回转阀液压缸活塞损坏原因分析及对策.doc

24通旋转阀驱动液压系统故障原因分析及对策王雪峰（金陵石化烷基苯厂，江苏 南京210046）摘要：某化工联合装置核心设备24通旋转阀，依靠液压系统作为推动力源，因液压系统连续故障，24捅阀工作失常，造成联合装置生产波动。本文记述故障发生的现象及针对性的分析思路，总结得失。重点对液压油缸内活塞的碎裂主因进行推理，并制定出解决该问题的对策。关键词：24通旋转阀；液压油缸；活塞； 电磁四通阀； 行程Analysis of the Frequent Troubles of Fumace blower and its CountermeasureWang Xue Feng(Sinopec JinLing petro-Chemical Corporation Alkylbenzene Plant,Nanjing,210046,China)Abstract：A Chemical Plant Fumace hot-air recovery system for waste heat blower failure rate have reached a high level, After severl times maintenance, the causes are found out and the measures to eliminate failures are put forward, therefore, the stability operation of the blower is realized。Keywords：recovery system for waste heat；blower； damper；bearing；reconstruction1、引言：某化工联合装置分子筛脱蜡两核心设备24通旋转阀ME-201A/B，07年11月到08年1月，同时连续出现旋转步进不正常，造成联合装置生产波动，甚至改循环，严重影响公司生产效益。按照故障现象的不同，分以下3个阶段，具体情况见表一：表一：按3阶段记录ME-201A/B的故障现象及相关处理阶段时间故障现象处理措施联合装置的处理措施一07年11月下旬07年12月上旬期间ME-201B多次出现步进过后收缩不到位现象；ME-201A从12月开始也多次出现上述现象。将液系统电磁四通阀切换到手动四通阀，动作正常（有时需要手动执行多次）；切出电磁四通阀拆卸检查、清洗，未发现明显问题。主要由操作人员快速到现场处理。其中两次处理时间长，造成装置改循环，累计造成产品不合格12Hr二07年12月下旬08年1月中旬期间ME-201A/B多次出现步进收缩不到位、不收缩、不步进等各类故障。将液系统电磁四通阀切换到手动四通阀，动作正常（有时需要手动执行多次）；切出电磁四通阀拆卸检查、清洗，未发现明显问题。主要由操作人员快速到现场处理。出现一次该循环，造成产品不合格4Hr三08年1月下旬期间ME-201A/B多次出不收缩、不步进故障。将液系统电磁四通阀切换到手动四通阀，动作正常；切出电磁四通阀拆卸检查、清洗，偶见金属碎屑夹杂于电磁四通阀阀芯内主要由操作人员快速到现场处理。2、原因分析：2.1 液压系统流程简介为了能更清楚的说明问题，首先简单介绍24通旋转阀液压系统的流程图，见下图1。动作说明:中间位： P、A、B、O均不通伸长时：P和B通、A和O通收缩时：P和A通、B和O通蓄能罐MME-201A/A液压油水冷却器ME-201A/BM泵入口过滤器安全阀11.0MPaLS单向阀卸荷阀进油箱进油箱进油箱A泵卸压回路压力表B泵卸压回路压力表过滤器LS蒸汽盘管伸长收缩液压油缸单向阀储油箱进油箱PBAO安全阀9.5MPa溢流阀单向阀10.0MPa保压回路压力表自动四通阀手动四通阀图1 24通旋转阀液压系统流程图驱动24通旋转阀的力源是液压系统提供的7.8-9.8MPa液压油。液压系统由二台泵、卸荷阀、电磁四通阀、手动四通阀、油滤器、贮油槽、高压液压系统的蓄能罐和连接管等组成。二台泵一开一备，通过电磁四通阀来控制液压油的流向，达到驱动24通旋转阀定时旋转的目的。当驱动24通旋转阀旋转时，蓄能罐系统压力会下降，通过卸荷阀自动切换回路，油泵向蓄能罐系统补进液压油，达到一定压力，停止补油，直排入油箱。电磁四通阀和手动四通阀原理相同；当电磁四通阀自动控制失灵时，可现场用手动四通阀控制操作。2.2 电磁四通阀动作不正常联合装置ME-201B24通旋转阀首先出现步进过后，液压缸伸长收缩不到位的情况，影响下一步动作。现场检查系统油液位、温度、压力、信号控制等各项运行参数均在控制范围内。此时现场切换到操作手动四通阀控制液压缸动作，大多数情况均可解决问题，但期间也出现两次因多次重复操作手动四通阀方能正常，处理时间超出工艺要求，装置改循环的情况发生。照此情况推断，造成此种故障的根源应该在电磁四通阀上。进一步分析，电磁四通阀使用时间长分别达到5年和7年，电磁四通阀运动件磨损，工作过程中，间歇在某些位置卡住，无法正常动作。在ME-201B出现故障后约半个月，ME-201A也出现类似故障。本装置使用的电磁四通阀，进口于日本油研公司，型号DSG-01-3C2-R110*1-50，其工作原理见下图2：图2：从左到右分别为电磁四通阀处于控制液压缸伸长、中间、收缩三个不同位置示意图从示意图可以看出，当电磁四通阀阀芯在某位置卡住，可能回造成上述液压系统故障现象。为此，出现类似故障，处理方法一直延续“将电磁四通阀切换到手动电磁阀，切出电磁四通阀进行清洗”，维持生产；另造计划购买新电磁四通阀。2.3 从故障现象的变化，转变分析思路联合装置维持运行一段时间，发现24通旋转阀的故障现象渐现复杂化，液压缸动作过程中，可能会停止在不同的伸长、收缩的任意位置，对24通旋转阀设备的影响更大。因故障出现的频率明显的增加，通过对几次现场故障情况的对应相关参数的对比分析，怀疑液压缸内部可能存在影响缸内活塞运行的因素。液压缸结构如图3：序号名称数量材质序号名称数量材质1缸底1组件9螺母M1648底板12510O型密封圈85*3.13橡胶-2耳板22511缸盖1252圆螺母24512O型密封圈40*3.11橡胶-23活塞1HT25013O型密封圈55*3.12橡胶-24活塞环85*2.5*3.54合金铸铁14Y型圈UHS351橡胶-25O型密封圈37*3.12橡胶-215防尘圈DH351橡胶-26活塞杆14516盖板1257缸体102*12220无缝钢管17调节螺母1QAL9-48螺杆43518螺钉M8*12114H图3 液压缸结构示意图特别一次故障现象为，电磁四通阀发出液压缸收缩信号，现场一次压力表显示，液压缸内活塞压差应该控制活塞向收缩方向运行，但却收缩不到位；切换到手动电磁阀，连续重复执行伸长、收缩动作23次，方能收缩到位。此现象下，无法排除液压缸内存在问题。2.4 解体液压油缸，发现活塞碎裂再维持运行半个月，期间出现液压缸不步进、步进后不收缩为主要现象。一次对电磁四通阀解体清洗过程中，发现电磁四通阀阀芯内有铁屑。利用联合装置一次停工消缺的机会，对液压缸解体，检查发现ME-201A/B两液压缸内活塞均出现碎裂。见图4：图4 活塞碎裂情况图ME-201A（左）、B（右）2.5 活塞碎裂现象分析，找出根源猜想1：电磁四通阀出现故障，初始表现为07年11月，ME-201B自动位置控制，汽缸收缩不到位，且指示灯均正常，现场手动控制电磁四通阀也不能正常工作，切换到手动伸缩则正常；其后多次出现上述现象。多次手动控制步进过程中对活塞前后止点没有限制，步进靠活塞杆前段台阶和密封铜套接触，收缩靠活塞本身和油缸端面接触。在此过程中，活塞出现碎裂、剥落，卡在活塞和后盖之间，进一步影响汽缸的收缩，直至不断碰撞，将剥落体撞碎，随液压油进入到电磁四通阀内，影响液压系统的运行。此后，出现在四通阀解体清洗的过程中出现铁屑的现象。猜想2：汽缸内活塞出现问题，固定内活塞的螺帽两只中的外面一只在运行振动中松动掉出，卡在液压缸腔体内，影响液压缸的正常伸缩运行，出现收缩不到位的情况。错误的怀疑是电磁四通阀的问题，多次碰撞过后，活塞出现损坏，同时掉出的并紧螺帽也损坏，形成铁疙瘩。活塞力：静压和动压液压缸见上图，具体零部件尺寸见下：活塞直径D=85mm，活塞杆直径d=35mm，接触面外径d1=75mm，内径d2=65mm；行程规定距离6.125”，转化为公制单位为155.575mm。步进一步的时间要求，小于等于3s，收缩无要求，按现场秒表测量约为0.51s，手动稍快些。活塞+活塞杆+活塞环等组件质量称重Kg。计算静压： 假设1、接触面为全接触；2、忽略活塞杆和轴封接触摩擦力；则将活塞两侧的面积比乘上活塞两侧最大压差，可得到冲击点的压强。将上述数据代入到公式中，计算得知=37.7Mpa；计算动压：承受压力低于8.75MPa。相关计算：HT250和45钢的化学成分和理化性能表：化学成分对照表：(GB/T699-1999)材质化学成分C%Si%Mn%S%P%HT2502.54.01.02.50.51.40.150.3450.42 0.500.170.370.50-0.800.0350.035可以看出，两种材料的碳含量相差近一个量级，容易通过对可疑断裂活塞碎片的化学成分分析，判断出活塞碎断的主要原因。45#钢约HB160-180，马氏体+屈氏体+铁素体C 0.42 0.50Si 0.17-0.37Mn 0.50-0.80 Cr0.2 Ni0.30 Cu0.25 P0.035 S0.035 (GB/T699-1999)HT250硬度HB170-241、HB180-230(2)组织 由于石墨化程度的不同，灰铸铁的组织有三种类型：铁素体(F)+片状石墨(G)；铁素体(F)珠光体(P)+片状石墨(G)；珠光体(P)+片状石墨(G)HT250。 棘爪两中心孔距离：H=508mm汽缸中心线到转子中心距离：D=500mm汽缸尺寸：活塞直径85；液压油系统最大压力8.8MPa；由公式：F=P*S知道，F=3.140.085248.8106=49935N；力矩约为：F*L=49935N*0.508m=25367N*m电磁四通工作原理和手动四通阀工作原理见FLASH动画演示。活塞碎裂的原因：要分清活塞碎裂在造成汽缸无法正常收缩，影响电磁四通阀正常工作；还是电磁四通阀出现故障，过多的使用手动控制，造成活塞和汽缸后端面发生碰撞而导致活塞碎裂。必须从液压缸的结构、尺寸、零部件的材质及物理、理化性能着手加以分析，得出正确的结论。在造成汽缸无法正常收缩，影响电磁四通阀正常工作；还是电磁四通阀出现故障，过多的使用手动控制，造成活塞和汽缸后端面发生碰撞而导致活塞碎裂。就必须从液压缸的结构、尺寸、零部件的材质及物理、理化性能着手加以分析，得出正确的结论。3、解决对策及实施4、结论参考文献：1 续魁昌. 风机手册M. 北京：机械工业出版社，1999.5（2001.6重印）2 中国石油和石化工程研究会. 炼油设备工程师手册M. 北京：中国石化出版社，2003作者简介：王雪峰（1980）男，江苏如东人，学士学位，从事设备管理工作，已发表论文1篇。通讯地址：210046 金陵石化烷基苯厂当液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动时，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制。图3.13所示为液压缸节流缓冲的几种形式：当活塞移至其端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。目前普遍采用在缸进出口设单向节流阀图3.13(d)，可调节缓冲效果。（c）可变节流槽式（d）可调节流孔试图3.13 液压缸缓冲装置故障现象：1、 汽缸爬行；2、 旋转阀不步进；3、 转子板磨损；4、 机械密封泄漏；5、 液压缸密封泄漏；棘爪两中心孔距离：H=508mm汽缸中心线到转子中心距离：D=500mm汽缸尺寸：活塞直径85；液压油系统最大压力8.8MPa；由公式：F=P*S知道，F=3.140.085248.8106=49935N；力矩约为：F*L=49935N*0.508m=25367N*m电磁四通工作原理和手动四通阀工作原理见FLASH动画演示。冲击力的计算：几组数据：活塞直径D=85mm，活塞