電動蝶閥傳動機構(gòu)故障分析

李 斌，韋 春，李 成，朱子龍，李 超

（南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局天津分局，天津300000）

1 南水北調(diào)中線天津干線電動蝶閥應(yīng)用概況

天津干線是南水北調(diào)中線工程總干渠的一部分，其主要任務(wù)和作用除向天津輸水外，還具有向沿河北省各縣（市）供水任務(wù)。天津干線沿線共計向河北供水5 m3/s，渠首自總干渠西黑山分水閘上引水，向東經(jīng)河北省保定市徐水區(qū)、雄安新區(qū)、高碑店市及廊坊市固安縣、永清縣，霸州市、安次區(qū)進(jìn)入天津市武清、北辰、西青三區(qū)后進(jìn)入外環(huán)河，總長度155 km。天津干線共設(shè)分水口9座，分別向沿線縣市供水，在兩處保水堰還設(shè)有退水口2座用以應(yīng)急調(diào)度及停水檢修時排出暗涵內(nèi)積水。退水閘門及分水閘門均采用電動蝶閥控制輸水管道的流量與啟閉。閘門直徑范圍為DN300-DN1400，為帶啟閉刻度的暗桿閘閥，其中9處分水口的電動蝶閥具有遠(yuǎn)程控制功能，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程閘門開度的調(diào)度指令自動化響應(yīng)。

2 電動蝶閥工作原理概述

電動蝶閥是根據(jù)旋轉(zhuǎn)閥桿同時帶動閥板轉(zhuǎn)動來啟閉閘門，在閥體圓柱形通道內(nèi)，圓盤形碟板繞著軸線旋轉(zhuǎn)，主要是旋轉(zhuǎn)碟板90°來控制流量，當(dāng)?shù)宓竭_(dá)90°時，閥門處于全開狀態(tài)，同時可以改變碟板的角度來調(diào)節(jié)介質(zhì)流量，一般安裝于管道的直徑方向。電動蝶閥與閥桿自身沒有鎖定能力，為了有效的調(diào)節(jié)流量需裝渦輪減速器，加裝渦輪減速器的蝶閥不僅使蝶閥有自鎖能力，還能改變蝶閥的操作性能及更準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)介質(zhì)流量。電動蝶閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電動蝶閥結(jié)構(gòu)示意圖

電動蝶閥的特點：（1）結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，重量輕，適用于大孔徑；（2）流體阻力小，全開時，閥座通道有效流通面積較大，因而流體阻力較小；（3）啟閉方便迅速，調(diào)節(jié)性能好，蝶閥旋轉(zhuǎn)90°既可完成啟閉；通過改變碟板的旋轉(zhuǎn)角度可以分級控制流量；（4）啟閉力矩較小，由于轉(zhuǎn)軸兩側(cè)碟板受介質(zhì)作用基本相等，而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方向相反，因而啟閉較省力；（5）低壓密封性能好，密封面材料一般采用橡膠、塑料，蝶閥的使用壓力和工作溫度范圍較小。

鑒于以上特點，在介質(zhì)的流量控制系統(tǒng)中，電動蝶閥得到了廣泛的應(yīng)用，同樣也用于南水北調(diào)中線工程的分水閥門參與了沿線受水地區(qū)的分水調(diào)度。

3 常見故障分析及解決方案

3.1 電動執(zhí)行機構(gòu)電機轉(zhuǎn)動，執(zhí)行機構(gòu)輸出軸不轉(zhuǎn)動

具體原因分析：電動執(zhí)行機構(gòu)離合器嚙合在手動側(cè)，電動執(zhí)行機構(gòu)電機轉(zhuǎn)動后，導(dǎo)致電機空轉(zhuǎn)；電動執(zhí)行機構(gòu)所帶動的蝸輪蝸桿出現(xiàn)磨損打滑，導(dǎo)致電機空轉(zhuǎn)，執(zhí)行機構(gòu)輸出主軸不轉(zhuǎn)動；電機電源線接觸不可靠，導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)動不靈活。

解決方案：對于電動執(zhí)行機構(gòu)電機空轉(zhuǎn)，判斷電源無故障后，必須打開電動執(zhí)行機構(gòu)一級蝸輪蝸桿箱，檢查蝸輪蝸桿磨損情況，如果磨損嚴(yán)重，只能返廠修復(fù)，或更換新的電動執(zhí)行機構(gòu)；如果為離合器故障，可以針對機械損傷程度制定合適的修復(fù)方式，如矯正撥叉部件，重新進(jìn)行裝配；調(diào)整離合器齒輪行程；更換損毀零件等。

3.2 電動執(zhí)行機構(gòu)電機過熱故障

具體原因分析：電動執(zhí)行機構(gòu)頻繁操作，導(dǎo)致電機真實過熱，引發(fā)保護(hù)動作；電機轉(zhuǎn)子軸承損壞無法轉(zhuǎn)動，由電機堵轉(zhuǎn)引起電機過熱。

解決方案：對于電機軸承損壞，應(yīng)更換軸承；對于短期內(nèi)頻繁啟動的電動蝶閥應(yīng)適當(dāng)拉長動作間歇時間，盡可能的對多個動作指令進(jìn)行合并降低啟停次數(shù)。

3.3 電動蝶閥遠(yuǎn)程控制總線丟信

具體原因分析：電動蝶閥控制器通信功能損壞：PLC通信模塊故障；通信參數(shù)設(shè)置與通信模塊不匹配；PLC通信網(wǎng)關(guān)接口設(shè)置錯誤；信號線破損短路、斷路導(dǎo)致信息傳輸故障。

解決方案：檢查PLC通信模塊、電動蝶閥控制器有無故障報警；檢查通信網(wǎng)關(guān)接口是否與系統(tǒng)設(shè)置相符，網(wǎng)關(guān)接口是否選擇正確；對通信設(shè)置參數(shù)進(jìn)行重新校對，檢查通信線路通斷情況。

3.4 蝶閥機械指針與執(zhí)行機構(gòu)數(shù)字顯示窗口不符

具體原因分析：電動蝶閥渦輪蝸桿傳動機構(gòu)打滑，脫扣或損壞；電動執(zhí)行機構(gòu)控制器損壞，不能正確執(zhí)行操作指令；機械指針與閥板軸連接松動；閥門初始位置設(shè)定有偏差，長期運行后導(dǎo)致誤差累積明顯。

解決方案：用扳手?jǐn)Q緊機械指針與閥板軸連接；如電動執(zhí)行機構(gòu)數(shù)顯窗是否有跳變、報警、亂碼等故障，應(yīng)對執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行更換；如渦輪蝸桿傳動機構(gòu)打滑、脫扣、損壞應(yīng)對傳動部位進(jìn)行更換；如初始位置設(shè)置有偏差，應(yīng)當(dāng)對閥門進(jìn)行重新校正。

3.5 蝶閥機械限位螺栓損壞

具體原因分析：機械限位螺栓調(diào)節(jié)位置使渦輪實際角位移范圍小于行程限制器設(shè)定范圍，導(dǎo)致渦輪在運動過程中對其機械撞擊造成損壞；電動蝶閥過力矩限制器故障，導(dǎo)致電動操作時對其機械撞擊造成損壞；人工操作手輪轉(zhuǎn)動蝶閥時，使用借力工具對限位造成損壞。

解決方案：更換已經(jīng)損壞的機械限位，并對蝶閥傳動系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢查，如果發(fā)現(xiàn)傳動系統(tǒng)中多處危險點、薄弱零件發(fā)生損壞，應(yīng)對其進(jìn)行徹底更換。

4 意見及建議

南水北調(diào)中線工程天津干線通水運行4年來，全線44臺電動蝶閥管理規(guī)范，保養(yǎng)及時，為工程的平穩(wěn)運行提供了可靠的設(shè)備保障。然而從提高蝶閥使用壽命，保證蝶閥運行狀態(tài)，方便蝶閥故障整改的角度出發(fā)，對設(shè)備的改進(jìn)提出如下建議：

（1）增加和優(yōu)化閘站監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地站PLC與觸摸屏的故障分析功能，為運維人員提供必要的故障分析參考，提高電動蝶閥的運維效率。

（2）增加過力矩限制器與行程限制器的反饋信號，在電動操作蝶閥時經(jīng)控制器將電機進(jìn)行緊急停機，對傳動機構(gòu)限位限載，保護(hù)內(nèi)部零部件。

（3）為防止手動操作時發(fā)生部分蝶閥傳動機構(gòu)及機械限位損壞的情況，對蝶閥的傳動保護(hù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，比如在合適位置加裝扭矩限制器；或者將傳動機構(gòu)的受力危險點設(shè)在容易維修和價值較低的零部件處。