切換閥，又稱強制閥，是一種安裝在切換式換熱器或蓄冷器熱端的氣動開關閥。它利用連桿結構原理實現閥板的啟閉。
設備介紹
切換閥的開關由電磁閥控制的信號壓縮空氣控制。根據在流程中所起的不同作用，切換閥可分為空氣、污氮切換閥，純氮抑制閥、污氮三通閥等多種類型。從結構型式來看，切換閥可分為立式和臥式兩種。其中，立式切換閥還可細分為氣開式和氣閉式兩類。氣開式切換閥在信號壓縮空氣斷氣時，閥瓣能夠借助自身的重量自動打開；而氣閉式切換閥則與此相反。氣開、氣閉的選擇取決于裝置的安全性。通常情況下，氮氣切換閥采用氣開式，而空氣切換閥則采用氣閉式。此外，需要注意的是，切換閥的動作由電磁閥控制，因此在選擇氣開、氣閉式的同時，還需確保電磁閥狀態與切換閥狀態的協調一致，以便在電源或氣源發生故障時，保障設備的安全。具體來說，污氮切換閥在四通電磁閥有電時關閉，失電時打開，并能在電源和氣源同時失效的情況下，借助自重打開，從而保證上塔氣體能夠通過蓄冷器放空，避免超壓情況的發生?？諝馇袚Q閥的情況則恰好相反，當四通電磁閥有電時，切換閥打開，失電時關閉。在電源故障失電時，切換閥關閉；而在氣源故障失壓時，切換閥能夠憑借自重關閉，從而確保在故障狀態下，原料空氣不會進入空分塔。至于污氮（純氮）三通切換閥，則是在四通電磁閥有電時處于排送位置，失電時處于放空位置。同樣地，當電源故障失電時，三通切換閥處于放空位置；而當氣源故障失壓時，三通切換閥能夠借助自重處于放空位置。
三桿式切換閥
隨著國內空分設備規模的不斷擴大，對于配套的分子篩純化系統的切換閥門提出了新的技術要求。除了要求切換閥門具備良好的密封性能和較高的運行可靠性外，還需要它們能夠在長周期內免維護運行，并能有效防止分子篩沖床。傳統的單偏心蝶閥和三偏心蝶閥在應用于大型空分設備尤其是40000 m3/h等級以上的設備時受到了一定的限制。在這種背景下，三桿式切換閥應運而生。三桿閥采用了四連桿結構原理，不僅在背壓作用下具有良好的密封性能，而且還具有較高的可靠性和較長的使用壽命。最重要的是，三桿閥能夠很好地限制最大開啟壓差，從而有效防止分子篩沖床事故的發生。目前，國內大型空分設備普遍使用三桿閥，但由于大部分仍依賴進口，導致交貨期長、價格昂貴，增加了成套成本。國內的一些專業閥門生產廠家已經成功研制并生產出了三桿閥，并已在國內40000 m3/h級別的空分設備上投入使用，取得了良好的效果。
工作原理
三桿閥的工作原理是利用四連桿結構原理實現閥板的啟閉。閥門包括主閥部分和驅動裝置部分。主閥部分主要包括閥桿、主動桿、從動桿、固定桿和閥板。閥門的驅動裝置通過帶動閥桿及主動桿轉動，進而驅動由主動桿、從動桿和閥板組成的連桿機構運動，從而使閥板實現啟閉動作和可靠的密封。在閥門開啟初期，閥板首先進行平移運動，隨后開始翻轉，最終完成閥板由垂直位置到平行管道中心位置的開啟動作。關閉過程則是反向的。
結構和特點
優點
三桿閥相對于其他類型的蝶閥具有三個顯著的優勢。首先，三桿閥能夠實現最大開啟壓差保護，即在低于設定壓差的情況下，閥門才能開啟，從而有效防止因分子篩吸附器切換操作失誤而導致閥門前后壓差過大，瞬時大氣流沖擊分子篩床層的危害發生。其次，三桿閥的閥板與閥體密封面沒有摩擦，使用壽命長，適用于頻繁啟閉的場合，并且可以在較大的溫度范圍內（-40°C至+450°C）工作。第三，三桿閥具有自清潔特性，其密封面所在的平面垂直于閥體中心線，小顆粒雜質會被氣流吹走，不會滯留在密封面上；而且閥板在開啟過程中先進行平移運動，不會將垃圾擠壓到密封面中。
不足之處
盡管三桿閥具有諸多優勢，但也有一些不足之處。由于其傳動部分較為復雜，占據了部分閥體流道，而且采用平面密封，這些因素都會降低其流通能力，使得閥門的流動系數C值較小。因此，在選擇時，通常需要考慮口徑稍大的閥門，這可能會增加投資成本。此外，三桿閥的結構復雜，體積較大，更適合在DN600 mm以上的場合使用。
結構特點
三桿閥的基本結構有兩種，分別是長桿型和短桿型。這兩種結構的閥門運動軌跡大致相同，但在具體性能方面有所差異。長桿型三桿閥的傳動軸位于流道外部，而短桿型三桿閥的傳動軸位于流道內部。這種區別導致了閥門的最小驅動力矩不同。長桿型三桿閥的傳動軸位于流通管道之外，能夠有效避免介質的沖刷和溫度的影響，因此更能適應高溫環境。在實際使用中，長桿型三桿閥的啟閉時間相對較短。
主要特點
杭州氧氣廠工裝研制的三桿閥采用長桿式四連桿機構，主閥桿位于管道通徑之外，避免了閥門開啟時介質對主閥桿的直接沖刷，提高了閥門的流通能力和使用壽命，并能適應各種惡劣工況。此外，這種結構還能保證主閥桿僅需轉動更小的角度即可使閥門全開，縮短了閥門的啟閉時間。閥門內部的傳動部分軸承均采用具有自潤滑功能的DU軸承，無需添加油脂，避免了后續空分流程中可能存在的油脂污染問題。閥門的流通能力得到了盡可能的放大，例如，與國外同類產品的比較顯示，杭氧工裝研制的DN700 mm和DN800 mm閥門的通徑分別為630 mm和730 mm，流量能力得到提升。閥門結構長度加長，確保閥門開啟時閥板始終在閥門內部，避免因管道安裝偏心而導致閥板運轉時與管道發生卡阻，保證了閥門啟閉過程的平穩性。
故障和改進
原理及故障
切換閥由氣體過濾器、電磁閥、三通閥組成。當時間繼電器發出信號時，電磁閥通電，少量壓縮空氣經過濾器、電磁閥進入三通閥氣缸B腔內，在導向活塞兩端壓差作用下，導向閥盤向右移動，關閉了壓縮空氣（正流）進入板式蓄冷器的通道A→D。塔內返流氣體（廢氮或廢氧）經D→C排出塔外。當時間繼電器再次發出信號時，電磁閥斷電，切斷了少量壓縮空氣進入三通閥的通道，同時氣缸B腔內的氣體從電磁閥另一通道排入大氣，此時正流空氣在導向活塞右端壓力差作用下，迫使導向閥盤向左移動，關閉了D→C通道，使返流氣體不能排出，正流空氣經A→D通道進入板式蓄冷器。如果時間繼電器再有相反的信號給電磁閥時，導向閥盤又回到第一次工作的位置（即正流氣體不能進板式蓄冷器，返流氣體排出塔外）。如此兩只切換閥循環不斷地配合工作，達到正流氣體與返流氣體在板式蓄冷器內流通互換以連續清除進塔空氣中的水分及二氧化碳的目的。切換時間一般控制在2-3分鐘。如果切換閥卡死，即三通閥A→D通道與D→C通道不能切換（三通閥導向閥盤卡在左、右極端）或A→D通道與D→C通道互通（三通閥導向閥盤卡在中間任一位置，5-6、7-8兩閥盤均無關死通道），使板式蓄冷器不能正常工作，工況將被破壞。在工廠試車和部隊使用中，經常發生切換閥卡死故障，有時一次制氧中卡死的次數高達10-15次，嚴重影響了工作效率和經濟效益。
卡死原因
切換閥卡死的原因主要有以下幾點：1.氣缸和的同軸度超前而卡死。此故障除了加工質量問題外，主要是總裝中三通閥閥體變形引起的。原三通閥A、D、C三個通道均與直徑55 mm×2 mm的黃銅管通過法蘭盤聯接，這些管子在彎曲成形和焊接中尺寸誤差較大，強迫裝配的現象時有發生，從而導致閥體變形。2.橡膠密封圈過期老化變形或磨損而卡死；或停放時間過長，局部銹蝕或氣缸B腔放氣通路（主要是電氣閥通氣口）被外來物堵塞。3.導向活塞上的密封槽偏淺，而配裝的橡膠密封圈又往往偏粗，使密封圈壓縮量過多造成摩擦力過大，活塞容易被卡住。4.導向閥盤在左、右快速切換運動中，閥盤撞擊力大，輔助活塞因為是“軟聯接”（閥片7與輔助活塞9之間，夾裝有密封墊圈8），導向活塞在運動中，固定螺母10經常松動，致使導向活塞傾斜而卡住；另外，安裝輔助活塞閥片處活塞桿的軸肩太?。▓D樣上只有1 mm，而因加工R的存在，實際軸肩還小于此尺寸，這樣就很難保證輔助活塞與活塞桿軸線垂直，而使活塞卡住。這一設計缺陷是造成活塞卡住的主要原因之一。5.導向活塞向左運動時推力偏小，當密封圈發膩及氣缸內有垃圾（如橡膠圈磨損掉下的橡膠末等），活塞就很易卡住。
改進措施
針對切換閥卡死的問題，采取了一系列改進措施：1.減小三通閥閥體變形。1982年起三通閥閥體壁厚加大，以增加強度。1997年將三通閥的全部通道硬聯接改為D、C通道硬聯接，A通道加接波紋管過渡，從而大大減小了閥體的變形，較有效地防止了三通閥在工作前期卡死故障的發生。2.從1998年下半年開始，將部分改變三通閥導向閥盤的設計。減小導向閥盤的運動阻力。將導向閥盤密封增加深0.15 mm，以改變密封圈的裝配壓縮量，在不影響氣密性的前提下，使活塞運動阻力下降。3.改輔助活塞“軟聯接”為“硬聯接”，避免活塞松動傾斜。適當加大活塞桿的尺寸，由原直徑12 mm改為直徑13.4 mm從而增大了軸肩；輔助活塞由內凹型改為中凸型，使輔助活塞與閥片直接聯接。這樣既較好地保證了閥片、活塞端面與活塞桿軸線的垂直度，又使固定螺母不易松動。在用設備可在閥片與輔助活塞之間加一兩端面互相平行，外徑為20 mm、內孔為10 mm、厚為3 mm的黃銅墊圈，并將密封墊圈內孔擴至20mm，按原序裝配即成。
參考資料 >