电动阀反锤击技术的应用_杨迪.pdf

Application 创新应用84 电子技术 第 52 卷 第 6 期（总第 559 期）2023 年 6 月摘要：阐述阀门诊断中的阀门锤击故障，消除阀门锤击对设备和系统的影响，探讨机械和逻辑两类反锤击技术，通过阀门诊断仪验证反锤击措施的实践效果。关键词：电动阀门，诊断技术，力矩开关，限位开关。中图分类号：TM623文章编号：1000-0755(2023)06-0084-02 文献引用格式：杨迪.电动阀反锤击技术的应用J.电子技术,2023,52(06):84-85.动蝶阀阀杆上扭矩（通过预先贴合的应变片QSS获取）、电机电流和力矩开关动作情况。造成阀门锤击的原因：（1）直行程的电动闸阀或截止阀。当阀门闭合后惯量消失，因为阀杆螺纹无自锁能力，反向作用力使阀门重新退出阀座，从而带动力矩开关回转重新闭合关阀控制回路。这时如有一个持续的关指令存在，电机会在停止后重新启动，阀门会继续关闭入座。这个过程会重复下去，关闭的推力将会越来越大，直至电机烧毁。实践证明，从入座到重新退出阀门后关阀指令仍然存在。（2）角行程的电动蝶阀或球阀。对于力矩关闭的阀门，更大的可能是力矩机构的碟簧松弛造成。当关阀的惯量消失，对于碟簧材质特殊自恢复能力强的阀门，碟簧形变减小带动力矩开关重新接通关阀回路，从而产生锤击。碟簧松弛造成的锤击也会发生在没有自锁螺纹的直行程电动阀上。2 锤击的影响对于一个状况轻微锤击的电动蝶阀，因安装于低压配电柜内的马达保护器检测到了锤击且及时切断了电源，所以阀门只锤击了三次。如控制系统不能正确且及时的发现阀门锤击并切断电源，电机将一直启动，阀杆扭矩将一直上升，直至阀门到达薄弱点（Weak-link）后损坏。无论直行程或角行程的阀门，锤击带来的危害都是客观存在的，从系统、设备和安全角度归结如下：（1）系统安全。0 引言阀门诊断技术是一门基于采集阀门电学信号并进行分析的在线式故障诊断技术，分为电动阀、气动阀、截止阀等三类，在欧美已经广泛普及并有国家和行业协会文件的指导。NB/T 20219-2013，核电厂阀门诊断行业标准，阀门诊断活动不再属于企业行为，渐渐向行业整体规范化的方向靠拢。本文所列举的数据和图标均居于克瑞（CRANE）公司的Votes 阀门诊断系统来研究电动阀锤击原理，并根据多年的电厂阀门调试及在线诊断经验，尝试提出尽可能多且合理可行的解决办法，为后续的阀门调试及诊断提供数据支撑。1 研究背景阀门锤击。由于电动执行器的齿轮传动机构制造和选材过程中存在的问题，在已经关闭的情况下由于阀门未能自锁或碟簧自复位等原因，造成力矩开关重新接通电机回路不停关阀的现象。就像用锤子将钉子敲入木板一样，从而形象的命名为锤击（Hammering）。通过VOTES阀门诊断系统采集的数据。产生锤击的阀门的电信号数据将有如下反应。如图1，上中下曲线分别为一个静压状态下的电电动阀反锤击技术的应用杨迪（广东省能源集团贵州有限公司粤黔新能源分公司，贵州 550081）Abstract This paper expounds the valve hammering fault in valve diagnosis,eliminates the impact of valve hammering on equipment and system,discusses the mechanical and logical anti-hammering technologies,and verifies the practical effect of anti-hammering measures through valve diagnostic instruments.Index Terms motor-operated vavle,diagnostic technology,torque switch,limit switch.Application of Electric Valve Anti-hammering TechnologyYANG Di(Guangdong Guizhou New Energy Branch of Guangdong Energy Group Guizhou Co.,Ltd.,Guizhou 550081,China.）作者简介：杨迪，广东省能源集团贵州有限公司粤黔新能源分公司；研究方向：控制技术。收稿日期：2023-05-10；修回日期：2023-06-12。图1 信号数据变化Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 6 期（总第 559 期）2023 年 6 月 85对于可靠性阀门要求严苛的核电厂一回路系统或常规火电厂的高承压管道，阀门的不可靠动作将导致系统瘫痪或无法履行其全部功能，从而造成核安全事件或非预期停机事故。（2）设备损坏。在没有采取相关反措或无人干预的情况下，锤击是可以持续的，锤击过程中电机几乎都工作在重载甚至堵转的工况下。电机电流、输出力矩和发热量将急剧上升，阀门将从最弱的一环开始损坏，如阀杆弯曲、断裂，填料损坏，阀座及阀体密封面损坏。如阀门本体强度足够，电机将可能烧毁。（3）安全隐患。阀门的损坏可能会造成高温、高压、带辐射、腐蚀性工质泄露，从而造成核安全事故或公共安全事件。阀门损坏的过程中还存在部件蹦溅的可能性，对电厂运行及维修人员造成物体打击伤害。3 解决锤击的措施更改阀门控制方式。（1）力矩开关自保持功能。在关阀控制回路中在串入一个继电器，阀门第一次关闭时继电器常闭接点打开，这样力矩开关重新闭合，阀门关阀控制回路也是断开的。（2）反锤击逻辑。使用电气手段闭锁力矩开关回复信号，使电机回路不再接通关阀回路。虽然碟簧仍会松弛，力矩开关仍然会重新闭合，但电机不会启动。（3）改变阀门的控制方式，由力矩关闭改变成限位关闭。此种方式只适用于部分闸阀，蝶阀及高可靠性要求的闸阀由于其自身结构特点和所处的恶劣工况，采用力矩关闭更为适合。（4）使用短脉冲控制信号。利用下降沿短脉冲信号跳开接触器，在阀门锤击开始前，关阀信号不再持续，力矩开关无法启动电机。但在短脉冲信号的可靠性和稳定性无法跟长延时信号相比，阀门容易受到外界信号的干扰而出现误动作，应用场景受限。更换部件。（1）更换能自锁的蜗轮和蜗杆。当传动机构的总传动比（Overall Ratio)小于30的时候，是不能自锁的。齿轮传动比小，相对应的齿轮有一个大的导程角度，这样的齿轮常常就是不自锁的。齿轮传动比大，相对应的齿轮有一个小的导程角度，这样的齿轮就是能够自锁的。更换能自锁的传动机构会降低锤击发生的概率，是从根本上解决锤击的有效办法。但更换时应考虑以下问题：阀门所在系统对阀门行程时间的要求。传动比越大，阀杆的运行速度越慢。选择高传动比会增加堵转推力或扭矩，所以要重新评估电机的性能。在满足需求的前提下，应选择一个低转动惯量的电机。（2）更换一个能自锁的阀杆和阀杆螺母。由于接触器关断反应时间（Contactor Drop Out Time）和惯量的存在，传动机构带自锁的阀门也会存在锤击现象。当力矩开关打开时，控制回路断电使得关接触器断开，电机失电后停止。从力矩开关断开到接触器脱开有一段时间，这段时间称为接触器关断反应时间。由于电机断电后仍有惯量存在,阀门仍能继续关闭，接触器关断反应时间和惯量这两个因素会使叠簧多压缩一些。当在阀门关闭的时，齿轮传动机构通常会受到一些小的反冲力，这些反冲力是来自于阀门的扭力或者装配的预紧力。因此即使电动执行机构的齿轮是自锁的，叠簧也会存在一个较小的松弛。如果这个松弛比接触器关断反应时间和电机惯量所带来的压缩量大，那力矩开关同样会有可能闭合，从而产生锤击。有两种方法可解决接触器关断反应时间或惯量带来的锤击：在不损坏阀门的前提下，在结构允许的范围内，合理增大关闭力矩。更换材质较软的碟簧。两个办法都是基于同一个原理，想要使碟簧多压缩一些，力矩开关打开角度大一些，这样可以减少发生锤击的可能。因为碟簧压缩量越大，力矩开关转动的角度越大。通过提高关阀力矩开关的设定值C16，使阀门远离容易发生锤击的“不稳定区域”，从而避免阀门锤击。而这个不稳定区域通常是力矩开关设定值最小的位置。力矩开关的最小设定值受限于阀门结构裕量、薄弱点（weak-link）和润滑条件。该方法操作简单，不需要更换任何部件，但阀门的最小设定值难以确定，需要大量的破坏性试验。（3）降低或吸收电机转动惯量。选用特制的电动机。电动阀的转动惯量主要来自电机，而电机惯量主要取决于质量及转子外径。优质可靠的电动阀应选用小尺寸、大扭矩的特制电机来配装电动执行机构。如广泛使用的Limitorque和Rotork等品牌都有类似的特制产品。安装吸收惯量的补偿器。对于直行程的阀门，可在电动执行机构内安装叠簧补偿器用于吸收掉进入阀座后的惯量。当阀门入座时，负载力先传递到补偿器，然后压缩叠簧，惯量所带来的力量被补偿器吸收。4 结语随着诊断系统的引入，阀门故障的诊断已经由依靠个人经验发展到一个专业的工程学科，我们可以通过阀门诊断系统得到更多有用的信息，为发现和解决电动阀门的锤击问题提供了可能。根据对所测得的数据的全面分析，从而做出最优的选择。锤击问题的发现和解决还能为后续产品的设计和制造提供反馈经验。锤击问题应纳入阀门的设计和制造规范，后续的设计人员在选型计算时应把握裕量和设备的平衡。其次，工厂应有配备诊断仪和专业人员，并配置相应的锤击测试和工具台，从而生产出更为精良的产品。参考文献1 Nuclear Maintenance Applications Center.Application Guide for Motor-Operated Valves in Nuclear power Plant-Revision 2:Volume1 gate and globe valvesM.