先導(dǎo)式電磁閥常見故障分析及解決方案

在電磁先導(dǎo)閥(圖1) 電磁頭不通電的情況下(電磁頭無輸出力) , 彈簧的作用力作用在閥桿上,閥桿將閥芯壓緊在閥座上并保持密封。當(dāng)電磁頭通電產(chǎn)生提升力, 克服彈簧的力, 將閥桿提起, 閥芯脫離閥座, 系統(tǒng)介質(zhì)排放。

1、 閥位指示器 2、電磁頭 3、軛架 4、彈簧 5、閥桿閥芯組建 6、閥體 7、閥座

先導(dǎo)式電磁閥常見故障

1、閥芯上部銷孔磨損, 銷孔內(nèi)側(cè)有較為明顯的被磨壓形成的凹槽, 微觀形貌可見有磨屑磨粒及較短的劃痕等特征, 磨痕邊緣為擠壓輾平的金屬磨屑形態(tài)。閥芯內(nèi)腔底部與調(diào)節(jié)螺釘接觸處, 可見有明顯的磨損痕跡, 靠中間位置形成一圓形的凹坑, 微觀形貌可見有剝落及腐蝕微孔等顯微特性。
2、閥桿僅外圓表面有局部磨損, 存在部分剝落現(xiàn)象, 局部區(qū)域留下了與軸向基本平行的溝槽特征,可認(rèn)為該閥芯與閥桿間存在周向相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
3、銷釘兩端有明顯的磨損及溝槽, 表面有可見剝落及較短的劃痕等顯微特性。

先導(dǎo)式電磁閥原因分析

經(jīng)檢測(cè), 閥芯、閥桿、調(diào)節(jié)螺釘和銷釘材料的化學(xué)成分均與設(shè)計(jì)技術(shù)要求一致。硬度測(cè)試結(jié)果顯示, 調(diào)節(jié)螺釘?shù)挠捕燃s為280HV , 閥芯硬度約為440HV , 閥桿硬度約為500HV , 銷釘硬度約為550HV。分析確定, 閥門開啟時(shí)閥芯等組件沿軸向產(chǎn)生微小振動(dòng)及周向的相對(duì)微小轉(zhuǎn)動(dòng), 造成了銷釘、閥芯銷孔處以及閥桿外表面的局部磨損。對(duì)于調(diào)整螺釘?shù)穆菁y部位而言, 宏觀分析及微觀分析表明, 該部位主要為接觸疲勞引起的失效。由于螺紋連接部位存在一定的間隙, 在接觸應(yīng)力以及泄漏引起的振動(dòng)荷載作用下, 金屬表面的直接接觸以及相對(duì)的運(yùn)動(dòng), 使硬度相對(duì)較低的螺桿螺紋表面產(chǎn)生剝落(能譜分析結(jié)果表明磨損表面發(fā)生了金屬的遷移) 。剝落的磨屑及基體脫落的粒子又使表面產(chǎn)生了磨料磨損, 同時(shí)兼有腐蝕磨損等, 導(dǎo)致了螺紋部的失效。由金相分析可知, 螺紋部的外表層存在較明顯的形變流變痕跡, 表明該螺紋部位存在較大的應(yīng)力作用。調(diào)節(jié)螺釘螺紋處的腐蝕麻點(diǎn)及腐蝕斑, 加上先導(dǎo)閥長(zhǎng)期開啟后, 其電磁頭保持帶電產(chǎn)生磁性, 引起調(diào)節(jié)螺釘和閥桿材料之間電極電位存在差異, 使調(diào)節(jié)螺釘螺紋處與閥桿之間的電化學(xué)腐蝕作用加速了螺紋處的失效。對(duì)于調(diào)節(jié)螺釘下端頂部而言, 由于閥芯與調(diào)節(jié)螺釘電極電位存在差異, 導(dǎo)致閥芯產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕引起表面粗糙以及接 觸強(qiáng)度下降, 因而導(dǎo)致調(diào)節(jié)螺釘下端頂部與閥芯接觸面產(chǎn)生粘著磨損(能譜分析中也可看出磨損面上產(chǎn)生的金屬遷移) , 隨著泄漏引起的軸向振動(dòng)載荷以及周向轉(zhuǎn)動(dòng)載荷的不斷作用, 較軟的螺釘頂部將隨著粘著磨損的進(jìn)行不斷削平, 最終導(dǎo)致螺桿接觸端面的失效。部件的失效分析表明, 失效不是由于單向高載荷引起的, 而是一種循環(huán)載荷(如振動(dòng)) 現(xiàn)象。

先導(dǎo)式電磁閥改進(jìn)措施

為了消除閥芯組件的振動(dòng)問題, 其有效的方法就是在先導(dǎo)閥處于開啟狀態(tài)時(shí), 消除閥芯的自由活動(dòng)性。因此對(duì)閥芯組件做了改進(jìn)。
①取消閥桿的上密封, 將閥芯的筒體長(zhǎng)度增加, 以閥芯與閥桿套筒控制閥門的行程。
②取消調(diào)節(jié)螺釘, 不再通過調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)閥門的行程, 避免材料不同引起電極電位差導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕。閥桿加長(zhǎng), 頂部呈圓頭, 材料仍采用Inconel , 與閥芯材料接近。
③銷釘直徑由Φ3mm 增加到Φ5mm , 提高了強(qiáng)度, 以便在閥門處于開啟狀態(tài)下將閥桿的力傳遞到閥芯上, 將閥芯的上密封壓緊在閥桿套筒上, 防止閥門開啟后閥芯在蒸汽流的情況下發(fā)生振動(dòng)。閥門的行程則通過閥芯的筒體長(zhǎng)度來調(diào)整, 在先導(dǎo)閥組裝初期, 通過加工閥芯的倒密封端來控制行程, 并控制先導(dǎo)閥的行程為負(fù)偏差, 閥芯和閥座密封面研磨后, 其行程取正偏差, 這樣即使閥芯和閥座密封面多次研磨后也能保證先導(dǎo)閥的行程在允許誤差范圍內(nèi)。閥芯組件改進(jìn)后, 通過熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)架對(duì)一個(gè)新結(jié)構(gòu)的先導(dǎo)閥進(jìn)行了500 次的開關(guān)排放試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后, 對(duì)閥芯組件進(jìn)行了解體檢查, 未發(fā)現(xiàn)振動(dòng)造成的磨痕。又經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行3 個(gè)月后解體檢查, 先導(dǎo)閥狀態(tài)良好, 未發(fā)現(xiàn)閥芯部件存在磨痕, 證明已經(jīng)消除 了電磁先導(dǎo)閥不能長(zhǎng)時(shí)間開啟的缺陷。

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