電液執行器裝配調試問題及解決方案

劉春弟(中海油石化工程有限公司，山東 濟南 266000)

0 引言

具有緊急關斷(ESD)功能的開關型電液執行器是一種采用電液驅動裝置為動力，執行ESD信號實現緊急快速關斷的執行機構，具有可靠性高、穩定性好、壽命長、免維護等優勢[1]，緊急情況斷電和火災時可自動驅動閥門快速切斷管路系統避免安全事故發生或擴大，是大型工藝裝置和壓力管道系統的重要安全設備。

目前對開關型緊急切斷閥門裝置的需求量非常大，中石化、中石油和中航油的油庫罐根和管路系統日益增長的需求，較長的周轉供貨周期，售后服務、價格和維護配件進口等因素影響，無法滿足其大量的需求和工作進度。

系統主要分為液壓系統和控制箱兩部分，液壓系統包含四個模塊，分別是蓄能器、執行模塊、液壓控制單元和支架模塊。在使用中，所有模塊集成化設計，安裝在被驅動裝置上。開關型電液執行器工作過程包括兩個過程：

(1)液壓控制單元為蓄能器充壓，使蓄能器始終保持在高壓工作狀態；

(2)當需要開關閥操作時，電磁閥接受控制信號，使蓄能器的高壓油進入執行模塊，將液壓油內能轉化為機械能使執行模塊做直線運動，驅動閥門實現開關動作。

具有緊急關斷(ESD)功能的開關型電液執行器具有遠程、就地、設置三種工作模式。遠程模式下自控室通過觸點信號進行開閥、關閥控制，并可接收十余種故障自診斷報警信號；就地模式下可進行開閥、關閥、ESD、PST(部分行程測試)等操作；設置模式下可根據使用需求進行參數設置。此外，還具有減速接近、斷電閥位反饋、斷電手動操作等功能?；馂臅r防火泄壓閥內的感溫元件感溫泄放，結合系統液壓設計使執行機構油路自動聯通從而關斷閥門，滿足油庫防火需求。

在對東營港的電液執行器裝配及試驗調試過程中，會遇到不同類型的問題和難題，這些問題輕則影響產品裝配進度，重則影響產品性能，或導致某項性能失效。針對這些典型問題，本文給出了解決方法和解決措施，很好完成了東營港電液執行器的裝配調試任務。

目前生產電液執行器的廠家，做得比較好的有西安航天動力研究所。其產品各項性能優良，調節型產品精度達到國外先進水平。本文就該研究所生產的電液執行器產品現場裝配調試的問題，進行總結梳理，為后續的大批量生產打下良好的基礎，積累豐富的經驗。

1 國內外研究現狀

在工業過程控制領域中，起到主導及重要組成部分的零部件就是執行器，依靠其功能強大、可控范圍廣和依賴性強的優勢，對整個過程起著決定成敗的作用。目前，工業過程控制領域中廣泛采用的執行器主要實現開關動作和調節功能，從而控制過程工藝參數。對于國內來說，雖然大部分企業已經實現國產化，但是很多的關鍵零部件及重要組成部分和技術仍舊采用國外引進策略。國內執行器的缺點仍舊很明顯，其產品整體性能和技術指標還達不到國外的平均水平，尤其是在開關型產品的研制與生產。而國外的很多家公司都研制并生產了具有ESD功能的開關型電液執行器，如：德國法奧克SHE系列緊急關斷執行機構、英國Rotork公司EH系列電液執行器和美國koso公司Rexa電液執行器。

隨著國務院國資委對各個能源企業重點裝備國產化率的指標要求不斷提高，國產數個主流品牌在近年各行業新建工程項目中已逐漸替代了進口品牌。由于國家政策性的支持和相關工藝標準的強制改進，國內市場對開關型電液執行機構的整體需求持續增加，有一定研發能力的民企也陸續聯合中石油、中石化等央企陸續開發了此類產品(比如：恒春、天泰、中寰、特氟隆、艾羅、川儀)，憑借自身市場運作和成本控制優勢，均在新建和改造項目中取得較多應用業績。結合近期項目招投標情況分析，多家企業為了控制市場份額，采取低價競標策略，各品牌間已逐漸呈現出充分的競爭態勢，市場競爭激烈。

2 工作原理

開關型電液執行器的主要組成部分分為五個模塊，統一受控制箱來控制，模塊集成一體化設計，系統原理的構型如圖1所示，所有模塊都集成安裝在被驅動裝置上[2]。

圖1 開關型電液執行器系統原理框圖

整個控制系統的組成部件有很多，但主要的電氣元件有處理器和電源，在對于整個驅動裝置上來說，分成三種操作模式：遠程控制、就地和設置。其中遠程模式是對閥體進行整個開閥、關閥哥ESD操作，整個過程都是受SCADA操作系統控制；而就地模式主要受控于控制箱；設置模式主要輸出于使用者，可以通過外部操作來對ESD模式進行參數修改和設定。

液壓控制模塊是最為重要的組成部分，它的構成也有很多，其中包括液控換向閥、液控單向閥、平衡閥、減壓閥、電磁閥、調速閥及溢流閥。在液壓控制模塊中，需要不同的回路模塊進行調節，在這部分，有主回路和ESD回路兩個液壓控制。在液壓控制回路收到關閥時，在壓力的推動下，無桿腔內會逐漸被注入高壓油，而低壓油會回流至油箱內部，從而對閥體進行關閉動作，主要的作用力就是推動活塞桿的力。

執行模塊是反饋動作的模塊，主要的組成部分為單出軸雙作用油缸、位移傳感器和限位開關等，它的主要功能是轉換回路動作帶來的機械能，由于動作引起的位移，這將使得負載驅動軸實際位置發生變化，實時的傳送給控制系統，從而對電磁閥進行確認。

動力模塊的主要組成部分為交流電機、齒輪泵、手動泵、壓力開關和過濾器，主要的作用是對蓄能器部分進行充壓提供動力。當蓄能器的壓力低于壓力開關設定的最低壓力時，齒輪泵會收到來自點擊的信號，從而轉動輸出流量為蓄能器提供動力，當壓力達到高位限位時，電機停止轉動，動力模塊不再為蓄能器充壓。

蓄能模塊主要的組成部分為蓄能器、手動截止閥、壓力表及溢流閥等，主要的作用時為兩個回路進行蓄能，貯存液壓轉化來的勢能，當執行機構處在沒有運動的狀態時，動力模塊充壓，蓄能器保持高壓；而電磁閥收到打開或關閉油路連通時，蓄壓油箱中高壓液壓油進入液壓油缸，推動活塞桿直線運動，液壓油缸低壓腔液壓油流入油箱。

3 組件外觀、尺寸問題及解決措施

(1)在對各部分組件進行檢查時，發現SL070型號油缸和支架安裝孔錯位，蓄能器、油箱抱箍尺寸不合格、蓄能器抱箍架尺寸超差，以及液壓控制單元安裝板安裝孔小，無法安裝。針對以上問題，工藝、設計針對圖紙和現有工藝方案，編制檢驗作業指導書，確定抽檢比例，加強檢驗或外廠驗收。

(2)油箱為焊接件，內腔有焊瘤，飛濺等異物，若不清理干凈，則可能脫落，進入油泵或液壓系統，造成多余物，導致油泵卡滯或系統管路堵塞，使整個產品出現嚴重故障，甚至無法使用。為此，工藝人員設計專用工裝，對油箱進行吹砂、拋光和清洗，很好地清理了油箱多余物。

(3)外觀上支架組件中支架立板和上下板配合面部分金屬裸露，既容易銹蝕，又影響美觀。通過比對噴漆和噴塑的工藝優劣以及成本差異，最終確定采用噴塑工藝，可很好的解決了外觀和表面防護的問題。

4 深孔、相交孔去毛刺、拋光工藝改進

(1)隔爆管加工和液壓控制閥塊交叉孔會有少量的毛刺存在，針對這種問題，工藝人員設計了專用去毛刺工裝，利用旋轉拋光的原理，對各相交孔進行拋光，去除毛刺，圓滑過渡。此外，加強了檢驗和外廠驗收力度，并且擴大驗收比例，大幅度減少這種細小毛刺的產生；

(2)閥塊是電液執行器核心零件之一，是各種液壓管路和各種控制閥門的集成平臺，其上分布深孔、相交孔、細長孔等型面，在加工過程中，會產生較多的毛刺，特別是在相交孔處，這樣會影響零件的配合精度和裝配精度，如裝不進，接觸不良，產生導向誤差等。特別是自動裝配工序中的可裝配性，且影響配合界面的密封性，造成內泄。其次，孔口毛刺若去除不干凈，在液流的沖刷下脫落，產生多余物，會污染系統，甚至堵塞管路，導致設備故障；再次，若管路的各孔口存在不規則或銳邊現象，孔壁粗糙，則液壓系統在工作過程中，勢必流阻增大，產生振動、噪音、發熱、空化等現象，嚴重的會損壞設備，造成不可估量的損失。深孔、相交孔去毛刺、拋光一直是工藝界的難題，有多種工藝措施和方法，但各有優劣。針對閥塊的具體結構和生產現場的實際情況，我們使用電動打磨技術，運用專用拋光打磨工裝，對多種孔進行拋光打磨，既能有效去除毛刺，又對孔進行打磨和拋光，提高了孔壁光潔度，進一步提升了電液執行器產品液壓系統的流道表面質量和產品性能[3]。

5 裝配調試中的閥位指示改進與優化

安裝過程中，首先是安裝閥位指示桿和行程觸發片時，安裝完成后執行器動作發現觸發片會與執行器支架產生碰撞，于是將支架下固定板拆除，但閥門行程較大，觸發片會穿過上支架孔，同樣會產生碰撞；固定板由于噴漆，拆解非常費勁。對這個問題，想到了四種解決方案：一是將閥位指示桿粗細跟支架孔一樣大，用支架兩個孔做導向，使觸發片比指示桿小，在指示桿上下可調；二是將閥位指示桿粗細跟支架孔一樣大，在指示桿中間開長條貫穿槽，將行程開關滾輪更換成觸發桿穿過指示桿，再用兩個螺釘調節開關位置；三是將觸發片四方角做成圓角，在動作時容易過孔，但執行器動作有可能傾斜，使觸發片接觸不到行程開關；四是給現有的指示桿加裝豎直U型導向，開口朝向行程開關。

其次是給執行器控制箱增加24 V電源模塊，將PLC原有外部供電更改成內部供電；由于原有電線較短，線路凌亂，更改完成后線路更加凌亂。最后對產品進行執行器與閥門連接時，在連接過程中由于執行器空間有限，執行器與支架連接螺釘常用扳手無法進行擰緊操作，需要用套筒加長扳手進行操作。

6 結語

針對電液執行器在項目裝配調試過程中存在的尺寸超差、外觀掉漆、深孔、相交孔毛刺及拋光、閥位指示桿靈敏度不高、指示桿結構不合理等問題，開展了相關的工藝改進和提升工作。通過實踐摸索，研究了改進和優化措施，完善成熟了工藝解決方案，很好地解決了存在的問題，并為后續更大批量用于生產積累了豐富經驗。