阀门电动装置及其选用要点

　　阀门电动装置(以下均称“电动装置”)的基本功能是完成截断类阀门的驱动与控制，如：闸阀、截止阀、球阀、蝶阀等阀门的启闭。

　　阀门与电动装置通过选配组合成为电动阀门，广泛地应用于各工业领域的管道系统。作为管道系统控制单元，电动装置与阀门的正确匹配及其合理使用是电动阀门产品设计性能的保证。

　　据掌握的情况，目前无论国内还是国外，阀门与电动装置分别由不同厂家制造，而两种产品的组合(亦称“成套”)多由阀门制造厂完成，一定意义上电动装置属于阀门的配套产品。基于这种情况，根据阀门的型式和技术参数(诸如结构、压力、口径、温度、阀杆与连接尺寸、启闭时间、环境条件等等)对电动装置进行选型是必需的程序。另外，电动阀门在调试和使用中的一些问题又多体现在电动装置上，它说明电动阀门具有不同于其它通用设备的特殊性。

1、电动阀门技术参数的确定及制造过程

　　电动阀门的技术参数取决于管道系统的技术要求。

　　图1给出了电动阀门从技术参数的确定到完成制造交付使用的一般程序。

图1　　电动阀门的技术参数

　　由图1可见，首先是(1)电动阀门用户委托设计院所完成管道系统设计(其中包括电动阀门技术要求)；(2)设计院所将设计数据与相关说明反馈电动阀门用户；(3)电动阀门用户依据技术要求向阀门制造商招标采购电动阀门；(4)阀门制造商按技术要求进行电动装置选型并向电动装置制造商采购电动装置；(5)电动装置产品交付阀门制造商；(6)电动阀门在阀门制造商工厂进行成套试验后交付用户(由安装公司实施安装)。

　　实践证明，在上述环节中有几处容易出现问题并影响电动阀门的性能。

　　a)阀门制造商是否能完全理解技术要求(主要是电控要求)并将其清晰地传达给电动装置制造商，它属于选型问题之一，涉及到电动阀门的功能问题。

　　b)电动装置制造商是否提供合适的电动装置(主要是产品的动力参数)与电动阀门组合程序是否合理，它属于成套问题。

　　c)电动阀门的安装程序是否合理，它属于使用问题之一。

　　这些问题从不同方面说明了电动装置的特殊性。

2、电动装置选用涉及的内容

　　一般情况，电动装置的选型涉及以下方面：型式、动力参数、连接型式与尺寸、控制功能、防护性能等。

2.1、型式选择

　　由于被驱动控制的阀门工作时其阀瓣运动形式不同，所以电动装置分为“多回转型”和“部分回转型”。

　　多回转电动装置—输出轴向阀门传递动力时，其单方向行程(阀门全开—全关，或全关—全开)至少旋转一圈。这种电动装置又可分为转矩型和转矩推力型，转矩型工作时其输出轴只向阀门传递转矩，而转矩推力型的输出轴不仅传递转矩还要承受阀杆的轴向推力。

　　多回转电动装置用于驱动控制闸阀、截止阀类即阀瓣工作时直线运动且阀杆多圈回转的阀门。图2所示为电动闸阀，图3所示为电动截止阀。

图2 电动闸阀

图3 电动截止阀

　　部分回转电动装置—输出轴向阀门传递驱动力时，其单向行程旋转少于一圈(通常为90°)。部分回转电动装置一般只向阀门传递转矩而不承受阀杆的推力。

　　部分回转电动装置用于驱动控制球阀、蝶阀、旋塞阀等阀瓣工作时部分回转的阀门。图4所示为电动球阀，图5所示为电动蝶阀。

图4 电动球阀

图5 电动蝶阀

　　因此，当阀门为闸阀、截止阀类时应选择多回转电动装置，当阀门为球阀、蝶阀类时应选择部分回转电动装置。

2.2、动力参数选择

　　本项选择的标准是所选电动装置能否保证被驱动阀门启闭动作的可靠。如果电动装置的输出转矩超过阀门所需转矩值较大，它不仅造成浪费，更主要是一旦控制失效会损坏阀门引起严重后果。反之，如果输出转矩小于阀门所需转矩，则造成阀门启闭困难。

　　动力参数的选择还包括输出转速，因为电动装置输出转矩一定，转速的变化带来电动机功率的变化。输出转速不同使阀门的启闭时间不同。

　　JB/T8528-1997普通型阀门电动装置技术条件，对产品的动力参数规定：

　　公称转矩(Mr)—电动装置设计的给定值，是产品允许承受的最大转矩。

　　公称推力(Tr)—电动装置输出轴线方向允许承受的最大推力，它是产品设计的给定值。

　　起动转矩(Mst)—不包括传动系统的锤击效应和运动间隙，输出轴被锁定且行程与转矩控制机构均不起作用时起动电动装置得到的输出转矩值。

　　最大转矩(Mmax)—不包括传动系统的锤击效应和运动间隙，在行程与转矩控制机构均不起作用时电动装置运行中逐渐加载直至停止转动得到的输出转矩值。

　　实际试验中，Mst和Mmax基本相同，但前者为静态下的转矩值而后者为动态下的转矩值，体现在阀门专用电机上的状态则是“堵转”。

　　控制转矩(Mc)—在开、关两个方向转矩控制机构所能调整的转矩范围值，因而它又分为“最大控制转矩(Mcmax)”和“最小控制转矩(Mcmin)”。

　　铭牌转矩(Mn)—用户要求即阀门所需的转矩值。

　　在上述参数中，Mcmax≥Mn，产品出厂时设定：Mcmax=(1.0-1.3)Mn，标准规定要保证Mcmin≤0.5Mcmax。标准亦规定了Mst/Mn=1.3-1.8。在实际应用中允许出现Mn=Mr的情况。电动装置转矩值的单位是N·m。

　　选用电动装置时应注意样本中各机座给出的转矩是Mr，所选的转矩值即Mn应小于或等于它。当Mn确定后就可计算出Mst或Mmax的范围，也就是电动装置可能出现的堵转范围，保证使用安全。

　　关于输出转速，电动装置样本中一般给出标准转速规格，但用户也可根据管道工艺需要提出要求。建议尽量选择标准规格和相对低的转速，这样不仅电动机的功率较小，同时可降低某些阀门入座时的冲击。

2.3、连接型式与尺寸

　　连接型式与尺寸是指电动装置与阀门的连接部位结构，这点对阀门制造商是重要的，错误的连接结构无法使阀门和电动装置连接。对于电动阀门的用户，了解本项内容有助于电动装置备品备件的选择。

　　由于历史原因，目前我国电动装置与阀门的连接型式还不完全统一，这在选型中应给予注意。多回转电动装置的连接型式主要是以下几种：

　　(1)符合GB/T12222-2005多回转阀门驱动装置的连接，该标准规定了扭矩推力型和扭矩型电动装置的法兰和输出轴的连接型式。其法兰代号按公称转矩和推力区分从F07-F40。

　　(2)根据GB/T12222-2005标准法兰设计的牙嵌式输出轴、花键孔或单键孔输出轴等连接型式，原理是扭矩型。

　　(3)JB2920-1981阀门电动装置型式、基本参数和连接尺寸中“Z型”连接型式。该标准规定了扭矩型牙嵌输出轴和法兰尺寸。

　　(4)传统方形法兰牙嵌输出轴扭矩型连接型式和尺寸。

　　部分回转电动装置的连接型式主要是以下几种：

　　(1)GB/T12223-2005部分回转阀门驱动装置的连接，该标准规定了不同输出扭矩所对应的法兰尺寸和输出轴连接型式，法兰代号F03-F60。

　　(2)JB2920-81中“Q型”的连接型式和尺寸。

　　(3)以对夹蝶阀为主的“吋制”连接尺寸。

　　(4)非标连接型式，如LimitorqueHBC蜗轮减速器的连接尺寸。

　　选型应注意的问题：

　　(1)所选多回转电动装置的法兰与输出轴型式、尺寸是否与被驱动阀门法兰、阀杆、阀杆螺母牙嵌统一，输出轴内孔尺寸是否能通过明杆阀门的阀杆。

　　(2)所选多回转电动装置为扭矩推力型时，应在电动阀门成套前取出位于输出轴内或推力座内的阀杆螺母按阀杆螺纹配作加工其内螺纹。

　　(3)所选部分回转电动装置的法兰是否与被驱动阀门法兰型式与尺寸统一，其输出轴的最大内径与深度是否满足阀杆尺寸要求。

　　(4)一般情况在部分回转电动装置订货时应提出阀杆尺寸与配合公差、阀杆连接平键还是花键、单键还是对键或90°分布、键与阀门终端位置的关系等。

2.4、关于电动装置控制功能

　　电动装置涉及控制功能的机构有以下部分，即：行程控制机构、位置指示机构、转矩控制机构。这些机构有的要在产品出厂前进行设定，有的需要在电动阀门成套时进行调试。根据需要提供的电器附件也会不同程度增加产品的功能，因而电动装置的控制功能的“简单”或“齐全”主要体现在它的相关电气配套件上。在了解电动装置的控制功能前也需清楚“传统控制”与“智能控制”型式的主要不同点。

　　所谓“传统控制”型式是指完全依据JB/T8528-1997标准，电动装置内置的行程与转矩机构为电触点控制，位置指示用可变电阻实现连续电流信号输出，驱动电动机为单一转速。“智能控制”型式是指在依据JB/T8528-1997标准有关规定的基础上，电动装置内置传感器、微处理器、信号转换放大模块等实现基本功能控制，同时还具备故障自诊断、运行数据记录、人机对话和现场组态等功能。在具体应用上，“传统控制”产品需要打开箱罩进行调试，而“智能控制”是以非侵入式磁开关或遥控器进行产品设定或调试。

　　实践应用证明，“智能控制”型的电气控制功能齐全，它是我国近十年来适应各工业领域控制技术快速发展的电动装置产品，使用方便，具有很大优势。但较大转矩规格受到限制，一些相对恶劣的工作环境还不能完全适应。“传统控制”型产品选用得当，可获得较好的性价比，在恶劣工作环境中使用有较高的可靠性。选用何种型式的产品要根据电动阀门的重要性、控制要求、工作环境等具体分析确定。

　　以下为“传统控制”型电动装置控制功能选型应注意的问题：

　　(1)除阀门终端位置行程控制触点外(标准配置一般为开关方向各一个常开、一个常闭触点)是否还需要终端行程无源触点。如果需要应提出触点数和状态。

　　(2)是否需要阀门在行程中某一位置的无源触点，如果需要应提出触点数和状态。

　　(3)除转矩开关控制触点外(标准配置一般为开关方向各一个常开、一个常闭触点)是否需要无源触点，需要应提出触点数。

　　(4)应提供被控阀门全行程转圈数，以便配置电动装置位置指示机构速比，同时说明是否需要阀门位置电流变送器(VOT)以提供标准的阀位反馈信号(常用4mA-20mA)。

　　(5)是否需要整体型控制，即控制组件与主机一体(有时也称一体化控制)。

　　(6)当电动装置为整体型时，还应说明是否需要鉴相、断相、自动换相等功能，因为这些功能通常不是标配。

　　(7)当电动装置需要调节功能时，应注意被控阀门的调节频率以确定电动机的制式或判断阀门专用电动机能否适用。

　　(8)是否需要加装数字通讯接口，如现场总线等功能。

　　值得提出的是，阀门电动装置与符合JB/T8219-1999工业过程测量和控制系统用电动执行机构，具有完备调节功能的“电动执行机构”有本质上的差异，尽管实际应用中两者的技术出现相互交叉的现象。所以，要在充分了解JB/T8528和JB/T8219的基础上明确两种产品的不同之处，以保证选用正确。

　　对于“智能控制”型电动装置除数字通讯接口、调节功能外，上述其它功能多为标准配置。

2.5、关于防护性能

　　电动装置的防护问题主要涉及以下方面，在产品的选用中应充分注意：

　　(1)关于户外防护等级：国内电动装置的户外防护等级IP65基本是标准配置，有的厂家已将IP67作为中小规格产品标配，必需时也能达到用户对IP68防护的要求。不过，较大规格电动装置实现IP68防护比较困难。建议在了解使用工况的前提下合理选择产品防护等级，因为过高防护等级会增加电动阀门整体成本。

　　(2)是否需要防爆功能和需要的防爆等级：在爆炸性气体环境中使用的电动阀门需要电动装置具备防爆功能。由于电动装置的防爆型式均为隔爆结构，所以依据的标准是GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求和GB3836.2-2000爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型d”。由以上标准和使用的环境可知所需的产品防爆等级。目前，国内防爆电动装置的防爆等级多为ExdⅡBT4，有的可达到ExdⅡCT4或ExdⅡCT6。对于较大规格电动装置满足ⅡC防爆要求是比较困难的，选用中应给予注意。

　　(3)电动阀门应用在沿海或潮湿区域或使用在化工企业，环境中含有不同程度的腐蚀性气体，这种工况对电动装置应有防腐要求。产品选型时应具体提出，以便电动装置生产厂家作相应的处理，如：产品涂漆工艺、外露金属零件的材料等。

　　除上述外，产品在实际选用中还会遇到一些特殊的防护要求，如环境温度超出标准范围(-20℃-60℃)。它需要电动装置产品的铸件材料、非金属件材料、润滑油脂、电气组件、导线等都要有相应的变化，以适应工况要求。

3、电动装置的使用

　　电动装置能否做到正常使用涉及三个步骤：一是与阀门的成套；二是电动阀门的现场安装调试；三是日常维护。

3.1、与阀门的成套

　　与被控阀门连接成套之前应检查相关内容，然后完成与阀门的连接调试：

　　(1)产品的手轮、切换手柄、接线箱、现场按钮等相对薄弱部位不应有损坏，防爆产品更应检查其控制箱罩、透明件等处不应有损坏。

　　(2)电控原理图和接线图是否与设计要求相同。

　　(3)产品的防护、防爆等级是否与合同要求统一。

　　(4)随机文件是否齐全，产品的型号规格和铭牌转矩是否与合同要求统一。

　　(5)输出轴、法兰型式和尺寸是否与阀门连接部位对应。

　　(6)确认产品的扭矩推力型或扭矩型，并确认是否适用成套阀门。

　　(7)与阀门的合理可靠连接(本项可详细阅读随机文件)。

　　(8)电动阀门终端行程位置精确调试与其它电气控制功能的测试。

　　(9)电动阀门带压检测，应保证阀门的密封性能并应保证阀门在使用压力下可靠开启或关闭，不能产生过载现象(过载体现在电动装置转矩开关动作)。

　　(10)电动阀门出厂前应将电动装置控制箱罩和接线箱罩紧固牢靠，保证整机密封。

3.2、电动阀门现场安装调试

　　(1)有些阀门主体相对电动装置较重，起吊电动阀门时应注意其受力点不要选择在电动装置上，保证安全。

　　(2)打开接线箱罩、控制箱罩时其密封件和紧固螺钉不应丢失(注意：阴雨天气的户外不允许此项操作)。

　　(3)电缆进线部位应密封可靠以保证产品的户外性能，防爆产品更应按随机文件要求处理好电缆进线部位的压紧与密封，保证产品的防爆性能。

　　(4)按产品端子接线对照表将电缆芯线可靠地接到端子板上，接线应牢固不允许裸露。电动装置内外接地必须可靠。

　　(5)无论电动装置的控制型式、功能如何，均应在通电试验前手动操作阀门的阀瓣离开终端位置一段行程，然后通电检查电源相序是否正确(控制方向与阀门实际运行方向一致)，以免造成控制错误损坏阀门。

　　(6)电控操作阀门开关一个行程，检查电动阀门性能，同时检查控制功能。必要时应进行现场调试。

　　(7)确定电动阀门性能满足设计要求后将控制箱罩、接线箱罩及密封件装好，保证产品的户外性能。防爆产品的上述壳体件更应紧固可靠，保证防爆性能。

3.3、电动装置的使用

　　(1)产品上的现场开关、指示窗玻璃、手/电动切换手柄、手轮等不允许撞击。

　　(2)长期处于阀门某终端位置的电动装置应在工艺允许的前提下建立定期启动检查的制度，保证电动阀门需要动作时工作可靠。

　　(3)电动装置的转矩控制机构不允许任意调整。

　　(4)手动操作电动阀门时不允许在电动装置手轮处加力臂，因为手动操作没有保护，极易造成电动阀门损坏。

　　(5)电动装置减速器中的润滑脂一般不需要更换，但要定期检查，发现油脂变质或减少应更换或灌注，润滑脂的性能应与使用的相同。

　　(6)电动装置自阀门取下维修后应重新标定动力参数，装到阀门上应重新调整或设定行程控制与位置指示机构。

　　(7)防爆零件损坏应向产品生产厂家索取，合格零件未装上之前产品不具备防爆功能，不允许进行电动操作。

　　(8)妥善保管随机文件和产品铭牌，以便在产品维修或更换时提供参考。

4、结语

　　阀门电动装置与管道系统的其它重要设备相比，虽然价值和技术含量较低，但该产品具有其特殊性，选用的合理与否会直接影响管道系统的正常运行和可靠。因此，电动阀门用户应当深刻了解电动装置的基本参数、选型程序和使用要求，对保证管道系统的安全性有所帮助。