電動(dòng)閘閥故障原因分析及對(duì)策

1 概述

某廠現(xiàn)場(chǎng)所使用的送水泵出口電動(dòng)閥是日本制造的，形式為暗桿楔式電動(dòng)閘閥，公稱直徑 450mm，數(shù)量共有 7 臺(tái)，由于使用時(shí)間較長，閥門的性能有所下降，于 2003 年 4 月和 5 月分別將 4 號(hào)、5 號(hào)出口電動(dòng)閥更換為國產(chǎn)件。自從國產(chǎn)件更換上以來，4 號(hào)和 5 號(hào)出口電動(dòng)閥故障不斷，銅套頻繁的出現(xiàn)磨損、剪斷（拔牙）現(xiàn)象，致使閘板從閥桿上脫落，閘板失控，導(dǎo)致閥門無法開啟。

2 原因分析

從理論上講，銅套在工作時(shí)是閥桿螺紋傳遞的擠壓力、磨削力和軸向剪切力等作用在銅套上而使之損壞，但在實(shí)際生產(chǎn)中還存在著許多因素。比如銅套加工質(zhì)量不好（牙形偏差大、光潔度差、鑄造缺陷）、行程開關(guān)調(diào)整不當(dāng)、工作環(huán)境差等。

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備損壞情況和實(shí)際工況的分析，認(rèn)為主要原因應(yīng)該是以下兩種原因之一：

一是傳動(dòng)螺紋的表面所承受的載荷大于本身表面承受載荷的設(shè)計(jì)值。每一次開、關(guān)閥門，銅套的螺紋就受到一次強(qiáng)烈的擠壓磨削，而使傳動(dòng)螺紋磨削變形，強(qiáng)度下降，最后導(dǎo)致銅套損壞。通過對(duì)已損壞銅套的直觀檢查來看，其創(chuàng)口并非完全是硬性磨損，而存在著明顯的磨削變形、擠壓變形（見圖 1）。

圖 1 新舊銅套對(duì)比圖

針對(duì)這種情況可以采取提高銅套質(zhì)量的辦法來增加銅套的強(qiáng)度，使銅套單位面積所能承受的載荷上升，有效避免銅套的磨損。但是由于要保護(hù)閥桿，銅套的硬度不能太高，而且受到制造工藝和材料的限制，銅套的硬度也不可能有極大的提高。

當(dāng)然也可以采取增加銅套螺紋的厚度，即增加銅套的磨損余量，同樣可以達(dá)到延長使用壽命的目的，只是方式方法上較為被動(dòng)，并沒有從根木上解決問題。

二是閥門選型不當(dāng)。新更換閥門的閥板與閥座處采用的是雙楔硬密封形式，如圖 2 所示，雙楔式的密封形式即閥板與閥門的兩個(gè)端面都具有一定的斜度。

圖 2 雙楔硬密封結(jié)構(gòu)圖

理論上講采用雙楔形式的閥門啟閉將較為省力，因?yàn)閻灠逡坏╅_啟．閥板上升后．閥板會(huì)立即與閥座脫離接觸，在閥門開啟和關(guān)閉的過程中閥板與閥門不接觸，因此動(dòng)作較為省力。但是在實(shí)際的使用過程中，由于閥門在開啟和關(guān)閉的過程中受到進(jìn)口處水流的沖擊，閥板將向出口處偏移，由此造成閥板頂部的銅套與閥桿的嚙合產(chǎn)生變化，啥合的效果下降。銅套螺紋與閥桿螺紋在正常情況下應(yīng)該如圖 3 所示，螺紋是全面積進(jìn)行接觸的，而雙楔式的閘閥在動(dòng)作過程中螺紋實(shí)際的接觸情況如圖 4 所示，接觸的面積大為下降，單位面積上所承受的力大幅上升，遠(yuǎn)超出螺紋表面強(qiáng)度所能承受的范圍，同時(shí)螺紋的頂部直接參與嚙合，造成螺紋的磨損大為加速．使用壽命顯著下降。

圖 3 銅套與閥桿螺紋正常嚙合圖

圖 4 銅套與閥桿螺紋實(shí)際嚙合圖

而在實(shí)際使用中由于供水管網(wǎng)主要是控制壓力，在送水泵的流盆與壓力無法進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況下，只能通過調(diào)節(jié)該閥門的開度來控制壓力，故該閥門在單項(xiàng)受壓的情況下頻繁動(dòng)作，所以在短時(shí)間內(nèi)銅套完全失效也就不足為怪了。

針對(duì)這種情況可以采用增加銅套長度的方法。增加銅套的長度可以改善銅套的導(dǎo)向性，在一定程度上可以改善銅套的啥合狀況。但是銅套的長度到達(dá)了一定值后，改善導(dǎo)向作用的效果將不再明顯。同時(shí)銅套尺寸過長后會(huì)造成加工困難，加工精度不容易控制，反而會(huì)導(dǎo)致螺紋受力集中在幾個(gè)齒上，使銅套的受力條件更加惡化。

3 對(duì)策措施

通過對(duì)銅套材質(zhì)和受力情況的分析和計(jì)算，第一種傳動(dòng)螺紋的表面所承受的載荷大于本身表面承受載荷的設(shè)計(jì)值的情況可以排除．因此造成銅套短期內(nèi)迅速失效的原因就應(yīng)該是選型不當(dāng)造成的。

由于增加銅套長度的方法成本較高，所以為了避免閥板在動(dòng)作過程中產(chǎn)生偏移，最終還是對(duì)閥門的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，將原來的雙楔式密封面改為如圖 5 所示的單楔式密封形式。

圖 5 單楔式密封結(jié)構(gòu)圖

在進(jìn)水口處密封面是傾斜的，在出水口處密封面是平的。采用這種形式的密封面，在閥門的開閉過程中．閥板受進(jìn)口處水流的沖擊作用．進(jìn)口處的傾斜密封面脫離接觸，不受磨損，閥板沿著出口處的平面上下運(yùn)動(dòng)．由于有出口處的平面作為依靠，而且在閥板的側(cè)面還加裝了導(dǎo)向槽，閥板不會(huì)產(chǎn)生偏移。故保證了銅套與閥桿大面積的接觸，有效降低了螺紋單位面積上所承受的力。而在閥門關(guān)閉以后，閥門的出水口處受水壓作用，閥板與進(jìn)口處的傾斜密封面緊密接觸。由于在開閉過程中該密封面不接觸，不會(huì)磨損，長期使用后閥門的密封效果也不會(huì)下降。

當(dāng)然也可以使用平板閘閥來代替雙鍥閘閥，但是平板閘閥本身造價(jià)就高．同時(shí)啟閉所需扭矩也較大．需要對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行更換．成本較高。而且平板閘閥密封面的磨損也較大，長期使用后密封效果下降較快。

4 結(jié)束語

閘閥本應(yīng)該是在管路系統(tǒng)中起到截止和開放介質(zhì)作用的，然而由于受到生產(chǎn)工藝的要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的限制，本文中所提到的閘閥也起到了一定的控制流量的作用，所以在使用過程中動(dòng)作較為頻繁，普通形式的雙楔閘閥和平板閘閥均難以適用。采用單楔式密封的閥門后，閥門銅套的壽命得到了極大的提高，密封效果有了極大的改獸，很好的解決了現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)難題。