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壓力容器安全聯(lián)鎖自動快開門裝置的研制

文檔作者：龔曙光謝桂蘭文檔來源：湘潭大學機械工程學院CAE研究所		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月28日
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《化工裝備技術》第25卷第l期2004年 37
壓力容器安全聯(lián)鎖自動快開門裝置的研制
龔曙光 謝桂蘭
(湘潭大學機械工程學院CAE研究所)
摘 要 在快開門蓋結(jié)構(gòu)設計的基礎上，將安全聯(lián)鎖裝置的研究納入到快開門蓋結(jié)
構(gòu)的設計中，完成了一種安全聯(lián)鎖的自動快開門裝置的研究和設計。闡述了安全聯(lián)
鎖自動快開門裝置工作的原理和過程，給出了該裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
關鍵詞 快開門 安全聯(lián)鎖 壓力容器 自動
1 引言
快開門式壓力容器已在化工、輕工、紡織、
建材和醫(yī)藥等行業(yè)得到了廣泛應用，如消毒鍋、
蒸壓釜、硫化罐和蒸煮罐等，它們都具有同一
個特點即要求在很短的時間內(nèi)實現(xiàn)開啟和關
閉，甚至于有時容器的啟閉時間會直接影響到
生產(chǎn)效率。另一方面，這些容器大都處在高溫、
高壓、潮濕、腐蝕介質(zhì)環(huán)境下工作，對其操作
不當就會產(chǎn)生大的安全事故。鑒于該裝置產(chǎn)生
事故的概率較大，勞動部在1992年就該裝置專
門頒發(fā)了一個9號文件，并將快開門安全聯(lián)鎖
裝置的生產(chǎn)和管理納入到壓力容器監(jiān)察規(guī)程中
進行管理。
目前快開門安全聯(lián)鎖裝置的研究已經(jīng)引起
了科研院所、生產(chǎn)和使用單位的高度重視，也
出現(xiàn)了許多快開門安全聯(lián)鎖裝置的類型和專
利。對于快開門蓋的結(jié)構(gòu)形式按其基本原理可
分為卡箍式、齒嚙式、壓緊式、剖分環(huán)式和移
動式 。安全聯(lián)鎖裝置按其原理來說可分為氣
壓式 、氣壓與油壓結(jié)合式、機電控制式[3 等。
由于安全聯(lián)鎖裝置目前國內(nèi)正處在開發(fā)、研制
和試用階段，它們都具有一定的局限性，并且
其研究大都是脫離快開門蓋進行的，從而造成
快開門蓋結(jié)構(gòu)與安全聯(lián)鎖裝置的脫節(jié)性。
本文將在快開門蓋結(jié)構(gòu)設計的基礎上，將
安全聯(lián)鎖裝置的研究納入到快開門蓋結(jié)構(gòu)的設
計中，完成了一種安全聯(lián)鎖的自動快開門裝置
的研究和設計。
2 原理及工作過程
大多數(shù)快開式壓力容器都處于中、低壓環(huán)
境下工作，隨著科學技術的發(fā)展，對高壓甚至
超高壓快開門式壓力容器也提出了要求。在中、
高壓環(huán)境中，快開門蓋以齒嚙式結(jié)構(gòu)較多，如
圖1所示。它是在頂蓋法蘭和端部法蘭的圓周
方向加工出均布的齒，通過將頂蓋法蘭旋轉(zhuǎn)某
一角度，可實現(xiàn)頂蓋法蘭齒和端部法蘭齒之間
的嚙合和錯開。或者是在整體卡箍上加工出均
布的齒，用卡箍來承擔工作介質(zhì)作用下頂蓋上
的軸向力口]。根據(jù)《快開門蓋式壓力容器安全管
理規(guī)定》的要求，這些齒不能采用焊接結(jié)構(gòu)，快
開門蓋的材料必須采用鍛件。因此在加工這些
齒時會出現(xiàn)兩個不利的方面：一方面，這些齒
的存在使得加工工藝變得復雜，特別是當門蓋
的尺寸大而重時，情況也許會更糟；另一方面，
*龔曙光，男，1964年l2月生，副教授，博士。湘潭市，411105。
38 壓力容器安全聯(lián)鎖自動快開門裝置的研制
對齒的切削加工，將會切斷材料的纖維受力走
向，使門蓋承受載荷的能力下降。同時在其它
條件均相同的情況下，采用齒形結(jié)構(gòu)將會使齒
的外徑增大。
圖1 齒嚙式結(jié)構(gòu)
1一快開門蓋2一簡體法蘭3一整體法蘭
2．1 結(jié)構(gòu)設計
為了克服上述所提到的缺點和不足，筆者
對上述結(jié)構(gòu)進行了改進，并借用其它相關技術，
研制出一種自動快開門結(jié)構(gòu)裝置，其結(jié)構(gòu)如圖
2所示。該結(jié)構(gòu)裝置的操作過程為：動力源帶動
齒輪軸旋轉(zhuǎn)，齒輪軸與絲盤通過內(nèi)齒嚙合，帶
動絲盤繞容器的軸心線旋轉(zhuǎn)，絲盤通過螺旋帶
動絲爪在徑向方向移動，固定在絲爪上的分塊
卡箍因此可以完成對快開門蓋和法蘭的卡鎖。
它具有下列優(yōu)點：
(1)快開門蓋與筒體法蘭采用整個圓周外
圈結(jié)合。它一方面提高了承受軸向載荷的能力，
快開門蓋和法蘭的外徑也相應地下降；另一方
面改善了快開門蓋的加工性能，不要進行輪齒
的加工，降低了加工成本。
(2)絲爪在絲盤的帶動下進行徑向移動，
實現(xiàn)了多個分塊卡箍之間移動的協(xié)調(diào)性，并且
分塊卡箍之間具有自動對心功能。用戶可根據(jù)
快開門蓋直徑的大小來設置分塊卡箍的數(shù)目。
另外通過采用卡箍分塊的方式，可以減小分塊
卡箍鍛件模坯的尺寸，其加工性能和成本會相
l璺I 2 俠升r]盂裝置
1一機箱 2一絲盤3一動力源 4一齒輪軸 5一行程開關
6一法蘭 7一快開門蓋8一分塊卡箍9一絲爪
應下降。
(3)通過調(diào)整絲盤上螺旋角度，可以實現(xiàn)
絲盤與絲爪之間的自鎖功能，防止卡箍后移。另
外通過調(diào)整絲盤上的螺旋角度或者動力源的轉(zhuǎn)
速，可以改變卡箍移動的速度，實現(xiàn)快開門蓋
的快速開啟。
(4)當快開門蓋為非圓形時，該裝置同樣
可以使用。
同時在該結(jié)構(gòu)中，盡管減小了對快開門蓋、
法蘭和卡箍的齒形加工，但增加了絲盤和絲爪
的加工，也許這樣會造成整個結(jié)構(gòu)成本的上升。
由于在該結(jié)構(gòu)中，絲盤和絲爪不是主要的受力
件，其所用材料等級可以降低，加工精度也可
以降低。通過計算得知，其尺寸也是很小的。
2．2 安全聯(lián)鎖裝置設計
對于安全聯(lián)鎖裝置的設計，勞動部1992年
9號文件提出的具體要求如下：
(1)在快開門蓋關閉到完全嚙合位置，安
全聯(lián)鎖裝置投入后，方能升壓，否則無法升壓；
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《化工裝備技術》第25卷第1期2004年 39
(2)壓力排放后，必須先打開安全聯(lián)鎖裝
置，待壓力容器內(nèi)壓力降至為零時，方能進行
門蓋的開啟動作，否則無法開啟門蓋；
(3)快開門未達到嚙合位置時，安全聯(lián)鎖
裝置應無法投入；安全聯(lián)鎖裝置投入后，快開
門蓋應不能轉(zhuǎn)動。據(jù)此，本文作者在研發(fā)快開
門蓋結(jié)構(gòu)的基礎上，結(jié)合快開門蓋結(jié)構(gòu)的特點，
配置了相應的安全聯(lián)鎖裝置，如圖3所示為安
全聯(lián)鎖裝置的控制示意圖。
圖3 安全聯(lián)鎖裝置控制
lo一控制箱 ll一信號線 l2一進El閥門 l3一物料進El
l4一出El閥門 l5一物料出El l6一壓力與溫度檢測儀
l7一軸向行程開關
其具體的操作過程為：
當升壓時，徑向行程開關5用來控制分塊
卡箍的卡鎖情況，軸向行程開關17控制快開門
蓋是否關閉，當這兩組行程開關都到位時，表
示快開門蓋已關閉和分塊卡箍已卡鎖。當這個
信號送到控制箱后，控制箱將發(fā)出下列控制信
號：
(1)切斷動力源的電源，使電機不能工作；
(2)關閉出口閥門；
(3)打開進口閥門，準備進入物料；
(4)溫度和壓力檢測儀開始記錄容器內(nèi)的
溫度和壓力情況。這些控制信號的發(fā)出按一定
的順序進行，并有相應的延時控制。
當卸壓時，給進口閥門發(fā)出關閉信號，打
開出口閥門，溫度與壓力檢測儀繼續(xù)監(jiān)測容器
里的溫度和壓力變化。當檢測出壓力為零，溫
度達到常溫時，就會發(fā)送給控制箱一個信號，這
時控制箱會發(fā)出下列控制信號：
(1)切斷控制進口閥門的電源，使其處于
關閉狀態(tài)；
(2)打開出口閥門；
(3)給動力源接通電源，為分塊卡箍做徑
向移動作好準備，即為打開快開門蓋做準備。
由于該裝置采用了機電控制，有利于利用
計算機進行自動控制?？刂葡錇橐粋€微型電腦，
所有信號都要進入微型電腦，通過對每個任務
分析處理后，再發(fā)送出控制指令，以控制其對
應的電器元件，從而實現(xiàn)安全聯(lián)鎖的目的。
3 結(jié)束語
從上述的分析可知，該裝置原理簡單明了，
結(jié)構(gòu)緊湊，制造費用低，零件的加工精度下降。
安全聯(lián)鎖裝置采用了微型電腦控制，整個快開
門結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可以實現(xiàn)計算機自動控制，目前整
個快開門蓋結(jié)構(gòu)和安全聯(lián)鎖裝置已申請專利。
參 考 文 獻
1 鄭津洋．快速開關蓋式壓力容器(一)．化工裝備技術。
l997。l8 (1)： 3O一38
2 穆學戰(zhàn)，侯志。南三平．硫化罐安全聯(lián)鎖裝置的改進設
計． 橡膠技術與裝備，1999，25 (3)：51—52。47
3 呂越操． 快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖制動裝置的設計．
壓力容器。l993。10(4)：84—86
4 姚建平．KYL型壓力容器快開門安全聯(lián)鎖裝置功能的
檢測． 中國鍋爐壓力容器安全。2000，l7(6)：l6一l7
(收稿Et期：2003—06—2O)
(上接第44頁)
3 戴俊鴻。閻國超。周正泓等．高溫高壓設備瞬態(tài)密封分
析的三維力學與傳熱學模型．化工機械，1996，23(1)：
3l～ 33
4 楊強生，浦保榮．高等傳熱學．上海：上海交通大學出
版社，2001．
5 冶金工業(yè)部合金鋼種手冊編寫組．合金鋼種手冊(第l
冊)．北京：冶金工業(yè)出版社，1983．
(收稿Et期：2OO3—06一l6)

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