船用电动调节阀运行中的常见故障分析

  调节阀包括执行机构和阀门2部分，是过程控制系统中的一个重要环节。过程控制系统由控制对象、测量变送装置、调节器和调节阀组成。调节阀的作用是接收调节器送来的控制信号，调节管道中介质的流量，从而实现过程自动化。如果说测量变送装置是眼睛，调节器（或其他控制装置）是大脑，那么调节阀就是过程自动化的手脚。调节阀的性能直接影响到控制系统的可靠运行及调节品质。
　　
　　调节阀按其所用能源可分为气动、液动和电动等3类。它们有各自的优缺点和使用场合。电动调节阀由于具有不需要增加气源液泵、不用敷设管路、调试方便、结构简单等特点，在船舶动力装置中应用广泛，但运行中也存在一些问题。本文将对船用电动调节阀运行中的问题进行探讨，供同行们参考。
　　
　　1船用调节阀简介
　　
　　根据船舶动力装置控制对象的需要，调节阀采用套筒式阀门，传动装置选用Rotork公司生产的IQ智能型电动执行机构。
　　
　　IQ智能型电动执行机构是在多转式电动执行机构的基础上，通过加装微处理器、外围芯片电路、运行软件，实现智能控制的传动装置。该型电动执行机构采用红外线设定器设置执行机构参数，实现无需开盖调试；其阀位通过非接触式测量系统获得，力矩通过测量电机电流和磁场获得，阀位和力矩等状态参数通过液晶屏实时显示；能进行故障自诊断，并在液晶屏给出相应的报警信号。
　　
　　电动执行机构的底座包括法兰和驱动轴套2部分，底座为全密封并且终身润滑。电动执行机构通过标准法兰与阀门连接。电动执行机构驱动轴套结构简单并且可拆卸，按照阀门阀杆的尺寸加工内螺纹后，与阀门装配成一体。此类调节阀具有结构简单、传动部件少、可靠性高、维护方便、自动控制性能好等特点。电动执行机构与阀门的装配示意见图1。
　　
　　2运行中的常见故障
　　
　　2.1无法电动操作
　　
　　2.1.1现象
　　
　　将电动执行机构的控制方式选择开关放置在遥操位置，在控制台对调节阀进行手动遥操和自动控制，调节阀的开度指示仪表不变化；将电动执行机构的控制方式选择开关放置在就地电操位置，拨动电动执行机构的就地电操开关，电动执行机构不动作；但是，将控制方式选择开关置于就地手操位置，通过手动/电动切换手柄和操作手轮，能实现调节阀的手动操作。
　　
　　2.1.2原因分析
　　
　　1）干电池失电。在动力电掉电时，干电池用于电动执行机构的数据记录和液晶屏的阀位显示。当干电池失电后，若曾将动力电切断，那么重新提供动力电后，电动执行机构的电动操作将被禁止。必须更换干电池，调节阀的电动操作才能恢复。
　　
　　2）缺相。当电动执行机构所需的三相动力电中缺相时，调节阀的电动操作无法执行。
　　
　　3）主控制板故障。调节阀的就地电操、手动遥操和自动控制，均需要通过电动执行机构的主控制板来实现，因此当主控制板故障损坏时，调节阀的电动操作会失灵。
　　
　　4）电机温度保护跳断。电动执行机构的电机采用包括启动的断续周期工作制，即国际电工委员会IEC341中的S4工作制。电机带有温度保护功能，如果电机过热，温度保护开关将跳断，电动执行机构将停止电动运行。电机温度降低后，温度保护开关将自动复位，电动执行机构可以继续运行。
　　
　　2.1.3处理建议
　　
　　1）更换干电池。干电池建议采用锂电池或者长寿命碱性电池。干电池更换后，需要设置电动调节阀的全开、全关限位，以保证调节阀的动作正确性。
　　
　　2）打开电动执行机构接线盒，检查缺相的原因，确认是外部供电原因还是内部接线端子脱落引起的，并做相应处置。
　　
　　3）更换主控制板。更换完成后，通过设定器重新设置电动调节阀的开阀力矩、关阀力矩、全开限位、全关限位、灵敏度等控制参数。
　　
　　4）通过液晶屏检查运行力矩，如果管道中杂质滞留在阀门中，会使阀杆运动阻力和电动执行机构输出力矩增大，再加上船用调节阀长时间运行，易导致电机温度升高而发生保护跳断；另外一种可能的原因是，调节阀周围环境温度过高。不管是哪种原因，均需要断开调节阀动力电，使电机降温。
　　
　　2.2卡阀
　　
　　2.2.1现象
　　
　　电动执行机构短时电动后即停止，比较常见的情况是：调节阀仅能在一定开度范围内电动运行，在接近全开或全关位置时，电动执行机构不能继续动作，要么只能反方向动作，要么连反方向也不能动作。但是，通过手轮操作恢复至原电动开度，调节阀仍能在一定开度范围内电动运行。
　　
　　2.2.2原因分析
　　
　　1）机械原因。若存在电动执行机构输出轴与阀门阀杆对中性差、阀门阀杆弯曲、阀杆密封填料过紧等情况，电动执行机构输出设定*大力矩，仍不足以克服上述阻力，电动调节阀即出现卡阀现象。
　　
　　2）管道中存在杂质。当管道中较大杂质滞留在阀门中，阀门运行不畅，也会导致电动调节阀卡阀。
　　
　　3）开、关阀力矩设置不合适。如果调节阀的开、关阀力矩设定值较低，在管道中流体阻力较大时，会发生卡阀故障。
　　
　　2.2.3处理建议
　　
　　1）提高零部件加工、调节阀装配和船厂安装质量。调节阀阀杆的密封填料既要保证其密封性能，又不宜过紧。
　　
　　2）清除滞留在阀门中的杂质。要从系统的角度，保证管路中的清洁。
　　
　　3）根据不同管路系统和每台调节阀的特点，设置电动执行机构的开、关阀力矩值。电动执行机构的开、关阀力矩值可以在额定值的40%至额定值之间任意选择，且按1%递增。
　　
　　2.3电动执行机构空转，阀门不动作
　　
　　2.3.1现象
　　
　　无论是电动操作，还是手轮操作，电动执行机构液晶屏和控制台上的调节阀开度指示均能相应改变，但是阀门的机械指示不改变，调节阀控制对象的参数不变化。即电动执行机构在空转运行，阀门没有动作。
　　
　　2.3.2原因分析
　　
　　驱动轴套上的轴承部件脱落，导致驱动轴套上的键位槽与电动执行机构空心输出轴上的键相脱离，致使电动执行机构无法通过驱动轴套带动阀杆动作。
　　
　　2.3.3处理建议
　　
　　驱动轴套的结构设计上有挡圈，其四周有止脱螺孔，内有止脱螺钉防止轴承部件脱落。由于船舶管路系统的振动等原因，止脱螺钉发生松动后，造成轴承部件脱落。处理方法是，将驱动轴套拆下，将止脱螺钉紧固。
　　
　　2.4振荡
　　
　　2.4.1现象
　　
　　将电动调节阀投入自动控制时，电动执行机构不能稳定在一定开度，总是在某开度附近来回动作。
　　
　　2.4.2原因分析
　　
　　灵敏度设置不合理。不能为了提高控制精度，将电动调节阀的灵敏度设置的在10以下。
　　
　　2.4.3处理建议
　　
　　通过设定器，将电动调节阀的灵敏度设置在10~12之间。这样既能保证控制精度，又不会使调节阀产生振荡现象。
　　
　　3结语
　　
　　本文以船用电动调节阀运行中的常见故障为例，分别进行原因分析，并给出了处理建议。一方面，希望对调节阀的设计师和用户有所借鉴和启迪；另一方面，希望起到抛转引玉的作用，期望各位专家和同行们，针对船用调节阀设计和运行中需要注意的问题，不吝撰文赐教，进行广泛的交流和探讨，提升调节阀的设计水平和应用水平，尽力避免或减少问题的发生。