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        超級(jí)工程塑料軟密封圈在工業(yè)氣體(氧氣)硬密封充裝中的應(yīng)用

        2013-11-16 06:27:24勞汝長(zhǎng)
        關(guān)鍵詞:作業(yè)

        勞汝長(zhǎng)

        (原廣州氣體廠,廣東 廣州 510280)

        當(dāng)前,我國(guó)正處在深入改革開放的新時(shí)代,加快推進(jìn)有中國(guó)特色的社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程。經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛躍發(fā)展對(duì)工業(yè)氣體的需求量越來越大。“氧氣,是目前國(guó)內(nèi)瓶裝最多的一種氣體,其危及安全的特性也較多。”(《氣瓶安全技術(shù)》P19)本文用事實(shí)說明長(zhǎng)期以來使用氧氣硬密封充裝存在的弊病,針對(duì)氧氣硬密封充裝的缺點(diǎn),探索軟密封的理想材料,設(shè)計(jì)制造防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭,以軟密封充裝取代硬密封充裝的創(chuàng)新,給行業(yè)人士一個(gè)新的啟示。

        一、防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝創(chuàng)新前的概況

        長(zhǎng)期以來,在工業(yè)氣體(氧氣)充裝作業(yè)中,主要沿用著防錯(cuò)裝氧氣硬密封(銅頂嘴)進(jìn)行瓶裝氧氣的充裝。(詳見圖1)

        1 防錯(cuò)裝氧氣硬密封的充裝

        圖1 防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝接頭

        圖2 瓶閥上的氧氣硬密封充裝示意圖

        圖3 防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝現(xiàn)場(chǎng)一角

        “瓶閥是氣瓶的主要附件,不少氣瓶還帶有氣瓶的主要附件,膜片式安全泄漏裝置,因而瓶閥不僅是充裝氣體和排放氣體的主要裝置,而且也起著防止氣體泄漏、減少浪費(fèi)和保證安全的作用,所以氣瓶在使用、裝卸、和儲(chǔ)運(yùn)中要注意保護(hù)瓶閥:氣瓶在進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí),必須重視瓶閥的檢驗(yàn)工作。

        氣瓶瓶閥,采用黃銅壓鑄成鑄件,經(jīng)過機(jī)械加工制造而成,充裝使用的頂桿也是采用黃銅棒料車制而成,頂桿前端車制有圓弧面,(頂嘴)充裝前靜止的瓶閥內(nèi)圓錐面與直線移動(dòng)的頂桿圓弧面相互接觸密封緊固,由相同的材料—黃銅構(gòu)成的是硬對(duì)硬的密封充裝方式。

        2 防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝作業(yè)過程

        將防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝接頭的內(nèi)螺紋對(duì)準(zhǔn)氧氣瓶瓶閥的外螺紋(G5/8)以右旋方向旋入,此時(shí)接頭的內(nèi)孔階臺(tái)帶動(dòng)頂桿向前移動(dòng),頂桿前端的圓弧型頂嘴徐徐貼緊瓶閥的內(nèi)圓錐面,此時(shí)充裝工人習(xí)慣地敲擊充裝接頭手柄,施加外力強(qiáng)行緊固,然后投入充裝。(如右圖充裝前敲擊手柄、充裝完畢后拆卸也進(jìn)行敲擊作為省力)。

        二、防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝的缺點(diǎn)

        1 對(duì)氣瓶瓶閥的圓錐密封面加快磨損

        氣瓶瓶閥的內(nèi)圓錐面是充裝和排放氧氣的密封面。每當(dāng)充裝時(shí),直線移動(dòng)的銅頂咀圓弧面與內(nèi)圓錐面接觸、以擠壓來達(dá)到密封的目的。這種黃銅對(duì)黃銅材料(即硬對(duì)硬)的密封充裝方式加快了對(duì)瓶閥內(nèi)圓錐面的磨損。再加上人為重復(fù)的多次敲擊旋合、擠壓,導(dǎo)致瓶閥的內(nèi)圓錐面呈現(xiàn)漸深的凹坑,形成氣體充裝泄漏源,是潛在的安全隱患。(詳見圖4(a))

        氣瓶瓶閥的圓錐面加快磨損

        2 致氣瓶瓶閥的連接外螺紋(G5/8)加快磨損、牙型傾斜、變形(錐形牙)

        氣瓶瓶閥表面的外螺紋(G5/8)是連接充裝接頭確保銅頂咀有效地與瓶閥的圓錐面相互接觸達(dá)到密封從而實(shí)現(xiàn)充裝作業(yè)的。硬對(duì)硬的密封方式,為防止泄漏充裝工人施加敲擊外力(野蠻作業(yè)),導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)的外螺紋加快磨損、牙型傾斜、變形。(見圖4(b))

        3 防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝存在安全隱患

        圖4

        圖5 防錯(cuò)氧氣軟密封充裝接頭

        圖6 防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭示意圖

        在充裝中,當(dāng)磨損嚴(yán)重、牙型傾斜、變形的外螺紋與防錯(cuò)裝接頭內(nèi)螺紋配合間隙超出極限時(shí),不能承受高壓充裝,防錯(cuò)充裝接頭突然脫滑沖出充裝臺(tái)的事故時(shí)有發(fā)生,危及充裝工人的人身安全。(見圖4(b))

        4 充裝工人作業(yè)費(fèi)力

        常年處在硬對(duì)硬密封充裝作業(yè)的充裝工人,隨著氣瓶瓶閥密封功能的逐漸下降,為確保接觸面密封良好,即加大充裝工人的工作力度,又習(xí)慣地敲擊防錯(cuò)接頭手柄(野蠻作業(yè)),充裝作業(yè)中時(shí)常出現(xiàn)敲斷接頭手柄的現(xiàn)象。(見圖4(3))

        5 無意中給用氣用戶設(shè)置作業(yè)障礙

        當(dāng)長(zhǎng)期處在硬對(duì)硬充裝的氣體產(chǎn)品到達(dá)用戶工場(chǎng)時(shí),氣瓶瓶閥的外螺紋(G5/8)牙型存在不同程度的損壞變形,內(nèi)圓錐密封面呈現(xiàn)不同程度的凹坑。這些不易被人們直接看到的弊病,無意中給用氣用戶操作者設(shè)置作業(yè)障礙,令用戶操作者不能順利地在無泄漏狀態(tài)下安全用氣。

        三、工業(yè)氣體(氧氣)硬密封充裝接頭的創(chuàng)新方案—防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭

        針對(duì)工業(yè)氣體硬密封充裝中的多種缺點(diǎn),進(jìn)而設(shè)計(jì)制造防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭(見圖5)以軟密封充裝取代硬密封充裝。

        1 探索符合氧氣軟密封充裝的材料

        工業(yè)氣體(氧氣)充裝的創(chuàng)新, 其關(guān)鍵是充裝接頭中應(yīng)用超級(jí)工程塑料制成的密封圈,并對(duì)該密封圈有較高的技術(shù)要求,確保耐用,足夠強(qiáng)度和耐密封性能,是對(duì)瓶閥外螺紋的內(nèi)圓錐面進(jìn)行高壓氣體軟密封充裝的一項(xiàng)技術(shù)。

        高壓氣體軟密封技術(shù),早已在氣瓶的甁閥體內(nèi)應(yīng)用,在閥體內(nèi)上、下不同結(jié)構(gòu)部位、采用不同用途的軟密封材料進(jìn)行氣體密封。本文敘述自己探索軟密封材料、并設(shè)計(jì)、制造試驗(yàn)在瓶閥外螺紋的內(nèi)圓錐面進(jìn)行氧氣軟密封充裝。

        早在1994年,本人用曾購(gòu)買本廠快速拆裝軟密封充裝技術(shù)(實(shí)用新型專利)的50%制造合同,并試制了小批產(chǎn)品,由于當(dāng)時(shí)選用聚四氟乙烯作為軟密封材料制成密封圈的防錯(cuò)裝快速拆裝接頭,曾在廣東一些單位使用了一段時(shí)間,但在實(shí)踐使用中,開始暴露出缺點(diǎn),存在剛性不足,強(qiáng)度不夠等,由于材料性能的欠缺,密封圈壽命不長(zhǎng)和快速拆裝充裝接頭使用過程存安全隱患,因而沒有得到推廣,只有氣體廠使用到最后,但本人沒有放棄,繼續(xù)對(duì)軟密封材料密封可靠性的研究和探索。

        2 004在年順德倫教經(jīng)營(yíng)氣體公司的同時(shí),設(shè)一個(gè)小型試驗(yàn)室,購(gòu)置設(shè)備工具和制造模擬充裝臺(tái),為了探索符合氧氣充裝軟密封的材料,經(jīng)常走訪市場(chǎng)和網(wǎng)上搜索國(guó)內(nèi)外資料和多種材料的試制、試驗(yàn)、終于2008年選上XX材料,該材料具有高剛性,優(yōu)良機(jī)械的高強(qiáng)度,耐高低溫,阻燃、抗化學(xué)性、耐疲勞,尺寸不變的穩(wěn)定性,可廣泛應(yīng)用在高溫端子、照明設(shè)備、液體輸送設(shè)備、飛機(jī)內(nèi)部零件、醫(yī)療、家電。

        XX材料是較理想的符合制造氧氣軟密封充裝的密封圈材料。

        2 防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭的制

        (1)XX材料制成直角型軟密封圈

        (2)黃銅材料制成的頂桿

        (3)鋼制防錯(cuò)裝G內(nèi)螺紋接頭

        (4)鋼制曲線型手柄

        (5)尼龍球體

        把以上零件組裝成防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭(見圖5)

        3 防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭的密封試驗(yàn)

        第一次試驗(yàn):在氮?dú)夂脱鯕猱a(chǎn)品氣瓶閥上軟密封試壓

        做法:將裝有防錯(cuò)裝軟密封充裝接頭的氧氣測(cè)壓表與氮?dú)馄块y柔力緊固。將測(cè)壓表排氣閥關(guān)閉,開關(guān)匙開啟瓶閥,此時(shí)氣瓶?jī)?nèi)的壓力反影在壓力表指針指示為13.5Mpa(目前廠家出廠壓力),保持30分鐘,停留狀態(tài),壓力表指針保持不變,證明密封圈的密封性能良好,無任何泄漏。隨后關(guān)閉氮?dú)馄块y,排氣閥進(jìn)行排氣,即完成氮?dú)庠囼?yàn)。采用相同的操作,在氧氣產(chǎn)品的瓶閥上軟密封試驗(yàn)4-24小時(shí),高壓表指針不變,證明無泄漏現(xiàn)象。(圖7為測(cè)試現(xiàn)場(chǎng))

        試驗(yàn)結(jié)果:第一次在氮?dú)夂脱鯕廛浢芊庠噳涸囼?yàn)效果良好。

        第二次試驗(yàn):在裝有新氧氣瓶閥的模擬充裝平臺(tái)上模擬充裝試驗(yàn)

        做法1:將防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭與氧氣瓶閥外螺紋(G5/8)柔力連接,然后模擬充裝試驗(yàn):柔力緊固、松開、柔力緊固、(緊固力度是按照第一次測(cè)壓力度)松開、進(jìn)行500次試驗(yàn)。

        檢驗(yàn)1:測(cè)量并記錄軟密封圈的受壓錐面的寬度為1.5mm。

        做法2:按照以上做法,繼續(xù)模擬充裝試驗(yàn)1200次。

        檢驗(yàn)2:測(cè)量并記錄軟密封圈的受壓錐面的寬度為2.5mm。

        做法3:按照以上做法,繼續(xù)模擬充裝試驗(yàn)2000次。

        檢驗(yàn)3:測(cè)量和紀(jì)錄軟密封的受壓錐面的寬度為3.5mm。

        檢驗(yàn)結(jié)果:模擬充裝2000次后的軟密圈仍然可以繼續(xù)使用。

        第二次試驗(yàn)?zāi)M充裝軟密圈,在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用后密封圈磨損形狀,磨損效果。

        第三次試驗(yàn):在氧氣充裝生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用

        圖7

        圖8

        做法:把防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭投放到氧氣充裝生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用。先后聯(lián)系了廣州XX氣體公司、廣西XX氣體公司、佛山市XX氣體公司、順德XX氣體公司,各單位派送 2 -15套防錯(cuò)氧氣軟密封充裝接頭,在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行綜合氣瓶(新、舊氣瓶混合)充裝試用。試用期分別為30天、60天、90天。

        檢驗(yàn):試用到期取回試用樣本檢查。經(jīng)過30天、60天、90天生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用后的密封圈的形狀。(見圖8)

        檢驗(yàn)結(jié)果:軟密封圈的密封效果良好,達(dá)到預(yù)期的目的。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用30天、60天、90天的密封圈仍然可以繼續(xù)使用。

        正確選用材料必須滿足三個(gè)方面的要求:穩(wěn)定的使用性、優(yōu)良的工藝性及合理的經(jīng)濟(jì)性。(《簡(jiǎn)明機(jī)械實(shí)用手冊(cè)》,1.3選材 的一般原則,P78)

        經(jīng)過以上反復(fù)試驗(yàn)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試用證實(shí):應(yīng)用XX材料制成軟件密圈在防錯(cuò)氧氣軟密封充裝接頭的制作能夠滿足以下性能:

        (1)良好的使用性。由于選用XX材料具有:耐高溫、高剛性、高強(qiáng)度、不變形、阻燃、抗化學(xué)。這種材料制成軟密封圈在試用中性能顯赫,是可靠的密封圈材料,具有工業(yè)氣體氧氣充裝過程高壓狀態(tài)下不易損壞并能持續(xù)密封的良好效果,滿足氧氣充裝的使用要求。(2)優(yōu)良的工藝性。防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭中的軟密封圈,是采用XX材料在普通車床上加工出來的。軟密封圈的加工過程說明:這種材料具有優(yōu)良的加工工藝性,可以通過機(jī)械加工成各種幾何形狀,滿足軟密封的需要。(3)合理的經(jīng)濟(jì)性。制作防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭中的軟密封圈所用的XX材料價(jià)格合理,1個(gè)軟密封圈的制造費(fèi)用為3.5元,而且軟密封圈的使用壽命達(dá)2000次。

        四、防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭的優(yōu)點(diǎn)

        1 保護(hù)氧氣瓶閥的內(nèi)圓錐密封面

        由于采用軟密封圈,以軟對(duì)硬的密封取代硬對(duì)硬的密封方式,充裝作業(yè)中不會(huì)損傷氣瓶瓶閥的內(nèi)圓錐密封面,實(shí)現(xiàn)了高壓狀態(tài)下可持續(xù)密封功能的同時(shí),又保護(hù)了氣瓶的主要附件——瓶閥的完好,給用氣用戶在無泄漏的情況下安全用氣。

        表1 防錯(cuò)裝氧氣硬密封充裝接頭與防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)照表

        2 保護(hù)氧氣瓶閥的外螺紋(G5/8)

        由于以軟對(duì)硬的密封方式取代硬對(duì)硬的密封方式,充裝作業(yè)轉(zhuǎn)化為柔力作業(yè),杜絕了敲擊性的外力旋合(野蠻作業(yè)),從而有效地保護(hù)了氣瓶瓶閥的連接外螺紋(G5/8)。

        3 安全文明作業(yè)

        長(zhǎng)期處在硬密封充裝作業(yè)中如圖4顯示,時(shí)有發(fā)生事故對(duì)工人安全帶來威脅,采用軟密封充裝,柔力緊固作業(yè)中消除事故發(fā)生,實(shí)現(xiàn)安全文明生產(chǎn)。

        4 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度

        采用軟密封充裝,柔力緊固,足已達(dá)到密封效果,不需敲擊加力,大大省力,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

        5 降低充裝成本

        (1)采用軟密封充裝:1個(gè)軟密封圈現(xiàn)價(jià)為3.5元,使用壽命達(dá)2000次。若以密封圈可用6個(gè)月計(jì)算,每月每支充裝接頭的充裝成本為0.6元。則:6個(gè)月的充裝成本為3.5元。(軟密封充裝有效地保障了氣體生產(chǎn)廠自有的氣瓶瓶閥和私企氣瓶的瓶閥使用壽命延長(zhǎng))(2)采用硬密封充裝:若以6個(gè)月?lián)p壞1個(gè)防錯(cuò)裝接頭的手柄,1個(gè)防錯(cuò)裝接頭現(xiàn)價(jià)為25元。則:6個(gè)月的充裝成本為25元。(硬密封充裝對(duì)氣體生產(chǎn)廠的自有氣瓶的瓶閥和私企的氣瓶瓶閥使用壽命縮短)

        結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的XX材料制成的軟密封圈應(yīng)用于防錯(cuò)裝氧氣軟密封充裝接頭上,以軟對(duì)硬的密封充裝取代硬對(duì)硬的密封充裝,從而達(dá)到保護(hù)瓶閥、安全文明生產(chǎn)。軟密封圈使用壽命長(zhǎng)、操作輕松、省力、省錢。目前是個(gè)先例。這一改革創(chuàng)新將被行業(yè)人士所理解,終究會(huì)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)氣體(氧氣)軟密封充裝和其他工業(yè)氣體軟密封充裝領(lǐng)域之中,有利于改變目前充裝作業(yè)方式,從而提升工業(yè)氣體充裝的質(zhì)素,實(shí)現(xiàn)安全文明生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展,產(chǎn)生深遠(yuǎn)的意義。

        [1]崔政斌,王明明,等.氣瓶安全技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.

        [2]楊曉輝,等.簡(jiǎn)明機(jī)械實(shí)用手冊(cè)[M].北京:科學(xué)出版社.

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