阀门电动装置及其选用要点

   阀门电动装置（以下简称电动装置）的基本功能是完成闸阀、截止阀、球阀、蝶阀等截止阀的驱动和控制。
   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。
   据了解，阀门和电气设备分别由不同的制造商制造，两种产品的组合（也称为成套）主要由阀门制造商完成。从某种意义上说，电气设备属于阀门的配套产品。基于这种情况，根据阀门的类型和技术参数（如结构、压力、口径、温度、阀杆与连接尺寸、开关时间、环境条件等）选择电气设备是必要的。此外，电动阀在调试和使用中的一些问题主要反映在电气设备上，表明电动阀与其他通用设备不同。
   1 电动阀技术参数的确定及制造工艺
   电动阀的技术参数取决于管道系统的技术要求。
   图1给出了电动阀从技术参数确定到制造和交付的一般程序。

图1

   从图1可以看出，首先（1）电动阀用户委托设计机构完成管道系统设计（包括电动阀技术要求）；（2）设计机构将设计数据反馈给电动阀用户；（3）电动阀用户根据技术要求向阀门制造商招标；（4）阀门制造商根据技术要求选择电动设备，并向电动设备制造商采购电动设备；（5）电动设备产品交付给阀门制造商；（6）电动阀在阀门制造商工厂（由安装公司安装）后交付给用户。
   实践证明，上述环节容易出现问题，影响电动阀的性能。
   a）阀门制造商是否能完全理解技术要求（主要是电气控制要求），并将其清楚地传达给电气设备制造商，这是选择问题之一，涉及电气阀的功能问题。
   b）电气设备制造商是否提供合适的电气设备（主要是产品的动力参数）和电气阀组合程序是否合理是一个完整的问题。
   c）电动阀的安装程序是否合理，是使用问题之一。
   这些问题从不同方面解释了电气设备的特殊性。
   2 电气设备选择所涉及的内容
   一般来说，电气设备的选择包括型式、动力参数、连接型式和尺寸、控制功能、保护性能等。
   2.1 型式选择
   由于驱动控制阀工作时阀瓣运动形式不同，电动装置分为多回转和部分回转。
   多旋转电动装置-输出轴向阀传递动力时，其单向行程至少旋转一圈（阀门全开-全关或全关-全开）。该电动装置可分为扭矩型和扭矩推力型。扭矩工作时，输出轴只向阀门传递扭矩，扭矩推力输出轴不仅传递扭矩，而且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，即阀阀工作时直线移动，阀杆多圈旋转。图2为电动闸阀，图3为电动截止阀。

图2 电动闸阀

图3 电动截止阀

   部分旋转电动装置-输出轴向阀传递驱动力时，单向行程旋转小于一圈(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。
   部分旋转电气装置用于驱动控制球阀、蝶阀、旋塞阀等阀门工作时的部分旋转阀。图4为电动球阀，图5为电动蝶阀。

图4 电动球阀

图5 电动蝶阀

   因此，当阀门为闸阀和截止阀时，应选择多回转电动装置，当阀门为球阀和蝶阀时，应选择部分回转电动装置。
   2.选择2 动力参数
   本选择的标准是所选电动设备是否能保证驱动阀的可靠启闭动作。如果电动设备的输出扭矩大于阀门所需的扭矩值，不仅会造成浪费，而且一旦控制失就会损坏阀门，造成严重后果。相反，如果输出扭矩小于阀门所需的扭矩，则很难启闭阀门。
   功率参数的选择还包括输出速度，因为电气设备的输出扭矩是一定的，速度的变化会导致电机功率的变化。不同的输出速度使阀门的开启和关闭时间不同。
   JB/T对产品的动力参数规定：
   公称转矩（Mr）—电气设备设计的给定值是产品允许承受的最大扭矩。
   公称推力（Tr）—产品设计的给定值是电气装置输出轴方向允许的最大推力。
   起动转矩（Mst）—输出轴不包括传动系统的锤击效应和运动间隙，当行程和扭矩控制机构不起作用时，从电气设备中获得的输出扭矩值。
   最大转矩（Mmax）—不包括传动系统的锤击效应和运动间隙，电气装置在行程和扭矩控制机构不工作时逐渐加载输出扭矩值，直至停止旋转。
   在实际试验中，Mst和Mmax基本相同，但前者为静态扭矩值，后者为动态扭矩值，反映在阀门专用电机上的状态为堵塞。
   控制转矩（Mc）—转矩控制机构可以在开关两个方向调整的转矩范围值，因此分为最大控制转矩（Mcmax）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，设置产品出厂时：Mcmax=（1.0-1.3）Mn，保证标准规定Mcmin≤0.5Mcmax。还规定了标准Mst/Mn=1.3-1.8.允许在实际应用中出现Mn=Mr情况。电动装置转矩值的单位是N·m。
   在选择电动装置时，应注意样本中各机座给出的扭矩Mr，所选的转矩值即Mn应小于或等于它Mn确定后即可计算Mst或Mmax电范围，即电装置可能出现的堵转范围，以确保使用安全。
   在输出速度方面，标准速度规格一般给出标准速度规格，但用户也可以根据管道工艺要求提出要求。建议尽量选择标准规格和相对较低的速度，这样不仅电机功率较小，而且可以减少部分阀门的冲击。
   2.3 连接类型和尺寸
   连接类型和尺寸是指电气设备和阀门之间的连接部件结构，这对阀门制造商来说很重要。错误的连接结构不能连接阀门和电气设备。对于电动阀门的用户，了解本内容有助于选择电动设备备件。
   由于历史原因，我国电气设备与阀门的连接类型并不完全统一，应注意选型。多回转电气设备的连接类型主要如下：
   （1）符合GB/T12222-2005多个旋转阀驱动装置的连接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类型。法兰代号从公称扭矩和推力区分F07-F40。
   （2）根据GB/T牙嵌式输出轴、花键孔或单键孔输出轴等连接型式设计为1222-2005标准法兰，原理为扭矩型。
   （3）JB阀门电动装置类型为2920-1981，基本参数及连接尺寸为Z类型连接类型。本标准规定了扭矩牙嵌输出轴和法兰尺寸。
   (4)传统方形法兰牙嵌出轴扭矩型连接的类型和尺寸。
   部分回转电动装置的连接类型主要如下：
   （1）GB/T本标准规定了不同输出扭矩对应的法兰尺寸和输出轴连接型式，以及法兰代码F03-F60。
   （2）JB2920-81中“Q类型的连接类型和尺寸。
   (3)以夹蝶阀为主的寸制连接尺寸。
   (4)非标连接类型，如LimitorqueHBC蜗轮减速器的连接尺寸。
   选型应注意的问题：
   (1)选用的多旋转电动装置的法兰和输出轴类型、尺寸是否与驱动阀法兰、阀杆、阀杆螺母牙嵌入统一，输出轴内孔尺寸是否能通过开杆阀门的阀杆。
   (2)选用的多旋转电动装置为扭矩推力型时，应在电动阀成套前取出位于输出轴或推力座内的阀杆螺母，并根据阀杆螺纹加工内螺纹。
   (3)所选部分旋转电动装置的法兰是否与驱动阀的法兰类型和尺寸统一，输出轴的最大内径和深度是否符合阀杆尺寸要求。
   (4)一般情况下，在订购部分旋转电动装置时，应提出阀杆尺寸与配合公差、阀杆连接平键、单键、对键或90°分布、键与阀门终端位置的关系等。
   2.4 关于电置控制功能
   涉及电气设备控制功能的机构有以下部分，即行程控制机构、位置指示机构和扭矩控制机构。有些机构需要在产品出厂前设置，有些机构需要在电动阀成套时进行调试。根据需要提供的电气附件也会不同程度地增加产品的功能，因此电气设备的控制功能简单或完整主要体现在其相关的电气配件上。在了解电气设备的控制功能之前，还需要了解传统控制和智能控制类型的主要区别。
   所谓传统控制型，是指完全依据JB/T根据8528-1997标准，电动装置内置的行程和扭矩机构由电触点控制，位置指示用可变电阻实现连续电流信号输出，驱动电机为单速。智能控制类型是基于JB/T在8528-1997标准相关规定的基础上，电气设备内置传感器、微处理器、信号转换放大模块实现基本功能控制，还具有故障自诊断、运行数据记录、人机对话、现场组态等功能。在具体应用中，传统控制产品需要打开盖进行调试，而智能控制是由非侵入性磁开关或遥控器设置或调试。
   实际应用证明，智能控制电气控制功能齐全，是近十年来适应各行业控制技术快速发展的电气设备产品，使用方便，优势巨大。但大转矩规格有限，一些相对恶劣的工作环境无法完全适应。传统控制产品选择得当，性价比好，在恶劣的工作环境中使用可靠性高。根据电动阀的重要性、控制要求、工作环境等具体分析，选择什么类型的产品。
   以下是传统控制电气设备控制功能选择中应注意的问题：
   (1)除阀门终端位置行程控制触点外(标准配置一般为每个开关方向常开一个常闭触点)是否还需要终端行程无源触点。如有必要，应提出触点数和状态。
   (2)如果需要提出触点数和状态，是否需要阀门在行程中某一位置的无源触点。
   (3)除转矩开关控制触点外(标准配置一般为开关方向的常开、常闭触点)是否需要无源触点，应提出触点数。
   (4)应提供被控阀的全行程转圈数，以便配置电气装置位置，指示机构速比，并说明是否需要阀门位置的电流变送器（VOT）提供标准的阀位反馈信号(常用4)mA-20mA）。
   (5)是否需要整体控制，即控制组件与主机集成(有时也称为集成控制)。
   (6)当电气装置为整体型时，还应说明是否需要别、断相、自动换相等功能，因为这些功能通常不是标准的。
   (7)电气装置需要调节功能时，应注意被控阀的调节频率，以确定电机的标准或确定阀门专用电机是否适用。
   (8)是否需要安装数字通信接口，如现场总线等功能。
   值得一提的是，阀门电动装置与之一致JB/T8219-1999工业过程测量控制系统的电动执行机构与具有完整调整功能的电动执行机构有本质区别，尽管两者的技术在实际应用中相互交叉。因此，我们应该充分理解JB/T8528和JB/T在8219的基础上，明确两种产品的区别，确保选择正确。
   除数字通信接口和调节功能外，上述其他功能大多是智能控制电动装置的标准配置。
   2.5 关于防护性能
   电气设备的保护主要涉及以下方面，在产品选择中应充分注意：
   (1)户外防护等级:国内电气设备户外防护等级IP65基本上是标准配置，一些制造商已经IP67作为中小规格产品的标准配置，必要时也能达到用户的目标IP68防护要求。但是，大型电气设备已经实现IP68很难保护。建议在了解使用条件的前提下，合理选择产品保护等级，因为过高的保护等级会增加电动阀的整体成本。
   (2)是否需要防爆功能和防爆等级:爆炸性气体环境中使用的电动阀需要具有防爆功能的电动装置。因为电动装置的防爆类型都是是隔爆结构，所以标准是GB3836.1-2000爆炸性气体环境电气设备第一部分：一般要求和GB3836.2-2000爆炸性气体环境用电气设备第二部分隔爆型d。根据上述标准和使用环境，可以知道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.有些可以实现ExdⅡCT4或ExdⅡCT6.满足大规格电动装置的要求ⅡC防爆要求比较困难，选择时要注意。
   (3)电动阀应用于沿海或潮湿地区或化工企业，环境中含有不同程度的腐蚀性气体，对电动设备有防腐要求。应具体提出产品选型，以便电动设备制造商进行相应的处理，如产品涂装工艺、外露金属零件材料等。
   除上述外，产品在实际选择中还会遇到一些特殊的保护要求，如环境温度超过标准范围(-20℃-60℃）。为了满足工作条件的要求，需要电气设备产品的铸件材料、非金属材料、润滑脂、电气组件、导线等。
   使用 3 电动装置
   电动装置能否正常使用涉及三个步骤：一是与阀门成套；二是电动阀现场安装调试；三是日常维护。
   3.1 与阀门的成套
   与被控阀门连接前，应检查相关内容，然后完成与阀门的连接调试：
   (1)手轮、切换手柄、接线箱、现场按钮等相对较弱的部位不得损坏，防爆产品应检查其控制箱盖、透明部件等。
   (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符合合同要求。
   (4)随机文件是否齐全，产品型号规格和铭牌扭矩是否符合合同要求。
   (5)输出轴、法兰类型和尺寸是否与阀门连接部分相对应。
   (6)确认产品的扭矩推力型或扭矩型，确认是否适用于成套阀门。
   (7)与阀门的合理可靠连接(本项可详细阅读随机文件)。
   (8)电动阀终端行程位置与其他电气控制功能的精确调试。
   (9)电动阀带压检测应保证阀门的密封性能，阀门在使用压力下应可靠打开或关闭，不得过载(过载体现在电动装置的扭矩开关动作中)。
   (10)电动阀出厂前，应将电动装置控制箱盖和接线箱盖紧固牢固，确保整机密封。
   3.2 电动阀现场安装调试
   (1)部分阀门主体比电动装置重，起吊电动阀门时要注意不要在电动装置上选择受力点，以保证安全。
   (2)打开接线箱盖，控制箱盖时不得丢失密封件和紧固螺钉(注:雨天室外不允许此操作)。
   (3)电缆进线部分应密封可靠，以保证产品的室外性能。防爆产品应按照随机文件的要求对电缆进线部分进行压缩和密封，以保证产品的防爆性能。
   (4)根据产品端子接线对照表，将电缆芯线可靠地连接到端子板上，接线应牢固，不得裸露。电气设备内外接地必须可靠。
   （5）无论电气设备的控制类型和功能如何，在通电试验前手动操作阀门阀门离开终端位置，然后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），避免控制错误损坏阀门。
   (6)检查电动阀的性能和控制功能。必要时应进行现场调试。
   (7)确定电动阀性能满足设计要求后，安装控制箱盖、接线箱盖和密封件，保证产品的室外性能。防爆产品的上述外壳零件应紧固可靠，以防爆性能。
   3.使用3 电动装置
   (1)不得撞击产品上的现场开关、指示窗玻璃、手/电动切换手柄、手轮等。
   (2)在工艺允许的前提下，长期处于阀门终端位置的电动装置应建立定期启动检查系统，以确保电动阀在需要移动时工作可靠。
   (3)电气装置的转矩控制机构不得任意调整。
   (4)手动操作电动阀时，电动装置手轮上不允许加力臂，因为手动操作没有保护，容易损坏电动阀。
   (5)电动装置减速器中的润滑脂一般不需要更换，但应定期检查。如果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相同。
   (6)电气装置拆下阀门后，应重新校准电源参数，并重新调整或设置行程控制和位置指示机构。
   （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)随机文件和产品铭牌应妥善保管，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。