煤氣放散閥是為了在高爐休風(fēng)時(shí)，能迅速地將煤氣排入大氣中而設(shè)置的,。為了安全，煤氣放散閥都設(shè)置在煤氣上升管的頂部,、重力除塵器的上部及頂部等,，當(dāng)高爐休風(fēng),、復(fù)風(fēng)或開(kāi)爐時(shí),，打開(kāi)放散閥并通入蒸汽可將煤氣驅(qū)入大氣中。這樣可以確保高爐煤氣區(qū)域的人員與設(shè)備安全,。當(dāng)然,，高爐爐頂放散閥還承擔(dān)了高爐緊急休風(fēng)或爐內(nèi)壓力急劇增加時(shí)，迅速將高爐煤氣排入大氣的任務(wù),。對(duì)煤氣放散閥的要求是操作可靠,、密封性好，放散時(shí)產(chǎn)生的噪音小,。

　　常見(jiàn)的煤氣放散閥按開(kāi)閉形式可分為垂直開(kāi)啟式,、外開(kāi)式、內(nèi)開(kāi)式等,，按驅(qū)動(dòng)方式可分為電機(jī)驅(qū)動(dòng)與液壓驅(qū)動(dòng)等,，按密封方式可分為重錘重力密封與彈簧壓力密封等。而彈簧壓力密封液壓驅(qū)動(dòng)式煤氣放散閥,，在保持了放散閥的性能要求下,，還克服了過(guò)去電動(dòng)式放散閥在布置與占地方面的缺點(diǎn)。目前,，該類放散閥在國(guó)內(nèi)高爐上的應(yīng)用有逐漸成為主流的趨勢(shì),，有必要探討一下這種閥的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)特征。

　　液壓放散閥的結(jié)構(gòu)特征

　　閥的組成,。彈簧壓力密封液壓煤氣放散閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示,，主要由液壓缸1、彈簧倉(cāng)2,、連桿3,、轉(zhuǎn)臂4、閥蓋5,、閥座6和閥體7組成,。其工作原理為：閥門的正常開(kāi)啟是靠液壓缸1實(shí)現(xiàn)的，液壓缸1工作時(shí),，液壓缸1的無(wú)桿腔進(jìn)油,，使活塞桿做外伸推動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與彈簧倉(cāng)2相連的擺桿的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),，彈簧倉(cāng)2通過(guò)連桿3帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂4做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),，使閥蓋5開(kāi)啟；液壓缸1逆運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)閥蓋5關(guān)閉,，閥門關(guān)閉時(shí),，液壓缸1的有桿腔進(jìn)油，使液壓活塞桿做內(nèi)收運(yùn)動(dòng)，通過(guò)與之相連的活塞桿內(nèi)收,，使與彈簧倉(cāng)2相連的擺桿做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),，彈簧倉(cāng)2通過(guò)連桿3帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂4做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使閥蓋5關(guān)閉,。當(dāng)閥蓋5關(guān)閉時(shí),，液壓缸1鎖定，此時(shí)活塞桿與彈簧倉(cāng)筒也同時(shí)被鎖住,，閥蓋5通過(guò)彈簧倉(cāng)芯的彈簧壓力緊緊壓在閥座6上,，實(shí)現(xiàn)壓力密封。當(dāng)高爐爐內(nèi)壓力大于彈簧力時(shí),，閥蓋5帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂4壓縮彈簧倉(cāng)芯的彈簧,，使閥蓋5微開(kāi)，從而達(dá)到放散減壓的目的,。

　　機(jī)構(gòu)自由度,。將圖1彈簧壓力密封液壓煤氣放散閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，得到如圖2所示的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖,。其主要由液壓缸1,、液壓桿2、擺桿3,、彈簧倉(cāng)4,、彈簧桿6、連桿7,、轉(zhuǎn)臂8和閥蓋9等組成,，共有6個(gè)活動(dòng)構(gòu)件。其低副為：液壓缸1與支座間的轉(zhuǎn)動(dòng)副,、液壓缸1與液壓桿2間的移動(dòng)副,、液壓桿2與擺桿3間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、擺桿3與支座間的轉(zhuǎn)動(dòng)副,、彈簧倉(cāng)4與彈簧桿6間的移動(dòng)副,，彈簧桿6與連桿7間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連桿7與轉(zhuǎn)臂8間的轉(zhuǎn)動(dòng)副,、轉(zhuǎn)臂8與支座的轉(zhuǎn)動(dòng)副,，共計(jì)8個(gè)低副；高副沒(méi)有,。因而,，該機(jī)構(gòu)自由度F為：F=3n－2pl－ph=3×6－2×8=2（式中：n為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)，pl為低副數(shù),，ph為高副數(shù)）,。

　　該機(jī)構(gòu)兩個(gè)自由度中的一個(gè)自由度被彈簧約束,，這時(shí)機(jī)構(gòu)就呈現(xiàn)為一個(gè)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)一個(gè)雙擺桿機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)只有一個(gè)自由度,，液壓缸驅(qū)動(dòng)時(shí),，機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng),，這樣機(jī)構(gòu)滿足閥的運(yùn)動(dòng)功能,。而當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)，液壓缸鎖定,，即鎖住了一個(gè)自由度,；若爐內(nèi)壓力大于彈簧力時(shí)，機(jī)構(gòu)的第二個(gè)自由度被釋放,，這時(shí)機(jī)構(gòu)滿足閥的安全功能,。

　　結(jié)構(gòu)特征。這種放散閥的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)平面復(fù)合鉸鏈機(jī)構(gòu),，它可以分解為一個(gè)擺動(dòng)導(dǎo)桿四桿機(jī)構(gòu)和一個(gè)擺動(dòng)導(dǎo)桿五桿機(jī)構(gòu),，使這種煤氣放散閥具有6個(gè)特征。一是驅(qū)動(dòng)方式為液壓傳動(dòng),，可克服鋼繩牽引布置的局限性,。二是密封方式為彈簧壓力，可大幅度減小設(shè)備的重量,。三是如圖3所示,，在關(guān)閉時(shí)，由彈簧倉(cāng)4,、連桿7,、轉(zhuǎn)臂8組成的擺動(dòng)導(dǎo)桿五桿機(jī)構(gòu)相對(duì)于轉(zhuǎn)臂8具有自鎖能力，這樣就提高了關(guān)閉的可靠性,。四是閥蓋與轉(zhuǎn)臂連接采用雙組球面連接,，配合閥蓋與閥座的硬密封面為球面與錐面的情況，使閥蓋在關(guān)閉時(shí)具備一定自調(diào)能力,。五是密封形式采用軟硬雙重密封,，外軟內(nèi)硬，使硬密封減壓,、軟密封密封,，這樣既實(shí)現(xiàn)了可靠的密封，又延長(zhǎng)了軟密封的使用壽命,。六是在開(kāi)啟時(shí),，閥蓋處于放散氣流之外，既實(shí)現(xiàn)了順暢放散,，又避免損傷設(shè)備,。

　　機(jī)構(gòu)的型數(shù)分析

　　如前所述,，該機(jī)構(gòu)工作過(guò)程就是液壓缸帶動(dòng)閥蓋開(kāi)關(guān)的過(guò)程，經(jīng)過(guò)分析,，可將這一過(guò)程細(xì)分為5個(gè)階段,，即閥的啟動(dòng)關(guān)或開(kāi)到位階段、閥的開(kāi)關(guān)階段,、閥蓋與閥座接觸階段,、液壓缸鎖住階段和爐內(nèi)壓力將閥蓋頂開(kāi)階段。下面具體分析這5個(gè)階段機(jī)構(gòu)的型數(shù)變化,。

　　閥的啟動(dòng)關(guān)或開(kāi)到位階段,。當(dāng)閥啟動(dòng)關(guān)或開(kāi)到位時(shí)，由于慣性力的作用,，彈簧倉(cāng)的自由度被彈簧釋放,，彈簧起緩沖作用，此時(shí)機(jī)構(gòu)就轉(zhuǎn)化為一個(gè)七連桿機(jī)構(gòu),，其運(yùn)動(dòng)鏈如圖4所示,。該運(yùn)動(dòng)鏈為雙回路，一個(gè)回路為四桿鏈,，一個(gè)回路為五桿鏈,，圖中構(gòu)件數(shù)為7，其中支座為機(jī)架,，是固定構(gòu)件,，因此，活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為6,，低副數(shù)為8,，高副數(shù)為0。其機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2pl－ph=3×6－2×8=2,。

　　從圖4的雙回路來(lái)看,，四桿鏈有確定的運(yùn)動(dòng)，而五桿鏈多一個(gè)自由度為彈簧的局部自由度,，它只起緩沖作用,，故也具有確定的運(yùn)動(dòng)。因此,，該串聯(lián)雙回路七桿機(jī)構(gòu)是具有緩沖功能的一個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度機(jī)構(gòu),。

　　閥的開(kāi)關(guān)階段。圖2所示的閥開(kāi)關(guān)過(guò)程中,，由于彈簧倉(cāng)4的自由度被彈簧約束,，此時(shí)機(jī)構(gòu)中彈簧倉(cāng)4與彈簧桿6間的移動(dòng)副喪失，彈簧倉(cāng)4與彈簧桿6形成為一個(gè)構(gòu)件,，圖4雙回路中的五桿鏈轉(zhuǎn)變?yōu)樗臈U鏈,，其機(jī)構(gòu)就轉(zhuǎn)化為一個(gè)六連桿機(jī)構(gòu),，如圖5所示。此時(shí)機(jī)構(gòu)為一個(gè)瓦特鏈,，該鏈活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為5,，低副數(shù)為7，高副數(shù)為0,。其機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2pl－ph=3×5－2×7=1,。

　　從圖5的雙回路來(lái)看，其為四桿鏈串聯(lián)雙回路六桿機(jī)構(gòu),，具有唯一確定的運(yùn)動(dòng),，故通過(guò)一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)閥蓋的開(kāi)關(guān)功能,。

　　閥蓋與閥座接觸階段,。如圖3所示，當(dāng)閥蓋9與閥座10接觸時(shí),，閥蓋9與閥座10間的擠壓使彈簧倉(cāng)4的自由度被釋放,，同時(shí)，該機(jī)構(gòu)又增加了一個(gè)構(gòu)件——閥蓋9,，此時(shí)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一個(gè)八連桿機(jī)構(gòu),，其運(yùn)動(dòng)鏈如圖6所示。該運(yùn)動(dòng)鏈為三回路,，1個(gè)回路為四桿鏈,，1個(gè)回路為五桿鏈，增加了1個(gè)三桿鏈,。該鏈活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為7,，低副數(shù)為10，高副數(shù)為0,。其機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2pl－ph=3×7－2×10=1,。

　　從圖6的三回路來(lái)看，其為串聯(lián)三回路八桿機(jī)構(gòu),，一個(gè)四桿鏈串聯(lián)一個(gè)五桿鏈再串聯(lián)一個(gè)三桿鏈,，實(shí)際運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在四桿鏈串聯(lián)五桿鏈的兩個(gè)回路中，該階段為瞬間過(guò)程,。

　　液壓缸鎖住階段,。如圖3所示，當(dāng)閥蓋9到位后,，液壓缸1鎖住,，此時(shí)液壓缸1與液壓桿2為一個(gè)構(gòu)件，機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一個(gè)七連桿機(jī)構(gòu),，其運(yùn)動(dòng)鏈如圖7所示,。該運(yùn)動(dòng)鏈為三回路,，2個(gè)回路為三桿鏈，1個(gè)回路為五桿鏈,。該鏈活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為6,，低副數(shù)為9，高副數(shù)為0,。其機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2pl－ph=3×6－2×9=0,。

　　從圖7的三回路來(lái)看，其為串聯(lián)三回路七桿機(jī)構(gòu),，由于2個(gè)三桿鏈分置兩側(cè),，形成固定構(gòu)架，從而實(shí)現(xiàn)閥的長(zhǎng)時(shí)間可靠關(guān)閉功能,。

　　爐內(nèi)壓力將閥蓋頂開(kāi)階段,。如圖3所示，當(dāng)爐內(nèi)壓力大于彈簧力,，將閥蓋9頂開(kāi)時(shí),，閥蓋9脫離與閥座10接觸，機(jī)構(gòu)減少1個(gè)三桿鏈回路,，此時(shí)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為1個(gè)六連桿機(jī)構(gòu),，其運(yùn)動(dòng)鏈如圖8所示。其機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2pl－ph=3×5－2×7=1,。

　　從圖8的兩回路來(lái)看,，其為1個(gè)三桿鏈串聯(lián)1個(gè)五桿鏈的六桿機(jī)構(gòu)，其五桿鏈回路實(shí)現(xiàn)閥的卸壓功能,。

　　綜上所述,，該機(jī)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的組合連桿鉸鏈機(jī)構(gòu)，它在整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程中,，通過(guò)機(jī)構(gòu)的變型來(lái)實(shí)現(xiàn)不同階段的功能需求,，其對(duì)應(yīng)的5個(gè)階段是啟動(dòng)關(guān)（開(kāi)到位←）→關(guān)過(guò)程（開(kāi)過(guò)程←）→剛關(guān)上（將打開(kāi)←）→關(guān)到位（啟動(dòng)開(kāi)←）→閥頂開(kāi)（閥復(fù)位←）。相應(yīng)地,，這5個(gè)階段機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變的型為七連桿機(jī)構(gòu)→六連桿機(jī)構(gòu)→八連桿機(jī)構(gòu)→七連桿機(jī)構(gòu)→六連桿機(jī)構(gòu),，因此，該機(jī)構(gòu)是一個(gè)以七連桿機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)的變型機(jī)構(gòu),。同時(shí),，該機(jī)構(gòu)是一個(gè)變自由度機(jī)構(gòu)，其中,，最多有2個(gè)自由度,。這2個(gè)自由度分別滿足不同的功能需求——一個(gè)滿足運(yùn)動(dòng)的功能需求，另一個(gè)滿足放散與緩沖的功能需求,。而在關(guān)閉時(shí),，自由度為零,，這能使機(jī)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)關(guān)閉功能。