秦玉成

(上海精元機(jī)械有限公司 ，上海 201702)

硫化機(jī)是汽車輪胎加工制造的末道工序，其中熱工管路是硫化機(jī)的重要組成部分。這些管路控制硫化介質(zhì)進(jìn)入膠囊、蒸汽室（熱板和模套），實(shí)現(xiàn)抽真空控制、定型控制、膠囊內(nèi)壓控制以及蒸汽室溫度控制的動作，管路中的執(zhí)行元件主要有切斷閥、薄膜調(diào)節(jié)閥、平衡閥、疏水閥、止回閥、截止閥等閥門。它的關(guān)鍵元件是切斷閥、薄膜調(diào)節(jié)閥、疏水閥組等，切斷閥主要用于內(nèi)溫控制，薄膜調(diào)節(jié)閥主要用于外溫控制，疏水閥組主要用于外溫冷凝水排放。

1 切斷閥結(jié)構(gòu)及特性

切斷閥是切斷或接通輸送管道上流動的介質(zhì)（蒸汽、氮?dú)?、動力水等），達(dá)到系統(tǒng)對壓力、溫度、流量等硫化工藝所需參數(shù)的要求。它的動作只有開啟與關(guān)閉，即通與斷。

切斷閥根據(jù)功能可分為常開和常閉兩種形式。常開閥是指沒有信號壓力（即信號源的壓力等于零）時(shí)，由于彈簧自身的（單作用僅有）的彈縮預(yù)緊力，使閥芯的初使?fàn)顟B(tài)在打開狀態(tài)，即閥門的初使?fàn)顟B(tài)為開啟。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)收到信號源的氣源壓力后，彈簧受壓，推桿帶動閥芯移動到極限位置，使閥門完全閉合。常閉閥是指沒有信號壓力（即信號源的壓力等于零）時(shí)，由于彈簧自身的（單作用僅有）的彈縮預(yù)緊力，使閥芯的初使?fàn)顟B(tài)在關(guān)閉狀態(tài)，即閥門的初使?fàn)顟B(tài)為閉合。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)收到信號源的氣源壓力后，彈簧受壓，推桿帶動閥芯向下移動到極限位置，使閥門完全開啟。切斷閥的主要結(jié)構(gòu)有兩種形式。

1.1 法蘭連接式切斷閥

此種閥門目前市場使用較多，主要以日系ROCKY等品牌為主，閥門的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，閥門兩端根據(jù)不同的通徑，采用不同規(guī)格的法蘭（日標(biāo)或國標(biāo)）。閥芯在彈簧預(yù)緊力作用下，停留在中間位置，閥門閉合。當(dāng)有信號壓力時(shí)，閥芯下壓，閥門打開；閥芯在彈簧力作用下，停留在下部，閥門打開。當(dāng)有信號壓力時(shí)，閥芯上移，閥門閉合。

圖1 法蘭連接式切斷閥

閥門特點(diǎn): ①法蘭式連接，互換性強(qiáng)。不同品牌安裝尺寸基本相同，如果法蘭標(biāo)準(zhǔn)相同，可以實(shí)現(xiàn)不同品牌的互相替換；②流體通道呈S流線型，壓力損失相對較大；③成本低，閥門制作技術(shù)成熟，同類型閥門在國內(nèi)、國外比較多，品牌選擇性大，價(jià)格相對更有優(yōu)勢。

1.2 焊接式角座閥

此種閥門主要最早應(yīng)用在電力、醫(yī)藥行業(yè)，后隨著國外進(jìn)口硫化設(shè)備的增多，這些閥門也開始進(jìn)入了國內(nèi)的輪胎行業(yè)，主要以德系SCHUBERT/SALZER等品牌為主，閥門如圖2所示，閥門兩端管子可與管路進(jìn)行焊接，維修時(shí)可將上部閥體部位用扳手旋松螺紋并拆下，不需拆卸閥座。常閉閥門如左圖，閥芯在彈簧預(yù)緊力作用下，停留在下方位置，閥門閉合。當(dāng)有信號壓力時(shí)，閥芯上移，閥門打開；常開閥如右圖，閥芯在彈簧力作用下，停留在上部，閥門為打開狀態(tài)。當(dāng)有信號壓力時(shí)，閥芯下移，閥門閉合。

圖2 焊接式角座閥

相對于傳統(tǒng)的法蘭式連接閥門，具有以下特點(diǎn):

（1）節(jié)能效果更有優(yōu)勢

由傳熱基本方程Q=KA△T（Q為對空氣散的熱量；K為傳熱系數(shù)；A為散熱面積；△T為管道內(nèi)蒸汽溫度減去環(huán)境溫度）得出：散熱面積越大，能耗越高，散熱面積越小，能耗越低。法蘭連接增加了散熱面積，焊接式連接減小了散熱面積。

（2）漏點(diǎn)少

法蘭對接的漏點(diǎn)多，焊接式閥門每個(gè)閥門連接處可減少2處漏點(diǎn)。

（3）壓損更小

角座式閥門的介質(zhì)呈一字形順流通過，相對于S流線形，閥阻小，壓損也就更小。

（4）整體空間小

硫化機(jī)管道布置在輥道下面，空間狹小。閥門本身結(jié)構(gòu)縮小后，管路布局三維空間減小，有利于維修和運(yùn)輸。

（5）備件更換方便

焊接形式的切斷閥后期更換備件方便，不需要將閥座從管道上拆除，只需將閥芯拆除即可。

2 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)及特性

調(diào)節(jié)閥是根據(jù)控制訊號的變化，達(dá)到對介質(zhì)的壓力、流量、溫度等工藝參數(shù)自動調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程控制。在輪胎定型硫化機(jī)上，主要用于對模套及熱板的蒸汽流量調(diào)節(jié)，達(dá)到控制硫化模具溫度的目的。調(diào)節(jié)閥主要有以下兩種形式。

2.1 薄膜調(diào)節(jié)閥

薄膜調(diào)節(jié)閥是目前國內(nèi)設(shè)備用的較多的結(jié)構(gòu),主要品牌有ROCKY、FUJITA等，如圖3所示。

圖3 薄膜調(diào)節(jié)閥

閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)及動作原理：氣源壓力信號輸入閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上腔室中，因氣壓作用，膜片產(chǎn)生推力，帶動閥桿向下動作，閥芯產(chǎn)生相應(yīng)位移，閥芯位置的變化促使閥內(nèi)的流通截面積發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)節(jié)介質(zhì)流通能力的目的。

特點(diǎn)：①螺紋或法蘭式連接；②不帶IP轉(zhuǎn)換器，需增加控制模塊；③控制精度約為2.5%，可滿足硫化使用要求。

精度控制曲線圖如圖4所示。

圖4 薄膜調(diào)節(jié)閥精度控制曲線

2.2 滑窗式調(diào)節(jié)閥

滑窗式調(diào)節(jié)閥因控制精度高，節(jié)省能源，主要應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、軍工等行業(yè)，但近年來在輪胎行業(yè)也逐漸被廣泛應(yīng)用，主要品牌有SCHUBERT、SALZER、boilz等。如圖5所示。

滑窗閥的結(jié)構(gòu)及動作原理：固定閥板垂直安裝在閥體內(nèi)，此閥板上開有多個(gè)條形窗孔，另一片同樣結(jié)構(gòu)的活動閥板在垂直于蒸汽流通方向上相對于固定閥板上下運(yùn)動，兩塊閥板窗孔位置交錯(cuò)變化引起蒸汽流通面積變化，達(dá)到調(diào)節(jié)蒸汽流量的目的，兩個(gè)閥板前后的壓力差使活動閥板與固定閥板貼合更緊密，起到密封的作用。

圖5 滑窗式調(diào)節(jié)閥

滑窗式調(diào)節(jié)閥特點(diǎn):

（1）節(jié)省蒸汽用量

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程（克拉伯龍方程）PV=nRT即P1V1/T1=P2V2/T2（T1=T2為需要硫化的溫度；P1為單座閥閥后壓強(qiáng)；P2為滑窗閥閥后壓強(qiáng)；V1（體積）÷單位時(shí)間=單座閥的流量；V2（體積）÷單位時(shí)間=滑窗閥的流量），因P2＞P1，T1=T2，所以V2＜V1，即當(dāng)調(diào)節(jié)相同的溫度時(shí)滑窗閥所需的流量小于單座閥所需的流量，所以滑窗閥更能節(jié)省蒸汽用量。

（2）具備閥門運(yùn)行記錄功能。

調(diào)節(jié)閥的智能型定位器可記錄閥門的所有運(yùn)行情況，如需優(yōu)化閥門調(diào)節(jié)性能可通過查看閥門歷史運(yùn)行情況作為參考來做PID控制優(yōu)化。

（3）調(diào)節(jié)精度高

滑窗閥調(diào)節(jié)精度為0.2%，調(diào)節(jié)精度越高越省能源，而且硫化出來的輪胎品質(zhì)也越好。見圖6所示。

圖6 滑窗式調(diào)節(jié)閥精度曲線圖

（4）減少閃蒸、氣蝕、水擊等影響閥門壽命的不利因素

滑窗式調(diào)節(jié)閥的閥板上開有多個(gè)節(jié)流槽孔，高速流動的蒸汽經(jīng)過節(jié)流結(jié)構(gòu)的活動滑板后形成噴射疊加，使蒸汽介質(zhì)的動能由于相互碰撞和摩擦而轉(zhuǎn)換成熱能，極大地降低了產(chǎn)生氣蝕和閃蒸的能量，減少氣蝕和閃蒸給閥體零件內(nèi)部造成的損壞。

3 疏水閥結(jié)構(gòu)及特性

在蒸汽空間若有水的存在，將會減少熱量，影響熱傳遞效率，從而直接減少了設(shè)備的最大輸出量。蒸汽疏水閥作為蒸汽系統(tǒng)不可缺少的一部分，是輪胎硫化過程中提高蒸汽使用效率的重要因素。

3.1 疏水閥的作用

（1）保持蒸汽空間冷凝水的自由排放，以縮短工序時(shí)間，從而增加產(chǎn)品輸出。

（2）控制啟動負(fù)荷和運(yùn)行負(fù)荷，以減少工序啟動時(shí)間。

（3）確保冷凝水的正確排放，以減少控制閥的磨損。

（4）減少設(shè)備啟動時(shí)蒸氣疏水站的旁通閥打開所造成的能量浪費(fèi)。

（5）低于蒸汽溫度排放冷凝水，減少閃蒸蒸汽的損失。

（6）維持加熱表面的熱傳遞系數(shù)，確保產(chǎn)品的特性一致。

3.2 疏水閥的類型

疏水閥根據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為幾種類型：熱動力型、浮球熱靜力型、倒吊桶式、壓力平衡式、雙金屬式等，每一種疏水閥都有其優(yōu)缺點(diǎn)，深入了解其工作原理后才能從中選擇合適的疏水閥，在硫化機(jī)上應(yīng)用較多的是浮球式和倒吊桶式疏水閥。

3.2.1 浮球式疏水閥

工作原理：浮球疏水閥是通過感應(yīng)蒸汽和冷凝水之間密度的不同，利用浮球原理來實(shí)現(xiàn)排放冷凝水的開關(guān)。疏水閥的開度與水位成比例關(guān)系，瞬間的壓力變化不影響閥的開關(guān)。因此這種閥特別適用快速、頻繁排放冷凝水的工況，浮球疏水閥是一種十分理想的自動疏水并實(shí)現(xiàn)最大熱交換效率的疏水閥。見圖7所示。

圖7 浮球式疏水閥

3.2.2 倒吊桶式疏水閥

工作原理：倒吊桶式疏水閥是根據(jù)伯努力熱動力原理，利用蒸汽和凝結(jié)水的熱動力學(xué)不同的特性，引起動能和勢能動靜壓變化。使動作件閥片上下壓差變化，啟動閥片開啟和關(guān)閉，從而達(dá)到阻汽排水的目的。見圖8所示。

圖8 倒吊桶式疏水閥

疏水閥是疏水系統(tǒng)中的一個(gè)重要元件，它與其他閥門組合使用形成了一完整的疏水系統(tǒng)。整個(gè)疏水系統(tǒng)由圖9所示的幾種閥門組成。

圖9 疏水系統(tǒng)示意圖

各零部件功能如下：

（1）截止閥：隔離蒸汽疏水閥，以便設(shè)備無需停止運(yùn)行就可進(jìn)行維修。

（2）旁通閥：旁通閥在蒸汽疏水閥拆下維修時(shí)可排放冷凝水。在設(shè)備起動時(shí)，旁通閥務(wù)必不能打開，忘記關(guān)閉會引起蒸汽損失。

（3）過濾器：可以防止系統(tǒng)中的雜質(zhì)進(jìn)入疏水閥，阻礙疏水閥正常工作，疏水閥中需要安裝外置的過濾器，該過濾器的濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)使其比較穩(wěn)定，不會因水錘作用而變形。

（4）止回閥：為防止蒸汽疏水閥中冷凝水的回流，需安裝止回閥。在設(shè)備關(guān)閉時(shí)如果無負(fù)壓，冷凝水回流至蒸汽空間將會導(dǎo)致腐蝕。在設(shè)備起動時(shí)有突然的蒸汽壓力，有可能產(chǎn)生水錘。

以上是單個(gè)閥門的結(jié)構(gòu)，這些閥門通過不同管子的走向，與其他閥門連接后，就形成了硫化機(jī)的熱工管路，這些熱工管路布置在硫化機(jī)后側(cè)，通過PLC控制，達(dá)到硫化輪胎的目的。

4 集成閥組結(jié)構(gòu)及特性

隨著市場的競爭日趨激烈，制造業(yè)越來越傾向于節(jié)能與環(huán)保的產(chǎn)品，閥門的結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的變化，無論是傳統(tǒng)的法蘭連接式閥門還是焊接式角座閥，都在向集成化邁進(jìn)，目前也已經(jīng)出現(xiàn)了不同閥門的不同集成方案。

4.1 管件連接式

閥門結(jié)構(gòu)經(jīng)過改型制作后，與管件焊接或少量的法蘭連接，將整個(gè)閥門布局縮小為一個(gè)整體，由閥門制造商直接裝配完成，作為一個(gè)整體閥組供應(yīng)給設(shè)備廠商，這種方案簡化了初期現(xiàn)場配管工作的時(shí)間，降低了初期現(xiàn)場配管工作時(shí)管道安裝的錯(cuò)誤。

4.2 底座集成式

閥門同樣是經(jīng)過改型制作后，集中安裝在一個(gè)閥座上，此閥座內(nèi)部加工有各種介質(zhì)通道，在閥座內(nèi)部進(jìn)行介質(zhì)流通，閥門與閥座通過螺紋旋合，并增加密封圈密封，閥座與外界管子的連接部位也有密封圈進(jìn)行密封，這種方案省卻了配管的工序，減少了漏點(diǎn)，使得管道占用空間更小，安裝及維護(hù)更加方便快捷。

無論什么樣的集成方案，相對于單個(gè)閥門結(jié)構(gòu)布置的管路，有如下明顯的優(yōu)勢：

（1）集成度高，節(jié)省了空間。

（2）安裝及維護(hù)非常方便，減少了初期的總裝時(shí)間，也大大減少了維修拆卸的時(shí)間。

（3）便于現(xiàn)場施工及接管，可以縮短配管的長度。

（4）實(shí)施保溫時(shí)節(jié)省材料和人工費(fèi)用，可以制作保溫箱或其他更有效的保溫設(shè)施。

（5）節(jié)能效果會更好，大大降低輪胎硫化過程中管道熱量的損失。

（6）降低硫化車間的溫度，改善工人的工作環(huán)境。

集成閥門因沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，沒有批量化使用，也有自已的一些不足之處：

（1）集成方案屬于定制品，不能完全標(biāo)準(zhǔn)化。

（2）不能實(shí)現(xiàn)不同品牌的互換。

（3）集成閥門價(jià)格相對較高，設(shè)備投入成本增大。

5 結(jié)語

隨著技術(shù)的成熟與進(jìn)步，閥門的結(jié)構(gòu)也在不斷的發(fā)展與更新，輪胎行業(yè)為了降低成本，節(jié)省蒸汽用量，對配套的閥門也會提出更高的要求，所以，無論輪胎行業(yè)還是閥門制造業(yè)，都在向著自動化程度更高、更加節(jié)能與環(huán)保的產(chǎn)品領(lǐng)域進(jìn)軍。