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閥門電動裝置的原理、故障分析及處理

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人氣:-發表時間:2017-03-16 17:52【

  一、閥門電動裝置概述:

  隨著熱力發電廠裝機水平的不斷提升,對各類工藝管道閥門裝置也提出了更高的要求。特別是近幾年,中高壓、次高壓中小型機組的不斷上馬投產,各類介質控製閥門故障逐漸成為了困擾正常生產的一大問題,雖然閥門及其控製裝置僅是其所在工藝管道係統的一個附屬設備,但當出現故障,往往會引發較大範圍的停產事故或安全事故,因此對閥門及其控製裝置的日常維護保養及故障的及時處理變得越來越重要。

  二、閥門電動裝置的傳動原理:

  要想維護和使用好閥門電動裝置,就必須對其動力源傳動機構及控製方式有一個全麵深入的了解,通過這幾年對電動裝置維修獲得的經驗來看,雖然生產電動裝置的廠家及規格型號多種多樣,究其傳動原理則大同小異,特別是常州地區出產的電動裝置其內部結構已基本標準化,且電廠所使用的電動裝置也已基本均使用出自該地的產品。故本文就常州產電動裝置的傳動原理做一簡單闡述,其詳細內容可參看電動裝置隨機帶的產品說明書等資料。下圖為一常規型電動裝置內部結構示意圖:

  電動裝置一般由電動機、減速機構、力矩控製機構、行程控製機構、開度指示機構、手動/電動轉換機構、手輪及電控部分組成。其中,減速機構包括:一對直齒輪和渦輪副兩級傳動機構組成,安裝在裝置內部,從外部無法直觀看到,電動機輸出的動力既是通過此減速機構傳遞給輸出軸⑧,從而帶動閥門閥杆啟閉閥門;力矩控製機構可分為內部不可見部分(即上圖⒀)及外部凸輪及微動開關(打開裝置指示盤蓋即可見位於右上角的單獨一塊),當輸出軸上受到一定轉矩後,蝸杆除正常旋轉外,還受到軸向力產生軸向位移,若輸出軸上的轉矩過大,上圖中⒀力矩控製機構即會帶動曲拐或撞塊從而帶動支架上附著的凸輪壓下微動開關,微動開關動作即可及時切斷電氣控製回路,使電動機停轉,同時發信給DCS控製係統模塊顯示報警信息,從而達到保護電動閥門的目的;行程控製機構及開度指示機構在開蓋後亦可見,其中行程控製機構又稱計數器,由減速箱內的大小傘齒輪及中傳齒輪帶動,其安裝位置在下部,由計時齒輪組、凸輪(兩側各一隻,用於控製開、關限位開關)及微動開關。閥門開度行程的調整即是通過此機構來完成的;開度指示機構一般安裝在中部,從外觀上看為一塑料指示盤,盤上畫有開關閥位置指示,同時還設有一微動開關和塑料凸輪,當裝置運行時可帶動凸輪旋轉周期性地壓下微動開關,可作為閥門運行閃光信號使用;手動/電動切換機構由手柄(外露可操作)、切換件、直立杆、離合器、壓簧組成,需手動操作時,將手柄推向手動方向,切換件(由凸輪、直立杆和扭簧組成)使離合器抬高並壓迫壓簧,當手柄推到一定位置時,離合器即脫離渦輪而與手輪齧合,同時直立杆在扭簧作用下直立於渦輪端麵不使離合器落下,這樣當手柄鬆開後也可進行手輪操作,當需要電動操作時,電動機帶動渦輪轉動,支撐於渦輪端麵上的直立杆會倒下,在壓簧的作用下使離合器迅速移向渦輪並與我路齧合,同時脫開手輪,實現了手動到電動的自動切換。

  三、閥門電動裝置的電氣控製原理:

  對於電氣維護人員來說,除非閥門及電動裝置內部機械機構出現故障無法進行維修之外,其餘故障均可通過一些簡單的低壓電氣知識來分析判斷並處理,因為電廠用閥門電動裝置除少部分是點動控製之外,其餘大多為連續控製方式,即乐博论坛平時常講的電動機雙重連鎖正反轉控製,若電控回路上出現故障,采用一般的回路電阻法進行測量判斷即可解決問題,下圖為一常規型電動閥門裝置電氣原理圖:

  注:KO:開閥接觸器/KC:關閥接觸器/GD:綠燈全關指示燈

  SO:開閥按鈕/SC:關閥按鈕/RD:紅燈全開指示燈

  LSO1:全開限位/LSC1:全關限位/YD:黃燈故障指示燈

  TSO:開力矩/TSC:關力矩/LSF:閃光開關

  對於運用DCS(集散控製係統)進行開/關閥操作的電氣控製來說,上圖中的SO/SC按鈕是由DCS模擬量輸出繼電器控製的,即模擬量控製模塊輸出中間繼電器的常開接點代替的。而相關的閥位控製信號的反饋,則是通過電動裝置內的開/關閥限位開關向DCS模擬量輸入模塊提供,DCS控製程序中一般還寫入開/關閥時間語句,若開/關閥時間超過限值,限位信號仍未反饋回來,則會自動發“超時報警”信號,提示操作人員至現場查看閥門實際位置,並檢查是否存在明顯的故障,另外,如果電動裝置主回路或控製回路跳電,即上圖中空氣開關Q或熱繼電器FR動作,則DCS亦會發出綜合“故障”報警,提示運行人員該閥門無法進行操作,要求相關人員進行檢查處理。在正常情況下,當操作指令發出後,DCS模擬量輸出模塊即會發出操作脈衝用以驅動中間繼電器線圈,輸出中間繼電器接點閉合,則上圖相應的控製回路被接通,閥門電動機按指定方向旋轉,從而帶動裝置減速機構動作,輸出軸則帶動閥門上的銅製絲母轉動,使閥芯絲杆運動,達到開閥或關閥的目的。而在DCS操作畫麵上則當電動裝置運行過程中,相應的指示燈會不斷閃爍,直至限位信號反饋回來,指示燈會持續保持,報警欄內會將下一次的反向操作允許顯現出來。若本次操作的是開閥,則開閥到位信號反饋回來後,報警欄內會顯示“關允許”信號,反之,則為“開允許”信號,若“開/關允許”信號同時存在,則表明此時閥門處於中間位置狀態,並未達到“全開”或“全開”的極限位置,或雖然閥門實際位置已處於“全開”或“全關”,但由於限位信號反饋未到,則DCS模塊會認為閥門還未到位,也會顯示出“開/關允許”同時存在的畫麵,因此若出現上述情況,操作人員應到現場確認閥門的實際位置,然後才能繼續操作,否則可能造成裝置或閥門損壞。

  四、閥門電動裝置常見故障現象及處理方法:

  在了解了上述電動裝置的傳動原理及電氣控製原理後,一般的機械或電氣故障即可得到判斷處理。依據這幾年來的維修經驗,為了能夠迅速查找並排除電動裝置在運行過程中發生的各類故障,建議當故障出現後,立即查看DCS程序模塊各類指令及信號反饋情況,根據查出的結果,一般均可大致判斷故障點位置,然後再至現場查找故障原因並進行排除,這樣可大大節省故障排除時間。如果不分輕重,全麵檢查電氣及機械情況,則即費時又費力。如果所發生的故障屬綜合性故障,則不僅要對故障點進行處理,還要複歸由此故障引發的其他保護動作(如複歸熱繼、查看限位及力矩動作情況等)。故障處理完畢後,一般均要進行上電試車三遍以上,以確保故障排除徹底,裝置動作可靠。

  首先是電氣方麵的故障及排除方法:

  1、故障現象:裝置不動作,DCS報超時報警。  

  故障原因:a、電源沒送上(包括主回路及控製回路電源)  

  b、主回路缺相。  

  c、控製回路不通(限位接點未閉合、DCS帶連鎖保護等)  

  故障處理:a、檢查各回路電源電壓是否正常,若無電則送電。  

  b、檢查主回路各相接線是否有斷路現象,若有則查出斷路點恢複。  

  c、檢查開/關閥限位及力矩開關動作是否正常,該閥門在DCS控製工藝中是否帶有連鎖保護等。 

  2、故障現象:DCS操作指令一經發出即報“故障“報警

  故障原因:a、主回路有短路現象,造成熱繼電器保護動作或電源開關跳閘。 

  b、電動裝置內部機械或閥門本體卡澀造成過力矩保護動作。

  c、電動裝置的力矩控製機構本身存在故障或力矩整定值太小。

  故障處理:a、檢查電源開關是否跳閘,檢查熱繼電器是否動作,若有則進行複歸並進一步查找短路點,實際工作中曾遇到的一種情況值得注意,即短路點發生在裝置電機引線處,查找此故障點頗費了一番功夫,用萬用表測量電機引線對外殼接地,起初以為是電機定子線圈碰殼,待拆下電機後才發現係該裝置在裝配過程中不注意,將電機引線夾在連接口凸台上損壞了絕緣造成短路,重新處理絕緣並小心安裝後試車正常。

  b、手動盤車查看傳動機構是否卡澀,閥門本體是否卡澀,若確有卡澀則需將裝置與閥體分離,再分別盤車查看卡澀部位是在裝置內部還是在閥門本體上,具體處理方法見下麵機械方麵的故障處理。

  c、檢查裝置的力矩整定值,一般根據閥門的大小進行整定,裝置在出廠前已按要求調整好的力矩不需再行調整,建議根據現場實際要求,將力矩值調整在6-8之間為宜,除非特殊情況下為了確保閥門的關閉嚴密,可將力矩放大到9或10(及極限值),關閥操作結束後還應將力矩調小。

  3、故障現象:DCS操作正常,裝置動作正常,但報“超時報警”故障。

  故障原因:a、開/關閥限位動作信號未反饋或反饋未被DCS模擬量輸入模塊接收到。

  b、電動裝置行程控製機構故障,雖裝置動作正常但限位計數器不動作,限位不能正常動作,將到位信號反饋回來。

  c、裝置內部中傳齒輪磨損,無法驅動行程控製機構。

  故障處理:a、一旦遇到此種情況,處理人員頭腦中首先應想到應該是限位信號反饋不到位造成。可立即查閱該閥門信號反饋的DCS點號表,查出相應的端子號,用萬用表測量反饋信號端子之間是否有24V電壓,若有則說明裝置內限位未動作,故障點可確定為裝置內行程控製機構;若無電壓則說明限位動作正常,可進一步測量進入DCS模擬量輸入模塊前的進線保險是否熔斷或模塊內相應接線端子是否鬆動虛接。當然還有一更直接的辦法進行判斷,即直接進入DCS在線程序中進行直觀的檢查是否有反饋信號不到位情況,若確實存在則將DCS櫃內接線端子打開,直接用短接線將兩端子短接,查看DCS在線程序信號反饋情況是否正常,若正常則可判斷為裝置內行程控製機構有問題,若仍然無反饋則可確定為DCS模塊故障。

  b、實際檢修中曾遇到由於閥門及電動裝置所處運行環境溫度較高,造成行程控製機構上的凸輪(材質為硬塑料)鬆動而無法壓住限位開關的現象;還遇到因行程控製機構(即計數器)固定螺栓鬆動造成計數器不動作現象;還有因裝置安裝於室外,外殼密封不嚴造成雨水進入,使計數器鏽死不動作的現象,因此由於運行環境影響較大,裝置內的行程控製機構的故障幾率較大,當出現裝置故障時應注意檢查此部分的工作情況。

  c、若檢查計數器本身正常,當電動或手動盤車時計數器不動作,則可判定為裝置內部中傳齒輪存在問題,需將裝置解體才能查明原因。實際工作中曾遇到當裝置解體後發現中傳齒輪(銅製)磨損現象。當然也存在齒輪軸彎曲變形造成齒輪無法正常齧合的現象,這種情況隻能將中傳齒輪換掉並調整好安裝位置,才能恢複行程控製機構的正常功能。

  其次是機械方麵的故障,通過上麵幾例電氣常見故障的說明不難看出,往往由於機械傳動方麵存在故障,在電氣控製方麵也有所表現,因此平時應多注意積累經驗,以便迅速判斷故障點並酌情進行處理。

  1、故障現象:電動裝置上的手動/電動切換手柄不起作用,手動無法盤車。

  故障原因:a、手柄所連接的凸輪(位置裝在減速箱內部)上的傳動鍵被磨損,凸輪不能被手柄帶動。

  b、手動/電動切換機構內的直立杆彎曲變形,當手柄自動複位時,中間離合器因沒有直立杆的支撐而掉下,無法實現與手輪的齧合。

  c、中間離合器由於主軸變形造成齧合不良而無法手動。

  故障處理:此類情況需根據裝置所連接閥門的重要性酌情進行處理,如果由於工藝條件限製無法進行解體檢修,則可僅僅利用電動進行閥門的啟閉操作,但要注意不宜頻繁進行操作,以免造成不必要的大麵積停機故障出現。裝置內部機構或元件的損壞一般在現場無法就地解決,需拆下後進行解體檢修,所需時間較長,如果有備件可直接將備件換上,需注意的是無論是修複後重新安裝還是將備用裝置直接換上,除了要保證接線無誤外,一般行程均要求重新調整並試車正常方可交付運行方使用。

  2、故障現象:閥門一經操作即報“故障”,手動盤車較重甚至無法盤動。

  故障原因:a、閥杆盤根幹結抱死,使閥杆無法正常動作。

  b、閥體上的傳動螺母(全銅製或鑲銅製)上的螺紋被剝落,現場可見掉落的銅屑。

  c、閥體上的傳動螺母上部下部推力球軸承損壞卡澀,造成無法動作。

  d、電動裝置內部輸出軸彎曲變形,造成渦輪蝸杆鎖死。

  故障處理:a、遇此情況需先將裝置與閥體分開,通電試車,若裝置動作正常,則故障點在閥體一側,在保證閥芯保持不動的前提下,將閥體上部傳動螺母及其推力球軸承拆下檢查,若傳動螺母螺紋剝落,則需重新加工同樣規格尺寸的銅製或鑲銅螺母進行更換;若是推力球軸承卡澀,則直接更換軸承即可。

  b、還有一種情況,由於閥門長期不動作,閥芯被卡住,盤根幹結致使閥門無法正常動作。此情況可采用加力杆手動盤車兩至三周,待各部位鬆動後,再進行電動操作,但需重新調整或更換新盤根並調整盤根壓蓋螺栓,還要在閥杆螺紋上塗抹潤滑脂,防止閥杆自鎖造成過大轉矩損壞銅製螺母。

  c、若確定為裝置內部卡澀,則需進行裝置解體檢修。

  當然,上述幾種常見的電動閥門故障及處理方法不能涵蓋所有現場運行可能遇見的不同情況,但是本文主要想通過這幾種典型故障案例的論述,來表達一種故障處理的基本思路,達到前麵提到的縮短故障處理時間、提前發現設備隱患的目的。


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