煤氣放散閥是為了在高爐休風時,，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，當高爐休風,、復風或開爐時，打開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,。當然，高爐爐頂放散閥還承擔了高爐緊急休風或爐內(nèi)壓力急劇增加時,，迅速將高爐煤氣排入大氣的任務(wù),。對煤氣放散閥的要求是操作可靠、密封性好,，放散時產(chǎn)生的噪音小,。

　　常見的煤氣放散閥按開閉形式可分為垂直開啟式、外開式,、內(nèi)開式等,，按驅(qū)動方式可分為電機驅(qū)動與液壓驅(qū)動等，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)動式煤氣放散閥,，在保持了放散閥的性能要求下,，還克服了過去電動式放散閥在布置與占地方面的缺點。目前,，該類放散閥在國內(nèi)高爐上的應(yīng)用有逐漸成為主流的趨勢,，有必要探討一下這種閥的結(jié)構(gòu)與運動特征。

　　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：閥門的正常開啟是靠液壓缸1實現(xiàn)的，液壓缸1工作時,，液壓缸1的無桿腔進油,，使活塞桿做外伸推動，從而實現(xiàn)與彈簧倉2相連的擺桿的逆時針轉(zhuǎn)動,，彈簧倉2通過連桿3帶動轉(zhuǎn)臂4做逆時針轉(zhuǎn)動,，使閥蓋5開啟；液壓缸1逆運動時實現(xiàn)閥蓋5關(guān)閉,，閥門關(guān)閉時,，液壓缸1的有桿腔進油，使液壓活塞桿做內(nèi)收運動,，通過與之相連的活塞桿內(nèi)收,，使與彈簧倉2相連的擺桿做順時針轉(zhuǎn)動，彈簧倉2通過連桿3帶動轉(zhuǎn)臂4做順時針轉(zhuǎn)動,，使閥蓋5關(guān)閉,。當閥蓋5關(guān)閉時，液壓缸1鎖定,，此時活塞桿與彈簧倉筒也同時被鎖住,，閥蓋5通過彈簧倉芯的彈簧壓力緊緊壓在閥座6上，實現(xiàn)壓力密封,。當高爐爐內(nèi)壓力大于彈簧力時,，閥蓋5帶動轉(zhuǎn)臂4壓縮彈簧倉芯的彈簧，使閥蓋5微開,，從而達到放散減壓的目的,。

　　機構(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)進行機構(gòu)簡化,，得到如圖2所示的機構(gòu)簡圖,。其主要由液壓缸1,、液壓桿2、擺桿3,、彈簧倉4,、彈簧桿6、連桿7,、轉(zhuǎn)臂8和閥蓋9等組成,，共有6個活動構(gòu)件。其低副為：液壓缸1與支座間的轉(zhuǎn)動副,、液壓缸1與液壓桿2間的移動副,、液壓桿2與擺桿3間的轉(zhuǎn)動副、擺桿3與支座間的轉(zhuǎn)動副,、彈簧倉4與彈簧桿6間的移動副,，彈簧桿6與連桿7間的轉(zhuǎn)動副、連桿7與轉(zhuǎn)臂8間的轉(zhuǎn)動副,、轉(zhuǎn)臂8與支座的轉(zhuǎn)動副,，共計8個低副；高副沒有,。因而,，該機構(gòu)自由度F為：F=3n－2pl－ph=3×6－2×8=2（式中：n為活動構(gòu)件數(shù)，pl為低副數(shù),，ph為高副數(shù)）,。

　　該機構(gòu)兩個自由度中的一個自由度被彈簧約束，這時機構(gòu)就呈現(xiàn)為一個擺動導桿機構(gòu)串聯(lián)一個雙擺桿機構(gòu),，機構(gòu)在運動時只有一個自由度,，液壓缸驅(qū)動時，機構(gòu)有確定的運動,，這樣機構(gòu)滿足閥的運動功能,。而當閥關(guān)閉時，液壓缸鎖定,，即鎖住了一個自由度；若爐內(nèi)壓力大于彈簧力時,，機構(gòu)的第二個自由度被釋放,，這時機構(gòu)滿足閥的安全功能。

　　結(jié)構(gòu)特征,。這種放散閥的傳動機構(gòu)是一個平面復合鉸鏈機構(gòu),，它可以分解為一個擺動導桿四桿機構(gòu)和一個擺動導桿五桿機構(gòu)，使這種煤氣放散閥具有6個特征,。一是驅(qū)動方式為液壓傳動,，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，由彈簧倉4,、連桿7,、轉(zhuǎn)臂8組成的擺動導桿五桿機構(gòu)相對于轉(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,，這樣既實現(xiàn)了可靠的密封，又延長了軟密封的使用壽命,。六是在開啟時,，閥蓋處于放散氣流之外，既實現(xiàn)了順暢放散,，又避免損傷設(shè)備,。

　　機構(gòu)的型數(shù)分析

　　如前所述，該機構(gòu)工作過程就是液壓缸帶動閥蓋開關(guān)的過程,，經(jīng)過分析,，可將這一過程細分為5個階段，即閥的啟動關(guān)或開到位階段,、閥的開關(guān)階段,、閥蓋與閥座接觸階段、液壓缸鎖住階段和爐內(nèi)壓力將閥蓋頂開階段,。下面具體分析這5個階段機構(gòu)的型數(shù)變化,。

　　閥的啟動關(guān)或開到位階段。當閥啟動關(guān)或開到位時,，由于慣性力的作用,，彈簧倉的自由度被彈簧釋放，彈簧起緩沖作用,，此時機構(gòu)就轉(zhuǎn)化為一個七連桿機構(gòu),，其運動鏈如圖4所示。該運動鏈為雙回路,，一個回路為四桿鏈,，一個回路為五桿鏈,，圖中構(gòu)件數(shù)為7，其中支座為機架,，是固定構(gòu)件,，因此，活動構(gòu)件數(shù)為6,，低副數(shù)為8,，高副數(shù)為0。其機構(gòu)自由度：F=3n－2pl－ph=3×6－2×8=2,。

　　從圖4的雙回路來看,，四桿鏈有確定的運動，而五桿鏈多一個自由度為彈簧的局部自由度,，它只起緩沖作用,，故也具有確定的運動。因此,，該串聯(lián)雙回路七桿機構(gòu)是具有緩沖功能的一個運動自由度機構(gòu),。

　　閥的開關(guān)階段。圖2所示的閥開關(guān)過程中,，由于彈簧倉4的自由度被彈簧約束,，此時機構(gòu)中彈簧倉4與彈簧桿6間的移動副喪失，彈簧倉4與彈簧桿6形成為一個構(gòu)件,，圖4雙回路中的五桿鏈轉(zhuǎn)變?yōu)樗臈U鏈,，其機構(gòu)就轉(zhuǎn)化為一個六連桿機構(gòu)，如圖5所示,。此時機構(gòu)為一個瓦特鏈,，該鏈活動構(gòu)件數(shù)為5，低副數(shù)為7,，高副數(shù)為0,。其機構(gòu)自由度：F=3n－2pl－ph=3×5－2×7=1。

　　從圖5的雙回路來看,，其為四桿鏈串聯(lián)雙回路六桿機構(gòu),，具有唯一確定的運動，故通過一個液壓缸驅(qū)動能實現(xiàn)閥蓋的開關(guān)功能,。

　　閥蓋與閥座接觸階段,。如圖3所示，當閥蓋9與閥座10接觸時,，閥蓋9與閥座10間的擠壓使彈簧倉4的自由度被釋放，同時,，該機構(gòu)又增加了一個構(gòu)件——閥蓋9,，此時機構(gòu)轉(zhuǎn)化為一個八連桿機構(gòu),，其運動鏈如圖6所示。該運動鏈為三回路,，1個回路為四桿鏈,，1個回路為五桿鏈，增加了1個三桿鏈,。該鏈活動構(gòu)件數(shù)為7,，低副數(shù)為10，高副數(shù)為0,。其機構(gòu)自由度：F=3n－2pl－ph=3×7－2×10=1,。

　　從圖6的三回路來看，其為串聯(lián)三回路八桿機構(gòu),，一個四桿鏈串聯(lián)一個五桿鏈再串聯(lián)一個三桿鏈,，實際運動實現(xiàn)在四桿鏈串聯(lián)五桿鏈的兩個回路中，該階段為瞬間過程,。

　　液壓缸鎖住階段,。如圖3所示，當閥蓋9到位后,，液壓缸1鎖住,，此時液壓缸1與液壓桿2為一個構(gòu)件，機構(gòu)轉(zhuǎn)化為一個七連桿機構(gòu),，其運動鏈如圖7所示,。該運動鏈為三回路，2個回路為三桿鏈,，1個回路為五桿鏈,。該鏈活動構(gòu)件數(shù)為6，低副數(shù)為9,，高副數(shù)為0,。其機構(gòu)自由度：F=3n－2pl－ph=3×6－2×9=0。

　　從圖7的三回路來看,，其為串聯(lián)三回路七桿機構(gòu),，由于2個三桿鏈分置兩側(cè)，形成固定構(gòu)架,，從而實現(xiàn)閥的長時間可靠關(guān)閉功能,。

　　爐內(nèi)壓力將閥蓋頂開階段。如圖3所示,，當爐內(nèi)壓力大于彈簧力,，將閥蓋9頂開時，閥蓋9脫離與閥座10接觸，機構(gòu)減少1個三桿鏈回路,，此時機構(gòu)轉(zhuǎn)化為1個六連桿機構(gòu),，其運動鏈如圖8所示。其機構(gòu)自由度：F=3n－2pl－ph=3×5－2×7=1,。

　　從圖8的兩回路來看,，其為1個三桿鏈串聯(lián)1個五桿鏈的六桿機構(gòu)，其五桿鏈回路實現(xiàn)閥的卸壓功能,。

　　綜上所述,，該機構(gòu)是一個復雜的組合連桿鉸鏈機構(gòu)，它在整個開關(guān)過程中,，通過機構(gòu)的變型來實現(xiàn)不同階段的功能需求,，其對應(yīng)的5個階段是啟動關(guān)（開到位←）→關(guān)過程（開過程←）→剛關(guān)上（將打開←）→關(guān)到位（啟動開←）→閥頂開（閥復位←）。相應(yīng)地,，這5個階段機構(gòu)轉(zhuǎn)變的型為七連桿機構(gòu)→六連桿機構(gòu)→八連桿機構(gòu)→七連桿機構(gòu)→六連桿機構(gòu),，因此，該機構(gòu)是一個以七連桿機構(gòu)為基礎(chǔ)的變型機構(gòu),。同時,，該機構(gòu)是一個變自由度機構(gòu)，其中,，最多有2個自由度,。這2個自由度分別滿足不同的功能需求——一個滿足運動的功能需求，另一個滿足放散與緩沖的功能需求,。而在關(guān)閉時,，自由度為零，這能使機構(gòu)長時間穩(wěn)定可靠地實現(xiàn)關(guān)閉功能,。