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阀门电动装置的原理、故障分析及处理

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人气:-发表时间:2017-03-16 17:52【

  一、阀门电动装置概述:

  随着热力发电厂装机水平的不断提升,对各类工艺管道阀门装置也提出了更高的要求。特别是近几年,中高压、次高压中小型机组的不断上马投产,各类介质控制阀门故障逐渐成为了困扰正常生产的一大问题,虽然阀门及其控制装置仅是其所在工艺管道系统的一个附属设备,但当出现故障,往往会引发较大范围的停产事故或安全事故,因此对阀门及其控制装置的日常维护保养及故障的及时处理变得越来越重要。

  二、阀门电动装置的传动原理:

  要想维护和使用好阀门电动装置,就必须对其动力源传动机构及控制方式有一个全面深入的了解,通过这几年对电动装置维修获得的经验来看,虽然生产电动装置的厂家及规格型号多种多样,究其传动原理则大同小异,特别是常州地区出产的电动装置其内部结构已基本标准化,且电厂所使用的电动装置也已基本均使用出自该地的产品。故本文就常州产电动装置的传动原理做一简单阐述,其详细内容可参看电动装置随机带的产品说明书等资料。下图为一常规型电动装置内部结构示意图:

  电动装置一般由电动机、减速机构、力矩控制机构、行程控制机构、开度指示机构、手动/电动转换机构、手轮及电控部分组成。其中,减速机构包括:一对直齿轮和涡轮副两级传动机构组成,安装在装置内部,从外部无法直观看到,电动机输出的动力既是通过此减速机构传递给输出轴⑧,从而带动阀门阀杆启闭阀门;力矩控制机构可分为内部不可见部分(即上图⒀)及外部凸轮及微动开关(打开装置指示盘盖即可见位于右上角的单独一块),当输出轴上受到一定转矩后,蜗杆除正常旋转外,还受到轴向力产生轴向位移,若输出轴上的转矩过大,上图中⒀力矩控制机构即会带动曲拐或撞块从而带动支架上附着的凸轮压下微动开关,微动开关动作即可及时切断电气控制回路,使电动机停转,同时发信给DCS控制系统模块显示报警信息,从而达到保护电动阀门的目的;行程控制机构及开度指示机构在开盖后亦可见,其中行程控制机构又称计数器,由减速箱内的大小伞齿轮及中传齿轮带动,其安装位置在下部,由计时齿轮组、凸轮(两侧各一只,用于控制开、关限位开关)及微动开关。阀门开度行程的调整即是通过此机构来完成的;开度指示机构一般安装在中部,从外观上看为一塑料指示盘,盘上画有开关阀位置指示,同时还设有一微动开关和塑料凸轮,当装置运行时可带动凸轮旋转周期性地压下微动开关,可作为阀门运行闪光信号使用;手动/电动切换机构由手柄(外露可操作)、切换件、直立杆、离合器、压簧组成,需手动操作时,将手柄推向手动方向,切换件(由凸轮、直立杆和扭簧组成)使离合器抬高并压迫压簧,当手柄推到一定位置时,离合器即脱离涡轮而与手轮啮合,同时直立杆在扭簧作用下直立于涡轮端面不使离合器落下,这样当手柄松开后也可进行手轮操作,当需要电动操作时,电动机带动涡轮转动,支撑于涡轮端面上的直立杆会倒下,在压簧的作用下使离合器迅速移向涡轮并与我路啮合,同时脱开手轮,实现了手动到电动的自动切换。

  三、阀门电动装置的电气控制原理:

  对于电气维护人员来说,除非阀门及电动装置内部机械机构出现故障无法进行维修之外,其余故障均可通过一些简单的低压电气知识来分析判断并处理,因为电厂用阀门电动装置除少部分是点动控制之外,其余大多为连续控制方式,即我们平时常讲的电动机双重连锁正反转控制,若电控回路上出现故障,采用一般的回路电阻法进行测量判断即可解决问题,下图为一常规型电动阀门装置电气原理图:

  注:KO:开阀接触器/KC:关阀接触器/GD:绿灯全关指示灯

  SO:开阀按钮/SC:关阀按钮/RD:红灯全开指示灯

  LSO1:全开限位/LSC1:全关限位/YD:黄灯故障指示灯

  TSO:开力矩/TSC:关力矩/LSF:闪光开关

  对于运用DCS(集散控制系统)进行开/关阀操作的电气控制来说,上图中的SO/SC按钮是由DCS模拟量输出继电器控制的,即模拟量控制模块输出中间继电器的常开接点代替的。而相关的阀位控制信号的反馈,则是通过电动装置内的开/关阀限位开关向DCS模拟量输入模块提供,DCS控制程序中一般还写入开/关阀时间语句,若开/关阀时间超过限值,限位信号仍未反馈回来,则会自动发“超时报警”信号,提示操作人员至现场查看阀门实际位置,并检查是否存在明显的故障,另外,如果电动装置主回路或控制回路跳电,即上图中空气开关Q或热继电器FR动作,则DCS亦会发出综合“故障”报警,提示运行人员该阀门无法进行操作,要求相关人员进行检查处理。在正常情况下,当操作指令发出后,DCS模拟量输出模块即会发出操作脉冲用以驱动中间继电器线圈,输出中间继电器接点闭合,则上图相应的控制回路被接通,阀门电动机按指定方向旋转,从而带动装置减速机构动作,输出轴则带动阀门上的铜制丝母转动,使阀芯丝杆运动,达到开阀或关阀的目的。而在DCS操作画面上则当电动装置运行过程中,相应的指示灯会不断闪烁,直至限位信号反馈回来,指示灯会持续保持,报警栏内会将下一次的反向操作允许显现出来。若本次操作的是开阀,则开阀到位信号反馈回来后,报警栏内会显示“关允许”信号,反之,则为“开允许”信号,若“开/关允许”信号同时存在,则表明此时阀门处于中间位置状态,并未达到“全开”或“全开”的极限位置,或虽然阀门实际位置已处于“全开”或“全关”,但由于限位信号反馈未到,则DCS模块会认为阀门还未到位,也会显示出“开/关允许”同时存在的画面,因此若出现上述情况,操作人员应到现场确认阀门的实际位置,然后才能继续操作,否则可能造成装置或阀门损坏。

  四、阀门电动装置常见故障现象及处理方法:

  在了解了上述电动装置的传动原理及电气控制原理后,一般的机械或电气故障即可得到判断处理。依据这几年来的维修经验,为了能够迅速查找并排除电动装置在运行过程中发生的各类故障,建议当故障出现后,立即查看DCS程序模块各类指令及信号反馈情况,根据查出的结果,一般均可大致判断故障点位置,然后再至现场查找故障原因并进行排除,这样可大大节省故障排除时间。如果不分轻重,全面检查电气及机械情况,则即费时又费力。如果所发生的故障属综合性故障,则不仅要对故障点进行处理,还要复归由此故障引发的其他保护动作(如复归热继、查看限位及力矩动作情况等)。故障处理完毕后,一般均要进行上电试车三遍以上,以确保故障排除彻底,装置动作可靠。

  首先是电气方面的故障及排除方法:

  1、故障现象:装置不动作,DCS报超时报警。  

  故障原因:a、电源没送上(包括主回路及控制回路电源)  

  b、主回路缺相。  

  c、控制回路不通(限位接点未闭合、DCS带连锁保护等)  

  故障处理:a、检查各回路电源电压是否正常,若无电则送电。  

  b、检查主回路各相接线是否有断路现象,若有则查出断路点恢复。  

  c、检查开/关阀限位及力矩开关动作是否正常,该阀门在DCS控制工艺中是否带有连锁保护等。 

  2、故障现象:DCS操作指令一经发出即报“故障“报警

  故障原因:a、主回路有短路现象,造成热继电器保护动作或电源开关跳闸。 

  b、电动装置内部机械或阀门本体卡涩造成过力矩保护动作。

  c、电动装置的力矩控制机构本身存在故障或力矩整定值太小。

  故障处理:a、检查电源开关是否跳闸,检查热继电器是否动作,若有则进行复归并进一步查找短路点,实际工作中曾遇到的一种情况值得注意,即短路点发生在装置电机引线处,查找此故障点颇费了一番功夫,用万用表测量电机引线对外壳接地,起初以为是电机定子线圈碰壳,待拆下电机后才发现系该装置在装配过程中不注意,将电机引线夹在连接口凸台上损坏了绝缘造成短路,重新处理绝缘并小心安装后试车正常。

  b、手动盘车查看传动机构是否卡涩,阀门本体是否卡涩,若确有卡涩则需将装置与阀体分离,再分别盘车查看卡涩部位是在装置内部还是在阀门本体上,具体处理方法见下面机械方面的故障处理。

  c、检查装置的力矩整定值,一般根据阀门的大小进行整定,装置在出厂前已按要求调整好的力矩不需再行调整,建议根据现场实际要求,将力矩值调整在6-8之间为宜,除非特殊情况下为了确保阀门的关闭严密,可将力矩放大到9或10(及极限值),关阀操作结束后还应将力矩调小。

  3、故障现象:DCS操作正常,装置动作正常,但报“超时报警”故障。

  故障原因:a、开/关阀限位动作信号未反馈或反馈未被DCS模拟量输入模块接收到。

  b、电动装置行程控制机构故障,虽装置动作正常但限位计数器不动作,限位不能正常动作,将到位信号反馈回来。

  c、装置内部中传齿轮磨损,无法驱动行程控制机构。

  故障处理:a、一旦遇到此种情况,处理人员头脑中首先应想到应该是限位信号反馈不到位造成。可立即查阅该阀门信号反馈的DCS点号表,查出相应的端子号,用万用表测量反馈信号端子之间是否有24V电压,若有则说明装置内限位未动作,故障点可确定为装置内行程控制机构;若无电压则说明限位动作正常,可进一步测量进入DCS模拟量输入模块前的进线保险是否熔断或模块内相应接线端子是否松动虚接。当然还有一更直接的办法进行判断,即直接进入DCS在线程序中进行直观的检查是否有反馈信号不到位情况,若确实存在则将DCS柜内接线端子打开,直接用短接线将两端子短接,查看DCS在线程序信号反馈情况是否正常,若正常则可判断为装置内行程控制机构有问题,若仍然无反馈则可确定为DCS模块故障。

  b、实际检修中曾遇到由于阀门及电动装置所处运行环境温度较高,造成行程控制机构上的凸轮(材质为硬塑料)松动而无法压住限位开关的现象;还遇到因行程控制机构(即计数器)固定螺栓松动造成计数器不动作现象;还有因装置安装于室外,外壳密封不严造成雨水进入,使计数器锈死不动作的现象,因此由于运行环境影响较大,装置内的行程控制机构的故障几率较大,当出现装置故障时应注意检查此部分的工作情况。

  c、若检查计数器本身正常,当电动或手动盘车时计数器不动作,则可判定为装置内部中传齿轮存在问题,需将装置解体才能查明原因。实际工作中曾遇到当装置解体后发现中传齿轮(铜制)磨损现象。当然也存在齿轮轴弯曲变形造成齿轮无法正常啮合的现象,这种情况只能将中传齿轮换掉并调整好安装位置,才能恢复行程控制机构的正常功能。

  其次是机械方面的故障,通过上面几例电气常见故障的说明不难看出,往往由于机械传动方面存在故障,在电气控制方面也有所表现,因此平时应多注意积累经验,以便迅速判断故障点并酌情进行处理。

  1、故障现象:电动装置上的手动/电动切换手柄不起作用,手动无法盘车。

  故障原因:a、手柄所连接的凸轮(位置装在减速箱内部)上的传动键被磨损,凸轮不能被手柄带动。

  b、手动/电动切换机构内的直立杆弯曲变形,当手柄自动复位时,中间离合器因没有直立杆的支撑而掉下,无法实现与手轮的啮合。

  c、中间离合器由于主轴变形造成啮合不良而无法手动。

  故障处理:此类情况需根据装置所连接阀门的重要性酌情进行处理,如果由于工艺条件限制无法进行解体检修,则可仅仅利用电动进行阀门的启闭操作,但要注意不宜频繁进行操作,以免造成不必要的大面积停机故障出现。装置内部机构或元件的损坏一般在现场无法就地解决,需拆下后进行解体检修,所需时间较长,如果有备件可直接将备件换上,需注意的是无论是修复后重新安装还是将备用装置直接换上,除了要保证接线无误外,一般行程均要求重新调整并试车正常方可交付运行方使用。

  2、故障现象:阀门一经操作即报“故障”,手动盘车较重甚至无法盘动。

  故障原因:a、阀杆盘根干结抱死,使阀杆无法正常动作。

  b、阀体上的传动螺母(全铜制或镶铜制)上的螺纹被剥落,现场可见掉落的铜屑。

  c、阀体上的传动螺母上部下部推力球轴承损坏卡涩,造成无法动作。

  d、电动装置内部输出轴弯曲变形,造成涡轮蜗杆锁死。

  故障处理:a、遇此情况需先将装置与阀体分开,通电试车,若装置动作正常,则故障点在阀体一侧,在保证阀芯保持不动的前提下,将阀体上部传动螺母及其推力球轴承拆下检查,若传动螺母螺纹剥落,则需重新加工同样规格尺寸的铜制或镶铜螺母进行更换;若是推力球轴承卡涩,则直接更换轴承即可。

  b、还有一种情况,由于阀门长期不动作,阀芯被卡住,盘根干结致使阀门无法正常动作。此情况可采用加力杆手动盘车两至三周,待各部位松动后,再进行电动操作,但需重新调整或更换新盘根并调整盘根压盖螺栓,还要在阀杆螺纹上涂抹润滑脂,防止阀杆自锁造成过大转矩损坏铜制螺母。

  c、若确定为装置内部卡涩,则需进行装置解体检修。

  当然,上述几种常见的电动阀门故障及处理方法不能涵盖所有现场运行可能遇见的不同情况,但是本文主要想通过这几种典型故障案例的论述,来表达一种故障处理的基本思路,达到前面提到的缩短故障处理时间、提前发现设备隐患的目的。


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