技师论文《氧气厂上塔污氮阀密封改造与改进设计》Word文件下载.docx
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本文主要描述北京首钢氧气厂三万五空分上塔污氮阀密封缺陷分析，以及其密封结构的改造。
通过改造：
1.密封槽改进“T密封”密封形式，替换为国内常见的O型圈密封；
2.把原有的单圈密封增加为三层，提高了密封效果；
3.增设了外筒夹板，消除了由于气缸筒变形引起的泄漏可能。
并针对该污氮阀的选取、设计、安装等工作中存在的问题提出了符合现场实际的意见。
同时针对原设计中存在的问题，绘制出标准的生产图纸。
提高了班组维检的技术能力，为今后氧气厂的检修、安装维护提供了参考依据。
关键词：
上塔污氮阀O型圈T密封改造
1绪论
北京首钢氧气厂35000NM3／h机组，于2004年引进自法国液空。
户外式全低压、全板式、规整填料空分塔及采用无强制氩工艺，各种稀有气体全提取、采用“立式径向流双层床”分子筛吸附净化、氧气、氩气内压缩流程，由计算机（DCS）集中自动控制，可以采用自动和手动启动操作。
[]
上塔污氮阀是空分塔上塔分离的不纯气体氮输出至主板式换热器的输出控制阀，通过控制叶片开度调节输出流量，完成对空分系统的调节。
是空分中最重要的气体阀之一。
2故障及其影响
2006年1月，首钢氧气厂三万五空分上塔污氮阀PV1626密封失效，阀门关闭后无法气动打开。
三分钟后，持续无响应动作，操作工决定手动开启；
十五分钟后系统操作完成，并逐渐恢复正常，但阀门依然无法气动开启；
此后约每半小时一次的阀门开关操作改为手动。
上塔污氮属于三万五主流程之一，直接影响空分塔的制冷、分子筛的置换、稀有气体的制取。
上塔污氮阀PV1626属于频繁开关的高压气体阀，对阀门开度有很高的精度要求，而手动根本不可能达到系统操作的要求。
PV1626抢修迫在眉睫。
3故障原因分析
如下图一，污氮阀PV1626是一种气缸气动带动阀门叶片动作的自动手动两用阀。
欧盟瑞典
（BETTIE）公司设计生产，阀门型号G5628-SR4CW。
承压能力大，气源气压要求很低，适用于各种大流量气液流体要求。
[]
如图，阀门气缸左右两侧各开一气孔，通过气孔调节活塞两侧的气体压差，带动活塞移动；
活塞通过连杆把往复运动传递给球接头；
球接头由滑拐把活塞的往复运动转化为竖直轴向转动，并由阀片杆传递给阀门阀片，以起到控制阀门的开关效果。
流量控制0～100000NM3／h，分100个开关控制位置，响应速度3s，可以根据管路情况，在很大精度上快速调节流体流量，达到稳定管网的要求。
如图，气缸轴向设置两根拉紧杆起到固定气缸盖的作用；
连杆箱内左右各一极限位置调整螺栓，以控制阀门的左右极限位置。
图一：
污氮阀PV1626结构示意图（俯视）
3．1．密封点过多
表一：
PV1626密封点数、密封线长度汇总
气缸壁密封
拉紧杆密封
连杆密封
气孔
密封点数
密封线长度
气缸外盖
1
2325
2
220
--
56
气缸底盖
110
活塞
总计
3
6975
6
660
112
表二：
PV1626密封形式汇总
密封形式
O型圈
静密封
无
生料带
动密封
T密封
如上表一所示，该气缸总共包含13条密封，动密封4条，任何一条密封失效都会导致整个系统的不稳定。
密封点的过多将很大程度地降低密封的可靠性。
阀门设计密封点过于多是阀门密封失效的根本原因。
3．2．密封线过长
如表一所示，密封线的总长度7962mm（近8米），动密封2655mm。
在较高的压差（36KPa）、管道温度变化悬殊、管道振动等因素的综合影响下，如此长的密封线很难保证长时间的稳定。
阀门设计密封线过长是阀门密封失效的重要原因。
3．3．必要的地方仅有单道低压密封圈密封
所有的密封点均采用了单道的密封，密封只有一层，很难保证密封的有效。
3．4．气缸壁过薄，产生变形
经测量，气缸壁厚只有3.96mm，采用普通薄钢板弯折焊接而成（焊缝内面经打磨平整，较少存在泄漏的可能）。
拆卸下后，平放时，明显观察到筒体的变形，轴截面呈严重的椭圆形。
由于未知气缸壁的材质，未能得到气缸壁变形以及刚度的数值。
而且在实际生产中，此阀门的失效应属于密封失效，气缸壁的微小变形都将导致泄漏，而不会出现刚度失效。
3．5．“T密封”不适宜于存在径向压力的部位
如下图，“T密封”是一种比较先进的动密封，适用于各种高压动密封，国内暂时没有厂家独立掌握此技术，在北京没有生产，同时五金市场上也没有相应的商品出售。
但在此设计中，使用“T密封”是一种选型错误。
图二：
“T密封”刨面示意图
图三：
“T密封”组合示意图
如图，“T密封”以氟橡胶作为支撑环，非常薄的石墨环作为摩擦密封面。
由于PV1626的气缸外壳刚度不高，存在外壳变形，所以该密封处存在很大的径向压力。
而作为摩擦密封面的石墨环非常薄，很容易在长时间的摩擦积累中磨损失效；
同时由于石墨弹性较小很容易形成某一特定部位的偏磨，而另一位置由于压力差关系而形成间隙，造成泄漏。
4改造方案
针对以上故障原因分析，车间协商，对PV1626作如下改造。
4．1．两端面与筒体静密封增设为三道
图四：
两端面与筒体静密封改造示意图
此处原始设计仅有一道Φ4.7mm的O型圈密封，为了增加密封效果，增设两道Φ5.3mmO型圈密封。
（由于外壳变形，无法测得外壳内径，密封处配合间隙未知，未能参照标准设计。
开槽尺寸采用经验值，加工参量现已遗失）。
4．2．拉紧杆和连杆处静密封增设为三道，提高压力等级
图五：
拉紧杆静密封改造示意图
如图，原始设计采用O型圈“硅Φ34.7×
Φ3.55”，是一种标准件。
在改造设计中，由原来的硅橡胶改选为氟橡胶，以降低因为温度骤变而对寿命产生的影响，型号不变“氟Φ34.7×
Φ3.55”。
图六：
《机械设计手册》O型圈查询[]
图七：
《机械工程手册》O型圈沟槽加工尺寸（截图）[]
连杆处静密封，原始设计“硅Φ44.7×
Φ4.1”，改造为“氟Φ44.7×
Φ4.1”，其它不变。
示意图略。
4．3．活塞与外壳处动密封O型圈增设为三道
图八：
活塞动密封改造示意图
同上，原始设计“硅—Φ4.1”，增设改造“氟—Φ5.7”。
4．4．改造“T密封”为“加垫O型圈密封”
O型圈改造选型为：
“氟Φ39.7×
Φ4.1”，外侧和端侧添加聚四氟乙烯塑料以控制O型圈的密封。
由于加工限制，四氟垫圈不可过薄，所以不可选用较粗的O型圈。
由于此端面回转半径过大，车床加工限制，不能如上述其他改造方案采用三层结构。
图九：
原始设计“T密封”示意图
图十：
O型圈改造设计示意图
4．4．气缸筒外侧夹装“定圆夹板”
图十一：
外侧夹装夹板示意图
5改造效果
自2006年2月底，以如上方案对三万五上塔污氮阀进行改造，改造至今的一年半的时间里，该阀门运行正常，未出现泄漏和开关失效的情况。
2007年6月对此上塔污氮阀进行大修检查，检查结果显示该气缸密封完好，所有密封点未出现任何过大的磨损和机械损伤，未出现外壳明显损伤，外壳没有变形，夹板紧固可靠，所有连接点灵活稳固。
07年6月厂组织正式发文，公布此次改造成功。
同时表示此次成功改造对今后的的设备维护与改造有很高的借鉴意义。
6设计改正意见
此次气缸泄漏引起的阀门失效，主要原因是设计错误、零件选型错误、安装错误等造成的，针对这些问题，笔者提出以下意见，以完善阀门设计并为以后安装改造提供依据。
6．1．拉紧杆设置错误
拉紧杆只起到固定拉紧筒体和端盖的作用，不应设置在气缸内。
拉紧杆设置在内部会增加很多密封点，增加泄漏可能。
拉紧杆应设置在筒体外侧，起到紧固的同时减少密封要求。
6．2．选取壁厚较厚、刚度较高的筒体
筒体由普通薄板弯曲焊接而成，在选材时应选择较厚的钢板，以提高筒体的刚度，避免由于筒体变形对密封点造成不均衡的压力，避免泄漏产生。
6．3．增宽密封处，至少设置两道以上O型圈密封
7修正后的设计图
综合各方面改进意见，参考三万五上塔污氮阀改造经验，根据上文所述改进意见，对
公司的G5628-SR4CW型气动阀作如下优化设计。
设计图见附页一和附页二。
附页一为气缸部分的设计组装图，不包含连杆箱部分；
附页二为气缸密封点密封槽设计图，其中O型圈的密封槽为参照设计手册和零件尺寸的优化设计尺寸。
8参考文献
[1]北京首钢氧气厂《三万五制氧设备技术操作规程（试行本）》，首检规（F21）04-2005，首钢氧气厂机动科
[2]北京首钢氧气厂《三万五岗位操作记录（丁班）》，2006-01-17
[3]北京首钢氧气厂《三万五制氧设备技术操作规程（试行本）》，首检规（F21）04-2005
[4]BETTIEUKltd.公司首页，
[5]中国制造业数字化信息源，《机械设计手册》（软件版）V3.0＼润滑与密封装置＼密封件、密封＼成形填料密封＼橡胶密封件＼O形橡胶密封圈＼一般应用的O形圈内径、截面直径尺寸和公差（G系列）（摘自GB／T3452.1-2005），
[6]查询地址：
《机械工程手册》＼（5）机械零部件设计卷＼第11篇：
密封＼第三章：
弹塑性体接触动密封＼3.1.橡胶挤压型密封圈＼3.1.2.安装沟槽＼6.沟槽主要尺寸＼P11-36页d036。
王志井
2007-10-10
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