，图中应采用法定定计量单位，并用符号标出。 图中序号不加圆圈或括号，数字下面也不要横线，序号应连续排列，序号引线所指之处不加箭头或小圆点。扫描仪处理的 插图线条要清晰，如有断线和污迹等影响制版，一般不采用。曲线图应线条粗细均匀，主副线分明，照片图要求图像清晰， 层次分 明，反差适 中，不要有污迹或折痕。 7 ．给出必要的参考文献，并在文内用上角标标出。参考文献格式为 书籍 著者，题名，版本，出版地，出版者，出版年，页码。 期刊 著者，题 篇名 ，刊名，出版年，卷号 期号 ，页码。 8 ．来稿请给出详细通信地址、邮编、电话号码及 E ma i l ，以便联系。 本刊投稿自愿，若涉及保密问题，作者自审时须慎重，文责自负，来稿一律不退，严禁一稿多投，被录用的稿件编辑 部有权删改，并同时拥有在本刊网站版的使用权。为减少排版错误，提高期刊质量，请作者将文章用 Wo r d编排，插图用 C A D绘制，存入磁盘，以挂号方式寄给我社或用 E ma i l 发送至我社。稿件发表后将及时支付稿酬和赠送样刊及连续一年 的期刊。本刊已加入 ，投本刊论文作者需对本刊以此方式使用论文无异议，稿酬 已在本刊付酬 时 一 次付清。 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载