新型电动执行器维修

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)浙江镇海发电有限责任公司 作者:朱继峰

  ROTORK电动执行器根据其特点和使用范围,主要有5大系列,即IQ系列、G系列、M系列、AQ系列、A系列。其中IQ系列应用最为广泛。本厂绝大部分隔离阀门采用IQ系列,另外还有少数AQ系列的执行器用于蝶阀控制。本文主要介绍IQ及IQM系列执行器的基本知识和故障情况。

  ROTORK阀门执行器是新型电动执行器,因其操作方便,使用范围广泛、性能可靠、控制功能设定组态简易并带智能自诊断功能被广泛应用。

  ROTORK执行器根据其特点和使用范围,主要有5大系列,即IQ系列、G系列、M系列、AQ系列、A系列。其中IQ系列应用最为广泛。本厂绝大部分隔离阀门采用IQ系列,另外还有少数AQ系列的执行器用于蝶阀控制。本文主要介绍IQ及IQM系列执行器的基本知识和故障情况。

1、IQ及IQM执行器基本情况

1.1、控制回路

  (1)ROTORK阀门执行器可以进行远端状态监视和操作。对于IQ系列,执行器带有4副状态开关反馈输出供远端控制系统(如DCS等)监视。

  另外还有1副执行器故障状态开关可用于远程报警,故障状态开关触发由执行器自身智能故障诊断功能完成,该功能能对执行器动力电源缺相、备用电池故障、力矩开关动作以及电机、轴承超温等进行监视。部分故障还屏蔽执行器开关操作以保护执行器。执行器开关可以由远端控制系统发布开关量信号或脉冲信号命令进行驱动。执行机构自身也带有开关按钮可完成就地开关操作。另外执行器还带有就地/遥控双向选择开关,其中任一方式选择将屏蔽另一方式的操作。执行器电机为三相、380V交流供电,执行器的电源模块具有自动相序调整功能,因此不会出现电机反转的现象。执行器控制卡件供电由动力电380V的其中一相通过电源模块变压整流成直流电供给。另外ROTOR执行器还带有后备电池,用于执行器在失电情况下保证其卡件内存储的组态信息不丢失。信号反馈回路供电既可用执行器内部供电,也可由远端控制系统供电。

  两者间选择是通过其内部接线来实现。阀门操作方式可根据实际需要采用点动方式或自保持方式。点动方式适用于对阀门开度有要求的情况下,因为采用自保持方式时,阀门只能处于全开或全关位置。以本厂为例举1个典型的例子,如图1所示。

图1 阀门控制示意图

  正常情况下管道介质不走旁路,由ROTORK执行器和气动控制阀共同完成对介质参数的控制,ROTORK执行器弥补气动控制阀容易内漏的不足。

  此时,ROTORK执行器因不参与调节作用,所以采用自保持方式。当该回路故障情况下,可由旁路系统进行调节,根据实际需要调节旁路系统中ROTORK执行器的开度。ROTORK执行器采用点动方式时其组件跟ROTORK执行器自保持时有所不同,前者多了1块比例反馈卡用于阀门开度反馈。该信号为4-20mA电流信号。而自保持方式时一般都只用两位的开关量状态反馈。这2种控制方式的选择可通过对执行器功能设定来实现。

  (2)IQM型执行器的控制回路基本与IQ型相同,其最大区别是阀门开度接受模拟量信号控制,控制和反馈信号可根据需要选择电压或电流信号,信号范围也可供选择。执行器根据控制信号与反馈信号偏差进行闭环调节。功能类似气动调节阀门。

1.2、ROTORK执行器控制功能设定

  ROTORK执行器控制功能的设定十分方便,所有设定无需打开ROTORK执行器就能完成。ROTORK执行器有一个特殊的设定器,设定时设定器跟ROTORK执行器用红外线进行通讯,ROTORK执行器带有一个显示窗口,所有设定功能能在该窗口中显示。设定后的控制策略存在ROTORK执行器内的非易失内存内。

  ROTORK执行器控制功能设定分为2部分,即一级功能设定和二级功能设定。其中一级功能设定内容有:阀门运行方向设定、开关力矩设定及开关限位设定。二级功能设定内容有:4副状态反馈开关设定、信号类型、信号范围、低值高值设定、死区、延时设定、安全模式设定等。

  ROTORK执行器在出厂时已经进行标准默认设定,所以不需要对所有的设定项进行设定。在设定阀门力矩时,应根据实际情况尽量设小一点,这样可以减少当阀阀卡涩等异常情况下对执行器的伤害。对IQM系列执行器的设定时控制方式必须选者点动方式,另外还应根据实际情况设定适当的灵敏度和延时。这两项设定值对大会影响调节性能,过小会使马达频繁起停,线圈发热,由马达热敏开关动作而遮断执行器进行调节。

  对IQ系列的ROTORK执行器在主电源失去的情况下仍可以进行设定。当主电源失去时,ROTORK执行器处于不可设定状态,但用下面方法可以激活:将手自动切换手柄打到手动状态,然后手动转动阀门,使ROTORK执行器主轴转动一圈,此时设定状态已经激活,可以完成对执行器进行设定。但值得提醒的是:必须使ROTORK执行器在30s内接收到来自设定器的红外线信号,否则,ROTORK执行器又将处于不可设定状态。

1.3、ROTORK执行器故障自诊断功能

  ROTORK执行器带有故障自诊断功能,诊断结果在其显示窗口上显示报警。其报警内容有:阀门报警,控制报警、执行机构报警及备用电池故障报警等。当执行器力矩动作时将出现阀门报警,这种情况通常由于阀门卡涩、限位设定不当或阀位记数装置故障以及执行器传动装置卡涩等原因造成。控制报警是在ESD或互锁功能或状态控制允许情况下由远程控制系统激活。产生执行机构报警的可能为马达热敏开关动作、电源故障以及执行器内部控制系统故障等。对于电池故障报警,有一点值得注意,就是执行器检测电池的时间间隔为10min。所以当处理完电池故障后,该报警不会立即消失。另外,通过对执行器的限位等重新设定后会消除电池故障报警,但不能误以为电池故障问题已经消除。出现这种现象也是因为执行器检测电池的周期造成的。

  通过执行器的故障报警只能粗劣的帮助维护人员判断故障。如上面提到的执行器报警,有好几项原因都会引起执行器报警,要知道具体由哪一项故障引起执行器报警只能通过执行器的帮助菜单。执行器的帮助菜单可以从二级功能设定菜单中进入,共有8个显示画面,每个显示画面显示8个状态靶。每一个状态靶的状态代表执行器的状态、故障情况以及外部输入的命令信息等。维护人员可以根据这些状态靶的指示进行快速故障诊断。当然,还有一大部分的故障执行器自已无法识别。

2、ROTORK执行器的组成

  ROTORK执行器按其功能可分为2个部分,即控制部分和机械部分。控制部分完成执行器的控制,由卡件、连接线等组成。机械部分完成对阀门的驱动,由马达、传动机构等组成。

2.1、控制部分

  ROTORK执行器的控制部分总共有6块卡件,按其安装位置从外到里分别是就地控制卡、主卡,比例反馈卡、继电器卡、电源卡和记数卡。

  就地控制卡用于接收ROTORK执行器的遥控/就地控制选择开关和就地开、关、停命令这5个开关量信号,结构比较简单。执行器帮助菜单里有这5个开关量的状态指示,用这些指示跟选择开关的实际位置对照一下就能判别该卡件的好坏。

  ROTORK执行器的主卡是其控制中心,带有状态显示窗口和非易失内存。备用电池是主卡的备用电源。主卡主要完成:监视和测试执行器其他部件进行故障诊断;报警及状态显示;与设定器进行通讯;保存功能设定;接收外部控制命令,按功能设定完成控制策略功能。

  主卡故障时往往伴随着不能进行操作、无法进行功能设定和不能查看执行器状态指示这3个现象。

  ROTORK执行器比例反馈卡用于执行器模拟量反馈和模拟量控制,该卡安装在主卡的背面,不是所有的执行器都带有比例反馈卡,只有ROTORK IQ系列执行器采用点动方式和IQM系列才需要该卡件。该卡故障时的明显现象就是:(1)模拟量反馈信号与开关量反馈不一致,如执行器关位置开关动作,而模拟量反馈信号不是4mA或1V;(2)模拟量控制信号与模拟量反馈信号不一致;(3)固定的模拟量控制信号输入情况下,执行器有震荡现象。

  在根据上面现象确定卡件故障前,先应检查设定是否正确,设定不正确也会产生上面现象。另外,还应先尝试是否可以通过信号重新标定来消除模拟量偏差。比例反馈卡上也有电位调节器供调节反馈输出,但ROTORK厂商不建议这么做。

  ROTORK执行器断电器卡用于执行器开关量状态输出,该卡上有8个断电器,分别用于8个状态量输出。这8个状态量分别命名为S1-S8,每个开关都可根据需要选择输出内容,包括关限位、开限位、开/关力矩动作、就地停、各类报警、执行器状态等共29项。每个选项还有相关值和常开、常闭设定供设定。一般情况下,其出厂设置为:S1、S5:关限位(常开触点);S2、S6:开限位(常闭触点);S3、S7:关限位(常闭触点);S4、S8:开限位(常闭触点)。其中,S1-S4输出至执行器接线盒用于远程反馈。S5-S8用于执行器就地指示灯显示。

  ROTORK执行器电源卡是执行器的电源部分,它按电压等级可分为2部分,其高压部分提供执行器电机三相380V电源,执行器通过控制卡件输出命令至电源卡的交流接触器以完成对电机的控制,另外该部分还包括相序自动调整装置,即前面提到的相序自动调整功能。电源卡的低压部分提供执行器卡件、指示灯和控制回路用电,包括变压器、整流装置、溶丝等,低压电是三相交流电中的一相通过变压整流得到,电源卡的主要故障有交流接触器故障、熔丝熔断等。

  ROTORK执行器记数卡完成执行器的行程检测。其工作原理比较简单,执行器开关阀门时,由执行器的主轴通过执行器行程记数驱动装置带动执行器行程记数驱动装置的磁铁转动,记数卡的微动开关在磁铁极性变化作用下断开、闭合。这样,通过记数卡执行器的行程转换成脉冲信号反馈给主板。ROTORK执行器记数卡故障率较高,该卡故障时十分明显的现象就是实际阀门位置跟执行器显示的阀门开度不一致或显示的阀门开度在小范围内漂动。

2.2、机械部分

  ROTORK执行器机械部分大致可分为手动/电动切换装置、执行器行程记数驱动装置,电机、主轴、动力传动齿轮等。

  其中手动/电动切换装置中的弹簧片容易因操作不当折断,执行器行程记数驱动装置中的传动齿轮因记数卡安装不正确也发生过几次磨损故障。电机及动力传动齿轮因有热敏开关保护,基本未发生故障。

  对机械部分解体检修时必须按下列顺序:

  (1)拆下执行器跟阀门的固定螺丝,往上抬高执行器卸下执行器。

  (2)将手动/电动切换装置切换至电动位置,否则拆执行器主轴时会损坏该装置的弹簧片。

  (3)放光润滑油。

  (4)卸下手动开关阀门的手轮,卸手轮时只要将密封用的塑料环抽出就可将手轮卸下。

  (5)拆下执行器电机,逆时针转动电机驱动轴取出该轴。(注意在拆执行器主轴前必须先完成这一步,否则主轴无法取出。

  (6)拆下执行器和阀门连接处固定主轴的卡簧。这时,主轴可以从安装手动开关阀门的手轮处安全取出。

  (7)执行器行程记数驱动装置只有这时才能拆下,卸下执行器行程记数驱动装置的磁铁从安装主轴位置往外拉出即可。IQ40系列的行程记数驱动装置的安装位置跟其他系列不同,IQ40的记数板安装在执行器的接线盒后面,其他的都安装在电源卡的后面。但拆装方式大致相同。

  执行器装复时按拆卸的顺序倒过来就行。在安装电机时,电机铁芯外侧轴上有一个弹簧,该弹簧没有任何固定,往铁芯套线圈时该弹簧容易掉出,引起线圈短路或接地。所以除了安装时应特别注意外,装复后上电前应检查电机的绝缘。

3、ROTORK执行器典型故障举例

  以本厂燃机的辅助蒸汽上新配置的IQM系列执行器为例:执行器新安装后根据现场使用要求需要对其进行初次设定。作为蒸汽压力调节阀要求为限位开、关,灵敏度为2%。选择4-20mA为输入、反馈输出信号,并要提供在紧急情况下的安全运行模式。

  我们对上面初次设定好的执行器进行试操作发现:1)阀门开关中途有卡涩现象,并出现力矩动作的报警图案;2)在没有改变输入信号情况下执行器电机动作频繁,使阀门一直处于小范围内开、关。对于1)点,我们根据判断认为有两个可能:阀芯卡或力矩限制太小,而手动开关阀门都比较顺利,就排除了阀芯卡的可能,所以我们调大了执行器的力矩限制,改变B)点的设定为70%后,阀门运行正常。对于2)的故障现象,我们试着增大灵敏度和延时的设定,直到灵敏度设到6%,才有所改观,但这已是不正常现象了。按照一般经验,灵敏度设定2%和延时5s是足够的,6%如此大的死区将影响调节阀对辅助蒸汽压力的调节。在确认执行器及接线回路都正确后,我们发现是执行器中间接线盒中有220V电源没有拆除(由于此项目为改造项目,220V电源是旧电动阀的驱动电源),此220V电源干扰了执行器的输入输出信号。拆除后,恢复执行器灵敏度和延时的设定,阀门动作正常。

  在维护执行器时我们感觉比较麻烦的是执行器的机械部分出现故障。如下例:给水调节旁路阀执行器计数不准,驱动轴时转时不转,在排除

  计数板、主板问题后,我们认为是执行器的计数驱动齿轮有问题,需要拆开执行器检查。因为主轴和驱动轴卡住,我们必须先将该轴抽出,才能拿出主轴,因此我们需要拆下电机和电机的驱动轴。检查驱动齿轮,发现:(1)轮的部分齿已经被磨损,影响了与计数从动齿轮的吻合而打滑;(2)驱动齿轮与主轴定位处磨损,产生空隙。

  要防此类故障的产生,在安装计数板时,就要特别注意安装时,与计数磁铁的位置,不能有摩擦产生。

4、引起ROTORK执行器故障的重要因素和日常维护

  本厂使用的ROTORK执行器故障较多的都集中在给水调节系统和除氧器水位调节系统中的阀门上,这几处执行器故障占全部故障的90%以上。

  主要原因是这几处管道有水击现象,振动比较大,另外平时操作也较为频繁,特别是因振动引起的故障很多。明显的有电源模块熔丝座松动引起接触不良、固定卡件的底座松动引起卡件短路或机械损坏、各个卡件连线接触不良、机械部分零件损坏等等。另外,这几处执行器卡件的使用周期较短也可能跟振动有较大关系。

  在日常维护中,除了常规的加油,换备用电池外,对于工作环境恶劣的执行器,还需要定期检查卡件、连线、熔丝等,以确保阀门工作的正常。

  我们对其功能和结构有了比较深的认识。在环境等条件合适的情况下,ROTORK执行器具有不错的稳定性和可靠性。而对于在条件比较恶劣或动作很频繁的 执行器我们就需要加强其日常维护,以确保机组的稳定运行。

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