真空回潮机气动球阀无法开启故障分析与修复

董晓斌，姚明笙，刘 文，潘增林，王 爽

（红塔集团玉溪卷烟厂，云南 玉溪 653100）

1 真空回潮机简介

真空回潮机是利用真空泵抽吸真空箱体内的空气，使箱体内达到预定的真空度，然后由加湿系统将蒸汽和水混合以后低压湿蒸汽的形式送入箱体内，增加烟叶水分、提高烟叶温度、增强烟叶的韧性、杀死虫卵、去除烟叶青杂味，以便于下道工序的加工。

图1 真空回潮机工作示意图

真空回潮机采用四级真空喷射泵对箱体进行抽空，其原理是利用蒸气流动的静压能与动能相互转换的气体动力学原理使箱体内形成真空环境。该系统由4 台蒸气喷射器、2 台冷凝器、1 台组合式真空水箱、2 件消音器、1 台蒸气分配器和1 只水分配器组成，其抽气过程如下：

被抽气体从真空箱→DN200 气动蝶阀（真空阀）→1 级喷射器→1 号冷凝器→二级喷射器→2 号冷凝器

其中,一、二、三、四级真空泵的开启与关闭均由4 个气动球阀执行。气动球阀在使用过程中，启闭频繁，介质为高温高压的蒸气[1]。

2 故障现象

在生产过程中真空回潮机出现无法抽空问题，出现此问题的原因可能有：（1）蒸气压力不够；（2）箱体上方重力式安全阀关闭不严，造成真空箱体与外界直接相通；（3）箱体门关闭不严；（4）冷却系统异常，如冷却泵未正常运行,冷却水温过高；（5）压缩空气压力不足；（6）控制系统PLC 故障等[2]。

上述故障原因一一排除后，在手动试机的过程中发现一级和二级真空泵的气动球阀不能正常开启，经检查，气动球阀执行器的压缩空气供给气压正常，气管接头密封良好，无漏气现象，减小蒸气压力或关断蒸气时，球阀能够正常启闭。

3 原因分析

在关断蒸气条件下球阀能够正常启闭，表明气动球阀机械执行结构无断裂和异常，可能因为背压过大造成气动球阀不能正常开启，由于抽真空需要额定的蒸气压力才能够抽到工艺所要求的真空度。故背压问题无法解决。

从气动球阀结构和工作原理来分析，真空回潮机使用的气动球阀为活塞式双作用气动球阀（图2），具有快速启闭、远程操作、远程控制和经济适用的特点。

图2 气动球阀

（1）气动球阀由执行机构和球阀组成。执行机构是球阀的推力部件，通过接入压缩空气产生推力推动球阀，球阀直接与介质接触，控制介质的流量及通断。

（2）气动球阀工作原理为气动活塞执行机构采用压缩空气作动力源，通过活塞的运动带动曲臂进行90°回转，使阀门自动启闭。它的组成部分为：调节螺栓、执行机构箱体、曲臂、气缸体、气缸轴、活塞、阀杆。

因为气动球阀在蒸气压力低或未通蒸气的情况下能正常开启，排除气动球阀机械执行机构断裂，分析是由于气动执行器活塞与气缸壁摩擦较大造成球阀开启困难[3]。

拆下气动球阀并解体检查，气动执行元件结构见图3，手动推动活塞时，活塞与汽缸壁之间润滑良好，齿轮齿条啮合正常，旋转轴转动灵活，O 型圈密封良好，压缩空气进出通道畅通，气动执行器功能正常。于是排除气动执行元件故障。

图3 气动执行器

随即拆开球阀阀体，发现球阀中密封圈磨损严重，见图4（左边圈内为磨损变形的密封圈，右边为新的密封圈），磨损严重的密封圈与阀体中的密封球面接触面增大，而且具有明显的变形（蠕变），这就造成了阀体与密封圈接触面不光滑。

图4 变形的密封圈

由摩擦力公式f=μN，式中μ 为动摩擦因数，也叫滑动摩擦系数，它跟材料、接触面粗糙程度有关，N为正压力，在相同压力的蒸汽环境下，正压力N不变，由于接触面不光滑，动摩擦因素μ 增大，摩擦力f随即增大，从而导致球阀开启困难。其中一级泵的气动球阀由于密封圈磨损严重以至阀芯与阀座直接接触而导致阀芯卡死。

在拆开二级泵气动球阀时发现，在球阀的出口端密封圈不仅磨损严重，而且已经断裂和变形，图5为断裂的密封圈[4]。

图5 断裂的密封圈

造成密封圈变形的原因是使用的气动球阀的球体是浮动的，其内部结构见图6，在蒸气介质压力作用下，球体能产生一定的位移并紧压在出口端的密封面上，保证出口端密封，在不断的启闭过程中，球体不断冲击出口端密封，造成密封圈变形，从而使阀芯球体卡住，无法开启。

图6 浮动球阀结构图

密封圈材料为聚四氟乙烯，它能耐几乎所有的常用强腐蚀、氢氧化物，同时还具有耐高温的特点，但是聚四氟乙烯是典型的软而弱聚合物，大分子间的相互引力较小，刚度、硬度、强度都较小，在长时间连续载荷作用下发生塑性变形(蠕变)，在真空回潮机上，聚四氟乙烯密封圈长时间承受着高压蒸气，在这种作用力下发生蠕变，从而卡死密封球。

部分气动球阀由于密封圈磨损较为严重，导致密封球面与阀座直接接触，以导致密封球面被刮出毛刺和条纹（图7）。

图7 表面被刮出毛刺和条纹的球体

4 解决办法

由于聚四氟乙烯密封圈的蠕变性能，考虑更换能经受剧烈交变的温度和压力的石墨密封圈，随即更换相同型号的石墨密封圈（图8）。

图8 石墨密封圈

用砂纸打磨密封球面被刮出的毛刺和条纹，恢复其光滑表面，完成以上步骤后安装调试。

调试过程中，由于新的密封圈与球芯没有经过研磨，刚开启的几次摩擦力较大，这时可以在气缸允许的压力范围内，加大压缩空气源的压力，开关几次后，密封圈和球芯经过几次磨合后，再把压缩空气的压力调整到正常的压力范围，就能顺利启闭阀门了。至此真空回潮机抽空正常，机器恢复正常使用。

5 结 论

（1）聚四氟乙烯磨损性能不理想，在用做较大负荷、高温球阀密封时，磨损较大，而且易发生蠕变现象，从而影响球阀的正常开启。

（2）石墨密封圈在密封球体转动时候能够起到一定的润滑作用，在摩擦过程中，形成一层润滑膜，减少了密封球体的磨损，另外，石墨性能稳定，能够承受高温高压，在真空回潮机启动球阀中能够满足其生产要求。