浅析页岩炼油厂废渣仓出口气动保温闸门设计

摘要：页岩炼油厂在集团公司转型的关键阶段，每年为集团公司创下了可观的经济效益，但到每年的冬季，制约生产正常进行的难点就是：废渣仓冻仓问题。由于干馏炉是24小时/天连续运转，废渣也是24小时/天连续性排放，这就要求排放系统工作畅通。若经常发生冻仓问题，废渣排放不出去，轻者影响干馏炉正常生产，严重时将造成干馏炉停产事故。整个系统一旦停止运行，就会给整个生产系统和经济效益带来不可估量的经济损失。为解决这一问题，利用仓口上现有的气源，为废渣仓放料口设计了该气动保温闸门，彻底解决了冬季的冻仓问题，保证干馏系统生产的正常运行。

关键词：废渣仓出口 气动保温闸门

中图分类号：TV663文献标识码： A 文章编号：

1.概述

页岩炼油厂从投入生产至今的十来年中，每逢冬季，废渣仓卸料的时候，工人都要用重锤使劲的敲仓壁，物料才能慢慢的流下来。严重的情况下，自翻车已经过来，而仓口却堵死着不能立刻卸料，这就会造成运输系统的堵塞，甚至会使整个输送系统停止运行。分析其中的原因是废渣仓的出口穿过楼板直接与外界相连，每次卸完料后就会有冷空气跑进来，夹杂在其中的一些水分和余料就会与仓壁形成一块厚冰，在下次放料的时候，就会阻止物料的下流，严重的时候会把仓口堵死。尽管采取了增加厂房的散热器，在仓口也放置了蒸汽盘管等保暖措施，但仍然无法解决这一问题。故在每次卸完料后，仓口就会造成堵塞问题。根据这一现象设计的气动保温闸门，在每次卸完料后就将其盖住，不让冷空气进来，再加上良好的保温措施，就彻底的解决了这个冻仓问题。也避免了工人在每次卸料的时候用重锤敲仓口，延长了仓口的使用寿命。该气动保温闸门的控制阀与气动扇形闸门的控制阀设置在一起，由一个人管理即可操纵。

2.保温闸门的设计

该保温板需要在洞口上来回运动，为防止发生跑偏现象，可在洞口两侧用槽钢或角钢焊接一个运行轨道。根据仓口四周的环境条件，设计的保温闸门既要有一定的强度，又要能起到良好保温的效果，而且尽量是一种轻质材料。故可选用建筑上常用的一种保温材料——笨板。笨板是一种合成的夹心板，上下面是一种彩色金属钢板，中间层是一种轻质的自熄聚苯乙烯泡沫板，经过高温高压加热固化后制成一体的夹心板。这种夹心笨板具有优良的防寒、保温性能，可以起到良好的保温效果。上下面的金属钢板在弯曲时承受拉、压应力，对乙烯泡沫板起着稳定和减少受压变形的保护作用，可提高乙烯泡沫板的弯曲刚度。

3.气缸的选择

1）活塞杆上输出力和缸径的计算

单活塞杆双作用气缸是使用最为广泛的一种普通气缸，如下图。

因为双作用气缸只在活塞一侧有活塞杆，所以压缩空气作用在活塞两侧的有效面积不相等。活塞左行时活塞杆产生推力F1，活塞右行时活塞杆产生拉力F2。

F1=D2 P－Fz①

F2=(D2－d2)P－Fz ②

式中：F1——活塞杆的推力（N）；

F2——活塞杆的拉力（N）；

D——活塞直径（m）；

d——活塞杆直径（m）；

P——气缸工作压力（Pa）；

Fz——气缸工作的总阻力（N）。

气缸工作时的总阻力Fz与众多因素有关，如运动部件惯性力、背压阻力、密封处摩檫力等。以上因素可以载荷率η的形式计入公式，计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。若气缸动态参数要求较高，且工作频率高，其载荷率一般取η=0.3～0.5，速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取η=0.7～0.85，代入上式得气缸直径D。

当推力做功时，代入①式，得

D =③

当拉力做功时，代入②式，得

D =④

用上式计算时，活塞杆d可根据气缸拉力预先估定，估定活塞杆直径可按d/D=0.2～0.3计算。式中P=0.8（Mpa），η=0.8，其中，气缸活塞杆是在水平方向推着闸门做直线运动，而闸门上面没有重物，只有本身自重。因此，气缸活塞杆在运行过程中的推力，即为气动闸门与滑道间的摩檫力。闸门与滑道间的摩檫系数为f=0.10，闸门自重为m=300㎏。则气缸的推力为

F1=f·mg=0.10×300×10=300（N）；

代入①式有

D2=4×300/(3.14×0.8×103×0.8)=597(mm2)；

即 D=24.24（㎜）

d=（0.2～0.3）D=4.848～7.27（㎜），取中间值d=6mm。

2）活塞杆的验算

活塞杆的行程长度L=1400mm，L>10d=10×6=60mm，因此不能按强度条件计算活塞杆的直径d。应按纵向弯曲强度计算，由于气缸的行程比较长，在承受轴向压力后，就会产生轴向弯曲，当纵向力达到极限力Fk以后,活塞杆就会产生永久性弯曲变形，出现不稳定现象。活塞杆的形式有实心和空心两种，由于活塞杆比较长，直径d=6mm，刚度要求大，且从工艺加工程度上考虑，细长孔比较难加工。故该活塞杆加工为实心杆。

当细长比L/K≥85时，

Fk=nπ2EI/L2 ⑤

当细长比L/K＜85时，

Fk= ⑥

式中L—活塞杆计算长度（m），（机械设计手册4表24.2-6）

K—活塞杆横截面回转半径，K==；

I—活塞杆断面惯性矩，I=；

A1—活塞杆截面积，A1=；

n—系数，（机械设计手册4表24.2-6）

E—材料弹性模量，对钢取E=2.1×1011Pa;

f—材料强度实验值，对钢取E=2.1×107Pa;

a—系数，对钢取a=1/5000。

若纵向推力载荷（总载荷）超过极限力Fk，就应采取相应措施。在其它条件（行程、安装方式）不变的前提下，多以加大活塞杆直径d来解决。气缸的安装方式由安装位置、使用目的等因素决定，气缸的安装方式主要有以下几种：

端部角架式（MS1） 前端法兰式（MF 1）后端法兰式（MF 2）

单耳尾座式（MP4） 双耳尾座式（MP2）中间固定式（MT4）

在本设计中，根据废渣仓仓口的环境条件，选用端部角架式（MS1）的安装方式气，由机械设计手册4表24· 2-6查的n=2。

将L=1400mm，d=6mm，n=2代入细长比公式，得

==933.3≥85=85=120.2

按⑤式计算纵向弯曲极限应力，

Fk＝ nπ2EI/L2

＝nπ2 E/L2

=134.40N

故需加大活塞杆的直径来增加其刚度。

现在各个气缸生产厂家都是采用国家现行标准来制作，根据所需气缸的行程、工作压力等因素选用一个标准气缸，为避免活塞杆在行程终点不发生冲击现象，选用一个缓冲式的气缸。由机械设计手册4表24· 2-33选用气缸QGBø160×1400—MS1，其活塞杆直径d=（0.2～0.3）D=（0.2～0.3）×160=32～48㎜，取中间值d=40mm，代入细长比公式，得

==140≥85=85=120.2

Fk= nπ2EI/L2

=2.65×105N>F推=300N

满足所需要的要求。

4.结束语

本设计中的气动闸门，既可起到保温的效果，又能起到一定的开关控制作用，如在扇形闸门的闸板一时关不上的时候，就可把该保温闸门关上，避免过多的废渣卸在列车上而溢出。对于一般的企业，也可把该气动的设计为手动的。总之，随着时代的进步，科学技术的飞速发展，企业也在不断的进行更新换代，旧的设备工艺已经逐渐的不能适宜现代化工业的发展，设备工艺上的某些细节已成为生产力进步的瓶颈，这就需要我们不断的完善与改进。

参考文献：

（1）.机械设计手册4主编：王文斌，机械工业出版社，2004.8；

（2）.液压传动与气压传动 第二版 主编：何存兴，华中科技大学出版社；

（3）.彩板聚苯乙烯夹心板建筑构造（辽97J105），刘心全等，

辽宁省建筑设计研究院编制；