之前介紹SY42AX煤礦水管路減壓閥應(yīng)用案例，現(xiàn)在介紹礦用防爆電動調(diào)節(jié)閥設(shè)計改進(jìn) 礦用防爆電動閥門由于操作簡單方便、控制精度高、故障率低等特點，在煤礦瓦斯抽采管網(wǎng)及低濃度瓦斯輸送系統(tǒng)的管理及控制過程中應(yīng)用越來越廣泛。國內(nèi)電動調(diào)節(jié)閥普遍具有結(jié)構(gòu)不合理，控制精度低，安全性能差，不能很好地進(jìn)行人機(jī)通話、難于現(xiàn)場標(biāo)定和維修等缺陷。結(jié)合存在的問題，為此設(shè)計一款操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全和集中控制的電動調(diào)節(jié)閥門。防爆電動調(diào)節(jié)閥主要由閥門和閥門電動裝置組成;由于閥門技術(shù)在我國技術(shù)己成熟，本文主要為閥門電動裝置的研究，閥門選用現(xiàn)有成熟產(chǎn)品。主要從閥門電動裝置的電機(jī)動力參數(shù)的選擇、傳遞機(jī)構(gòu)的速比確定以及減速機(jī)構(gòu)的研制、控制器控制電路的設(shè)計、控制器軟件的設(shè)計、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥門的過渡機(jī)構(gòu)及隔爆面結(jié)構(gòu)設(shè)計方面進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。電動調(diào)節(jié)閥普遍存在控制精度低、安全性差,難于現(xiàn)場標(biāo)定和維修等問題。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥根據(jù)存在的問題并結(jié)合煤礦瓦斯具有易燃易爆、腐蝕性強等特點,研究設(shè)計一款操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全和便于集中控制的閥門電動調(diào)節(jié)裝置,終實現(xiàn)電動調(diào)節(jié)閥門的開度調(diào)節(jié)控制功能,滿足煤礦現(xiàn)場生產(chǎn)的需要。電動閥門控制器的智能化水平,設(shè)計了一種新型礦用部分回轉(zhuǎn)電動閥門控制器。該控制器采用數(shù)字編碼技術(shù)實現(xiàn)高精度閥門位置檢測,采用電流檢測實現(xiàn)高可靠的電動機(jī)過力矩保護(hù)功能,與傳統(tǒng)的礦用閥門控制器相比,接口和控制方式更加靈活,智能化程度更高。
1礦用防爆電動調(diào)節(jié)閥設(shè)計改進(jìn)閥門電動調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計原理
閥門電動裝置是閥門的驅(qū)動裝置，用以驅(qū)動和控制閥門的開啟和關(guān)閉。閥門電動裝置的工作原理是通過齒輪傳動來實現(xiàn)的，是三級減速。即先由電機(jī)齒輪帶動蝸桿齒輪，帶動蝸桿，再由蝸桿帶動蝸輪，帶動一級輸出軸，一級輸出軸帶動三級傳動蝸桿，再帶動三級蝸輪，終將力矩傳遞給輸出軸，輸出軸與蝶閥同步轉(zhuǎn)向。而一級輸出軸的轉(zhuǎn)動帶動了軸上的大錐齒輪，再由大錐齒輪帶動小錐齒輪(即中轉(zhuǎn)齒輪)，再帶動電器部分的行程開關(guān)上的小齒輪，經(jīng)電器部分來完成控制工作。閥門電動裝置由6個部分組成，即電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、手動-電動切換機(jī)構(gòu)、手動機(jī)構(gòu)及電氣部分組成。其傳動結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
電動調(diào)節(jié)裝置工作原理
產(chǎn)品特點
1、該裝置防塵、防水、防輕腐蝕、其防護(hù)等級為IP55、IP65。
2、轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)動作可靠、調(diào)節(jié)方便、轉(zhuǎn)矩重復(fù)精度高。
3、行程控制機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)精度和重復(fù)精度高，開向和關(guān)向可配裝置各2只至4只微動開關(guān)。
4、在低速檔上采用半自動手/電動切換機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、操作方便。
5、采用閥門電動裝置用三相異步電機(jī)，啟動轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)動慣量小。
6、配有機(jī)械式閥位指示器。
工作環(huán)境和主要技術(shù)參數(shù)
3.1 電源：常規(guī)，三相380V（50Hz）
特殊，三相660V、415V（50Hz、60Hz）；
單相220V、110V（50Hz、60Hz）
3.2 工作環(huán)境
3.2.1 環(huán)境溫度： -20~+60℃ （特殊訂貨 -40~+80℃）
3.2.2 相對濕度：≤95%（25℃時）
3.2.3 防護(hù)類型
3.2.4工作制：短時10分鐘（特殊訂貨30分鐘）
2 礦用防爆電動調(diào)節(jié)閥設(shè)計改進(jìn)閥門電動調(diào)節(jié)裝置機(jī)械部分
2. 1電動機(jī)的選擇
操作力矩是選擇閥門電動裝置的主要參數(shù)，2通過操作力矩反算出電機(jī)的功率。通過閥門設(shè)計手冊查詢，查得三偏心蝶閥的力矩值，對于DN500的蝶閥工作壓力0. 6MPa時所需力矩為2043 Nm。電動裝置的輸出力矩應(yīng)大于閥門操作過程中所需要的大力矩，一般情況下輸出力矩是大力矩的墓1 .2倍。
閥門電動機(jī)的特點是高啟動轉(zhuǎn)矩、低慣量、短時工作制。啟動轉(zhuǎn)矩和大轉(zhuǎn)矩對額定轉(zhuǎn)矩之比不低于2. 5 ;轉(zhuǎn)動慣量比一般電動機(jī)約小1/3;額定時間10 min,15 min和30 min。閥門電動機(jī)能夠起到自身熱保護(hù)，當(dāng)電動機(jī)過載時，能夠?qū)﹄妱娱y門起到保護(hù)作用。
電機(jī)功率與電動裝置輸出轉(zhuǎn)矩公式式中:P一電動裝置所需輸入功率，kW;M一電動裝置的大輸出扭矩，N " m;n一電動裝置的輸出轉(zhuǎn)速，一電動裝置的整機(jī)效率K-閥門電動機(jī)的利用系數(shù)，一般取K=1. 5。通過計算，取安全系數(shù)2，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)有專門生產(chǎn)類似閥門電動裝置電機(jī)的廠家，功率為0.17 kW,0.25 kW,0.37 kW的防爆電動機(jī)分別滿足要求，不同管徑的閥門參數(shù)見表1。
2. 2傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計
閥門電動裝置的傳動機(jī)構(gòu)起到減速器的作用，它將電動機(jī)的高速度低扭矩轉(zhuǎn)換成低轉(zhuǎn)速高扭矩。傳動部分均采用齒輪傳動機(jī)構(gòu)，所選用的有以下2種:一是圓柱齒輪傳動;二是蝸桿蝸輪傳動。一級減速為圓柱齒輪傳動，二三級減速為蝸桿蝸輪傳動。一級減速:一級減速采用圓柱齒輪傳動(8級精度的一般齒輪傳動)其傳動比i、為2. 388 9，見表2。
二級減速:二級減速采用雙頭蝸輪蝸桿傳動，其傳動比i2為32，見表3。
三級減速:三級減速為單頭蝸輪蝸桿傳動，其傳動比i3為48。
2. 3行程控制機(jī)構(gòu)設(shè)計
閥門電動裝置行程控制機(jī)構(gòu)的作用是控制閥門的終端位置，即開啟和關(guān)閉位置。另外，它還可以提供觸點信號顯示閥門的某一中間位置或終端位置。由十進(jìn)位齒輪組、頂桿、凸輪和微動開關(guān)組成，簡稱計數(shù)器，如圖2所示。其工作原理是由減速箱內(nèi)的一主動小齒輪帶動計數(shù)器工作。如果計數(shù)器按閥門開或關(guān)的位置己調(diào)好，當(dāng)計數(shù)器隨輸出軸轉(zhuǎn)到預(yù)先調(diào)整好的位置時，則凸輪將被轉(zhuǎn)動90°，迫使微動開關(guān)動作，切斷電源，電機(jī)停轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)對電動裝置行程的控制。計數(shù)器結(jié)構(gòu)示意圖
2. 4 力矩控制機(jī)構(gòu)設(shè)計
力矩控制機(jī)構(gòu)的作用是用于強制密封式閥門，控制閥門的關(guān)閉位置;在電動裝置出現(xiàn)過力矩故障時，及時切斷電源，對裝置起到保護(hù)作用。力矩控制機(jī)構(gòu)是電動裝置內(nèi)部的一個零部件，由曲拐、碰塊、凸輪、分度盤、支板和微動開關(guān)組成。當(dāng)輸出軸上受到一定阻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩后，蝸桿除旋轉(zhuǎn)外還產(chǎn)生軸向位移，帶動曲拐，曲拐直接帶動支架產(chǎn)生角位移，從而壓迫凸輪，使支板上抬。當(dāng)輸出軸上的轉(zhuǎn)矩增大到整定轉(zhuǎn)矩時，則支架產(chǎn)生的位移量使微動開關(guān)動作，從而切斷電機(jī)電源，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。以此實現(xiàn)對電動裝置輸出轉(zhuǎn)矩的控制，達(dá)到保護(hù)電動閥門的目的，如圖3所示。力矩控制器機(jī)構(gòu)圖
2. 5開度指示機(jī)構(gòu)設(shè)計
電動裝置的開度指示機(jī)構(gòu)分裝置本體上的現(xiàn)場開度指示和遙控時電氣控制箱面板上的開度指示。在現(xiàn)場調(diào)試時，可根據(jù)所配閥門開關(guān)的圈數(shù)，將調(diào)節(jié)齒輪調(diào)整到所需位置，并與減速齒輪嚙合。當(dāng)閥門在開啟和關(guān)閉的過程中，開度盤經(jīng)減速后轉(zhuǎn)動，指示閥門的開關(guān)量，開度盤上大角度可以調(diào)整，達(dá)到指示角度與閥門開關(guān)量同步。電位器的動片與開度盤同步，供遠(yuǎn)傳指示閥門位置用。位置指示器內(nèi)設(shè)一微動開關(guān)和一凸輪。當(dāng)電動裝置運轉(zhuǎn)時，凸輪轉(zhuǎn)動使微動開關(guān)周期性動作，可使控制室操作指示燈閃爍，以示電動裝置的工作狀態(tài)
| 序號 | 名稱 | 型號 | 規(guī)格 | 單位 | 數(shù)量 |
| 1 | 電動球閥 | Q9B41F-64C DN150 PN64 | 套 | 2 | |
| 2 | 礦用隔爆型電動裝置控制箱 | KXBC-3*15/660DZ | 套 | 1 |
2. 6手動一電動切換結(jié)構(gòu)設(shè)計
停電時，需開啟或關(guān)閉閥門時，需要手動結(jié)構(gòu)。本機(jī)構(gòu)由手柄、凸輪、框架、直立桿、中間離合器、壓簧等組成。由電動變手動時，人工把切換手柄向手動方向推動，凸輪隨手柄軸一起轉(zhuǎn)動，使支撐在凸輪面上的框架抬起，同時使支撐在框架上的可在輸出軸上作軸向移動的中間離合器向上移動，壓迫彈簧。當(dāng)手柄推到一定位置時，中間離合器脫離蝸輪與手動軸爪嚙合，則可使手輪上的作用力通過中間離合器傳到輸出軸上，即成為手動狀態(tài)。當(dāng)框架抬高到點時，安裝在框架上的直立桿在扭簧作用下直立于蝸輪端面，支撐住框架使中間離合器迅速向蝸輪方向移動，與手輪軸脫開，與蝸輪嚙合，成為電動狀態(tài)，如圖4所示。手電動切換機(jī)構(gòu)示意圖
3礦用防爆電動調(diào)節(jié)閥設(shè)計改進(jìn)閥門電動裝置控制器設(shè)計
3.1閥門電動裝置控制器的原理
以單片機(jī)為核心，選擇直接位置控制，并能接受遠(yuǎn)程的4 ~ 20 mA或200~1 000 Hz的閥位給定信號，用于驅(qū)動和控制閥門裝置。圖5為控制器裝置的總體框圖 閥門電動裝置控制器總體框圖
3. 2 電源
電源部分用于向控制器提供穩(wěn)定的電源。電源為額定電壓(127 /380 /660 V) o
3. 3 閥門電動裝置控制器
內(nèi)部基本工作流程如圖6所示?？刂葡到y(tǒng)工作流程根據(jù)設(shè)計要求及礦井實際情況對主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計。電源為額定電壓(127 /380 /660 V )，控制電壓18 VDC ;度為11.0%FS;輸出信號為1~5 mA電流信號，200~1 000 Hz頻率信號;手動傳動比為48;防爆電動調(diào)節(jié)閥閥門系列化為DN100~500 mm。
礦用防爆電動調(diào)節(jié)閥設(shè)計改進(jìn)安裝、拆卸及注意事項
1、本電動裝置的安裝形式無原則要求，但電機(jī)處于水平狀態(tài)，電氣箱蓋處于水平或垂直向上狀態(tài)為安裝形式，這樣有利于潤滑、調(diào)試、維護(hù)和手動操作；
2、安裝時應(yīng)保證維修檢查人員拆卸各部件所需的空間；
3、安裝與閥門連接的牙嵌軸向間隙不少于1~2mm；
4、與閥門連接的螺栓不得低于8.8級；
5、當(dāng)用于明桿閥門時，應(yīng)檢查閥桿伸出量與閥桿護(hù)套的長度是否相符；
6、當(dāng)需要拆卸時，應(yīng)先將手動手輪旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，在閥門稍開狀態(tài)下進(jìn)行；
7、安裝、拆卸、調(diào)試時不可損傷密封面、密封件和防爆型電裝的防爆面，并應(yīng)在隔爆面上涂防銹油，電氣罩蓋應(yīng)蓋嚴(yán)緊固，以防雨水或潮氣進(jìn)入；
8、視窗不得與硬物碰撞；
9、本電動裝置為短時工作制，持續(xù)工作時間不得超過銘牌標(biāo)定時間；
10、閥門不經(jīng)常使用時，應(yīng)定期檢查保養(yǎng)并操作運行，建議每月至少一次，運行時間不超過10分鐘。
4礦用防爆電動調(diào)節(jié)閥設(shè)計改進(jìn)結(jié)論
(1)根據(jù)常見的閥門電動機(jī)構(gòu)存在問題設(shè)計了新型的閥門電動裝置，并聯(lián)合科研單位在山西某礦地面試驗取得良好的結(jié)果，實現(xiàn)煤礦瓦斯抽放與輸送管道的快速啟閉以及與負(fù)壓調(diào)節(jié)器實現(xiàn)開度自動調(diào)節(jié)，試驗結(jié)果符合設(shè)計的要求。
(2)閥門控制器能夠與蝶閥進(jìn)行配套試驗，能夠滿足蝶閥的正常啟閉。
(3)閥門控制器能夠?qū)Φy實現(xiàn)現(xiàn)場手動控制、遠(yuǎn)程手動控制。
(4)控制器與閥門的過渡機(jī)構(gòu)及隔爆面結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足可靠密封和防隔爆要求。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組?
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