超大口径高压阀门智能型电动执行器的研发_曹永明.pdf
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1、设备管理与维修2023 2(上)图 1电动执行器基本结构0引言从仿制有触点的执行器开始,我国电动执行器经过 30 多年发展,多数产品已经实现了智能化,技术相对成熟,国内不少厂家具备一定规模的生产能力和研发能力。但国内产品主要应用于市政、电力、冶金等普通场所,在核电的核岛、火电厂的关键阀门以及长输油气管道的大多数阀门电动执行器还是依赖进口。特别是在超大口径高压力的长输管道干线阀门上,由于其大扭矩、快开关速度的特性要求,及使用环境和高可靠性的要求,目前基本上使用进口产品,国内市场被欧洲、美国等流体巨头的执行器产品垄断。未来几年将是我国油气管道建设的高峰期,作为长输油气管道的关键设备电动执行器,必将
2、得到大量运用1-3。1产品结构智能电动执行器主要由电机、传动机构、力矩传感器、阀位传感器、电气控制单元控、手轮操作机构、手/电切换机构、接线盒及联轴器等组成(图 1)4。1.1力矩传感器力矩传感器能够可靠和精确地测量全行程每一点的作用力,是对阀门和执行器提供保护的基础。在驱动力矩作用下,通过安装在传感器内的压敏电阻将蜗杆轴向推力的反作用力转换成电信号,最终测量到精确的驱动力矩,且不受电机频率、电压和温度变化的影响。如在运行时力矩达到设定值,电机将被断开,力矩开关可在额定力矩 40%100%范围内设定。另外,开阀的力矩开关可设定为“加强”,使电机产生的力矩超过额定力矩的 1.4 倍,以操作“粘住
3、”的阀门。1.2电机采用 F 级绝缘鼠笼式的三相异步电机,该电机具有高转矩、低惯性的特性,符合阀门用电机的要求。在电机线圈内装有两个热动开关,直接感受电机线圈的温度。如果电机线圈过热,可将执行器的控制电路断开。而在ESD 紧急保护期间,温度保护器可被超越。1.3接线盒执行器上其他电气设备的电缆和外部供电均接至接线盒,接线盒采用双密封设计,确保内部元件受到保护。防水接线端子模块将内部电缆与接线端子箱隔离。1.4联轴器联轴器由联轴套和连接法兰等零件组成,执行器扭矩的输出通过与输出轴相连的联轴器来实现,法兰接口按标准设计。1.5手轮操作机构手轮操作机构可在电源中断时手动操作阀门,紧急情况时在电动操作
4、期间按下并按住手柄,可使电动驱动紧急脱开。手轮操作机构具有锤击作用,可以省力,尤其在阀门卡死时能够通过锤击作用较快地打开阀门。对于大力矩的阀门,执行器可以选用行星齿轮机构或蜗轮蜗杆机构手轮,以降低操作力。1.6阀位传感器阀位传感器采用先进的 24 位光电绝对编码器,指示和反馈阀门全开位置、阀门全关位置。该编码器用光电编码盘记录阀位,无需备用电池,在断电时仍可准确记录阀位。1.7电气控制单元电气控制单元由电源分配电路、比较电路、逻辑及保护电路、放大电路等组件构成。能够接收远方信号:420 mA 模拟量输入,无源干接点开关量输超大口径高压阀门智能型电动执行器的研发曹永明1,解小明1,汪玉海2(1.
5、特福隆(上海)科技有限公司,上海201306;2.欧维克集团有限公司,浙江温州325105)摘要:介绍一种超大口径高压管线球阀用智能型电动执行器,对执行器的工作原理和关键技术:传动效率、控制系统可靠性、控制精度技术和大力矩减速箱进行总结阐述,产品具有输出力矩大、可靠性高、测量控制技术先进,保护功能完善等特点。该产品是中石油油气管道关键设备国产化项目之一,已批量应用于国家重点油气管道工程替代进口产品,成功实现了国产化应用。关键词:传动效率;可靠性;控制精度中图分类号:TE973文献标识码:BDOI:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.02.3999设备管理与维修2023
6、 2(上)图 2电动执行器电气原理入。能向远方提供双向行程接点、双向转矩接点及电源丢失、齿轮卡涩等故障信号(无源接点)。对于调节型执行器,可提供 420 mA 位置反馈信号。失信号时,可根据用户要求组态选择停在原位或驱动阀门至全开,并具有供报警用的输出接点。1.8手/电动切换机构当压下手动/电动切换机构手柄使其处于手动位置,转动手轮使离合器挂上,此时松开手柄,手柄将自动回到原位,手轮将保持驱动,直到执行器被电动操作,手轮会自行脱开回到电动模式。如果需要,可用挂锁将离合器锁定。1.9传动机构采用蜗轮蜗杆作为主传动,蜗杆与电机转子做成一体,蜗轮与输出轴通过离合器连接,其中电机轴与蜗杆可以快速组装更
7、换。蜗轮、蜗杆采用浸油润滑,可以更好的适应环境温差变化。2工作原理2.1机械部分当电动操作时,在电气控制单元的作用下控制电机转动,通过蜗杆和蜗轮传动,使输出轴产生相应大小的扭矩,以带动阀门动作。当手动操作时,在手/电动切换机构作用下控制蜗轮与手轮之间的离合。当压下手柄时,蜗轮与手轮通过离合器连接,通过手轮可以操作执行器,此时松开手柄,手柄将自动回到原位,手轮将保持驱动,直到执行器被电动操作,手轮会自行脱开回到电动模式。2.2电气部分电动执行器电气原理如图 2 所示,由控制主板、电机、阀位传感器、压力传感器和绝对编码器等组成一个带反馈的控制系统。执行器接收到控制指令后,驱动电机正转或反转,实现阀
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