閥門(mén)電動(dòng)裝置及其選用要點(diǎn)
閥門(mén)電動(dòng)裝置(以下均稱(chēng)“電動(dòng)裝置”)的基本功能是完成截斷類(lèi)閥門(mén)的驅動(dòng)與控制，如：閘閥、截止閥、球閥、蝶閥等閥門(mén)的啟閉。
閥門(mén)與電動(dòng)裝置通過(guò)選配組合成為電動(dòng)閥門(mén)，廣泛地應用于各工業(yè)領(lǐng)域的管道系統。作為管道系統控制單元，電動(dòng)裝置與閥門(mén)的正確匹配及其合理使用是電動(dòng)閥門(mén)產(chǎn)品設計性能的保證。
據掌握的情況，目前無(wú)論國內還是國外，閥門(mén)與電動(dòng)裝置分別由不同廠(chǎng)家制造，而兩種產(chǎn)品的組合(亦稱(chēng)“成套”)多由閥門(mén)制造廠(chǎng)完成，一定意義上電動(dòng)裝置屬于閥門(mén)的配套產(chǎn)品�；谶@種情況，根據閥門(mén)的型式和技術(shù)參數(諸如結構、壓力、口徑、溫度、閥桿與連接尺寸、啟閉時(shí)間、環(huán)境條件等等)對電動(dòng)裝置進(jìn)行選型是必需的程序。另外，電動(dòng)閥門(mén)在調試和使用中的一些問(wèn)題又多體現在電動(dòng)裝置上，它說(shuō)明電動(dòng)閥門(mén)具有不同于其它通用設備的特殊性。
1、電動(dòng)閥門(mén)技術(shù)參數的確定及制造過(guò)程
電動(dòng)閥門(mén)的技術(shù)參數取決于管道系統的技術(shù)要求。
圖1給出了電動(dòng)閥門(mén)從技術(shù)參數的確定到完成制造交付使用的一般程序。
圖1 電動(dòng)閥門(mén)的技術(shù)參數
由圖1可見(jiàn)，首先是(1)電動(dòng)閥門(mén)用戶(hù)委托設計院所完成管道系統設計(其中包括電動(dòng)閥門(mén)技術(shù)要求)；(2)設計院所將設計數據與相關(guān)說(shuō)明反饋電動(dòng)閥門(mén)用戶(hù)；(3)電動(dòng)閥門(mén)用戶(hù)依據技術(shù)要求向閥門(mén)制造商招標采購電動(dòng)閥門(mén)；(4)閥門(mén)制造商按技術(shù)要求進(jìn)行電動(dòng)裝置選型并向電動(dòng)裝置制造商采購電動(dòng)裝置；(5)電動(dòng)裝置產(chǎn)品交付閥門(mén)制造商；(6)電動(dòng)閥門(mén)在閥門(mén)制造商工廠(chǎng)進(jìn)行成套試驗后交付用戶(hù)(由安裝公司實(shí)施安裝)。
實(shí)踐證明，在上述環(huán)節中有幾處容易出現問(wèn)題并影響電動(dòng)閥門(mén)的性能。
a)閥門(mén)制造商是否能完全理解技術(shù)要求(主要是電控要求)并將其清晰地傳達給電動(dòng)裝置制造商，它屬于選型問(wèn)題之一，涉及到電動(dòng)閥門(mén)的功能問(wèn)題。
b)電動(dòng)裝置制造商是否提供合適的電動(dòng)裝置(主要是產(chǎn)品的動(dòng)力參數)與電動(dòng)閥門(mén)組合程序是否合理，它屬于成套問(wèn)題。
c)電動(dòng)閥門(mén)的安裝程序是否合理，它屬于使用問(wèn)題之一。
這些問(wèn)題從不同方面說(shuō)明了電動(dòng)裝置的特殊性。
2、電動(dòng)裝置選用涉及的內容
一般情況，電動(dòng)裝置的選型涉及以下方面：型式、動(dòng)力參數、連接型式與尺寸、控制功能、防護性能等。
2.1、型式選擇
由于被驅動(dòng)控制的閥門(mén)工作時(shí)其閥瓣運動(dòng)形式不同，所以電動(dòng)裝置分為“多回轉型”和“部分回轉型”。
多回轉電動(dòng)裝置—輸出軸向閥門(mén)傳遞動(dòng)力時(shí)，其單方向行程(閥門(mén)全開(kāi)—全關(guān)，或全關(guān)—全開(kāi))至少旋轉一圈。這種電動(dòng)裝置又可分為轉矩型和轉矩推力型，轉矩型工作時(shí)其輸出軸只向閥門(mén)傳遞轉矩，而轉矩推力型的輸出軸不僅傳遞轉矩還要承受閥桿的軸向推力。
多回轉電動(dòng)裝置用于驅動(dòng)控制閘閥、截止閥類(lèi)即閥瓣工作時(shí)直線(xiàn)運動(dòng)且閥桿多圈回轉的閥門(mén)。圖2所示為電動(dòng)閘閥，圖3所示為電動(dòng)截止閥。
圖2 電動(dòng)閘閥
圖3 電動(dòng)截止閥
部分回轉電動(dòng)裝置—輸出軸向閥門(mén)傳遞驅動(dòng)力時(shí)，其單向行程旋轉少于一圈(通常為90°)。部分回轉電動(dòng)裝置一般只向閥門(mén)傳遞轉矩而不承受閥桿的推力。
部分回轉電動(dòng)裝置用于驅動(dòng)控制球閥、蝶閥、旋塞閥等閥瓣工作時(shí)部分回轉的閥門(mén)。圖4所示為電動(dòng)球閥，圖5所示為電動(dòng)蝶閥。
圖4 電動(dòng)球閥
圖5 電動(dòng)蝶閥
因此，當閥門(mén)為閘閥、截止閥類(lèi)時(shí)應選擇多回轉電動(dòng)裝置，當閥門(mén)為球閥、蝶閥類(lèi)時(shí)應選擇部分回轉電動(dòng)裝置。
2.2、動(dòng)力參數選擇
本項選擇的標準是所選電動(dòng)裝置能否保證被驅動(dòng)閥門(mén)啟閉動(dòng)作的可靠。如果電動(dòng)裝置的輸出轉矩超過(guò)閥門(mén)所需轉矩值較大，它不僅造成浪費，更主要是一旦控制失效會(huì )損壞閥門(mén)引起嚴重后果。反之，如果輸出轉矩小于閥門(mén)所需轉矩，則造成閥門(mén)啟閉困難。
動(dòng)力參數的選擇還包括輸出轉速，因為電動(dòng)裝置輸出轉矩一定，轉速的變化帶來(lái)電動(dòng)機功率的變化。輸出轉速不同使閥門(mén)的啟閉時(shí)間不同。
JB/T8528-1997普通型閥門(mén)電動(dòng)裝置技術(shù)條件，對產(chǎn)品的動(dòng)力參數規定：
公稱(chēng)轉矩(Mr)—電動(dòng)裝置設計的給定值，是產(chǎn)品允許承受的最大轉矩。
公稱(chēng)推力(Tr)—電動(dòng)裝置輸出軸線(xiàn)方向允許承受的最大推力，它是產(chǎn)品設計的給定值。
起動(dòng)轉矩(Mst)—不包括傳動(dòng)系統的錘擊效應和運動(dòng)間隙，輸出軸被鎖定且行程與轉矩控制機構均不起作用時(shí)起動(dòng)電動(dòng)裝置得到的輸出轉矩值。
最大轉矩(Mmax)—不包括傳動(dòng)系統的錘擊效應和運動(dòng)間隙，在行程與轉矩控制機構均不起作用時(shí)電動(dòng)裝置運行中逐漸加載直至停止轉動(dòng)得到的輸出轉矩值。
實(shí)際試驗中，Mst和Mmax基本相同，但前者為靜態(tài)下的轉矩值而后者為動(dòng)態(tài)下的轉矩值，體現在閥門(mén)專(zhuān)用電機上的狀態(tài)則是“堵轉”。
控制轉矩(Mc)—在開(kāi)、關(guān)兩個(gè)方向轉矩控制機構所能調整的轉矩范圍值，因而它又分為“最大控制轉矩(Mcmax)”和“最小控制轉矩(Mcmin)”。
銘牌轉矩(Mn)—用戶(hù)要求即閥門(mén)所需的轉矩值。
在上述參數中，Mcmax≥Mn，產(chǎn)品出廠(chǎng)時(shí)設定：Mcmax=(1.0-1.3)Mn，標準規定要保證Mcmin≤0.5Mcmax。標準亦規定了Mst/Mn=1.3-1.8。在實(shí)際應用中允許出現Mn=Mr的情況。電動(dòng)裝置轉矩值的單位是N·m。
選用電動(dòng)裝置時(shí)應注意樣本中各機座給出的轉矩是Mr，所選的轉矩值即Mn應小于或等于它。當Mn確定后就可計算出Mst或Mmax的范圍，也就是電動(dòng)裝置可能出現的堵轉范圍，保證使用安全。
關(guān)于輸出轉速，電動(dòng)裝置樣本中一般給出標準轉速規格，但用戶(hù)也可根據管道工藝需要提出要求。建議盡量選擇標準規格和相對低的轉速，這樣不僅電動(dòng)機的功率較小，同時(shí)可降低某些閥門(mén)入座時(shí)的沖擊。
2.3、連接型式與尺寸
連接型式與尺寸是指電動(dòng)裝置與閥門(mén)的連接部位結構，這點(diǎn)對閥門(mén)制造商是重要的，錯誤的連接結構無(wú)法使閥門(mén)和電動(dòng)裝置連接。對于電動(dòng)閥門(mén)的用戶(hù)，了解本項內容有助于電動(dòng)裝置備品備件的選擇。
由于歷史原因，目前我國電動(dòng)裝置與閥門(mén)的連接型式還不完全統一，這在選型中應給予注意。多回轉電動(dòng)裝置的連接型式主要是以下幾種：
(1)符合GB/T12222-2005多回轉閥門(mén)驅動(dòng)裝置的連接，該標準規定了扭矩推力型和扭矩型電動(dòng)裝置的法蘭和輸出軸的連接型式。其法蘭代號按公稱(chēng)轉矩和推力區分從F07-F40。
(2)根據GB/T12222-2005標準法蘭設計的牙嵌式輸出軸、花鍵孔或單鍵孔輸出軸等連接型式，原理是扭矩型。
(3)JB2920-1981閥門(mén)電動(dòng)裝置型式、基本參數和連接尺寸中“Z型”連接型式。該標準規定了扭矩型牙嵌輸出軸和法蘭尺寸。
(4)傳統方形法蘭牙嵌輸出軸扭矩型連接型式和尺寸。
部分回轉電動(dòng)裝置的連接型式主要是以下幾種：
(1)GB/T12223-2005部分回轉閥門(mén)驅動(dòng)裝置的連接，該標準規定了不同輸出扭矩所對應的法蘭尺寸和輸出軸連接型式，法蘭代號F03-F60。
(2)JB2920-81中“Q型”的連接型式和尺寸。
(3)以對夾蝶閥為主的“吋制”連接尺寸。
(4)非標連接型式，如LimitorqueHBC蝸輪減速器的連接尺寸。
選型應注意的問(wèn)題：
(1)所選多回轉電動(dòng)裝置的法蘭與輸出軸型式、尺寸是否與被驅動(dòng)閥門(mén)法蘭、閥桿、閥桿螺母牙嵌統一，輸出軸內孔尺寸是否能通過(guò)明桿閥門(mén)的閥桿。
(2)所選多回轉電動(dòng)裝置為扭矩推力型時(shí)，應在電動(dòng)閥門(mén)成套前取出位于輸出軸內或推力座內的閥桿螺母按閥桿螺紋配作加工其內螺紋。
(3)所選部分回轉電動(dòng)裝置的法蘭是否與被驅動(dòng)閥門(mén)法蘭型式與尺寸統一，其輸出軸的最大內徑與深度是否滿(mǎn)足閥桿尺寸要求。
(4)一般情況在部分回轉電動(dòng)裝置訂貨時(shí)應提出閥桿尺寸與配合公差、閥桿連接平鍵還是花鍵、單鍵還是對鍵或90°分布、鍵與閥門(mén)終端位置的關(guān)系等。
2.4、關(guān)于電動(dòng)裝置控制功能
電動(dòng)裝置涉及控制功能的機構有以下部分，即：行程控制機構、位置指示機構、轉矩控制機構。這些機構有的要在產(chǎn)品出廠(chǎng)前進(jìn)行設定，有的需要在電動(dòng)閥門(mén)成套時(shí)進(jìn)行調試。根據需要提供的電器附件也會(huì )不同程度增加產(chǎn)品的功能，因而電動(dòng)裝置的控制功能的“簡(jiǎn)單”或“齊全”主要體現在它的相關(guān)電氣配套件上。在了解電動(dòng)裝置的控制功能前也需清楚“傳統控制”與“智能控制”型式的主要不同點(diǎn)。
所謂“傳統控制”型式是指完全依據JB/T8528-1997標準，電動(dòng)裝置內置的行程與轉矩機構為電觸點(diǎn)控制，位置指示用可變電阻實(shí)現連續電流信號輸出，驅動(dòng)電動(dòng)機為單一轉速。“智能控制”型式是指在依據JB/T8528-1997標準有關(guān)規定的基礎上，電動(dòng)裝置內置傳感器、微處理器、信號轉換放大模塊等實(shí)現基本功能控制，同時(shí)還具備故障自診斷、運行數據記錄、人機對話(huà)和現場(chǎng)組態(tài)等功能。在具體應用上，“傳統控制”產(chǎn)品需要打開(kāi)箱罩進(jìn)行調試，而“智能控制”是以非侵入式磁開(kāi)關(guān)或遙控器進(jìn)行產(chǎn)品設定或調試。
實(shí)踐應用證明，“智能控制”型的電氣控制功能齊全，它是我國近十年來(lái)適應各工業(yè)領(lǐng)域控制技術(shù)快速發(fā)展的電動(dòng)裝置產(chǎn)品，使用方便，具有很大優(yōu)勢。但較大轉矩規格受到限制，一些相對惡劣的工作環(huán)境還不能完全適應。“傳統控制”型產(chǎn)品選用得當，可獲得較好的性?xún)r(jià)比，在惡劣工作環(huán)境中使用有較高的可靠性。選用何種型式的產(chǎn)品要根據電動(dòng)閥門(mén)的重要性、控制要求、工作環(huán)境等具體分析確定。
以下為“傳統控制”型電動(dòng)裝置控制功能選型應注意的問(wèn)題：
(1)除閥門(mén)終端位置行程控制觸點(diǎn)外(標準配置一般為開(kāi)關(guān)方向各一個(gè)常開(kāi)、一個(gè)常閉觸點(diǎn))是否還需要終端行程無(wú)源觸點(diǎn)。如果需要應提出觸點(diǎn)數和狀態(tài)。
(2)是否需要閥門(mén)在行程中某一位置的無(wú)源觸點(diǎn)，如果需要應提出觸點(diǎn)數和狀態(tài)。
(3)除轉矩開(kāi)關(guān)控制觸點(diǎn)外(標準配置一般為開(kāi)關(guān)方向各一個(gè)常開(kāi)、一個(gè)常閉觸點(diǎn))是否需要無(wú)源觸點(diǎn)，需要應提出觸點(diǎn)數。
(4)應提供被控閥門(mén)全行程轉圈數，以便配置電動(dòng)裝置位置指示機構速比，同時(shí)說(shuō)明是否需要閥門(mén)位置電流變送器(VOT)以提供標準的閥位反饋信號(常用4mA-20mA)。
(5)是否需要整體型控制，即控制組件與主機一體(有時(shí)也稱(chēng)一體化控制)。
(6)當電動(dòng)裝置為整體型時(shí)，還應說(shuō)明是否需要鑒相、斷相、自動(dòng)換相等功能，因為這些功能通常不是標配。
(7)當電動(dòng)裝置需要調節功能時(shí)，應注意被控閥門(mén)的調節頻率以確定電動(dòng)機的制式或判斷閥門(mén)專(zhuān)用電動(dòng)機能否適用。
(8)是否需要加裝數字通訊接口，如現場(chǎng)總線(xiàn)等功能。
值得提出的是，閥門(mén)電動(dòng)裝置與符合JB/T8219-1999工業(yè)過(guò)程測量和控制系統用電動(dòng)執行機構，具有完備調節功能的“電動(dòng)執行機構”有本質(zhì)上的差異，盡管實(shí)際應用中兩者的技術(shù)出現相互交叉的現象。所以，要在充分了解JB/T8528和JB/T8219的基礎上明確兩種產(chǎn)品的不同之處，以保證選用正確。
對于“智能控制”型電動(dòng)裝置除數字通訊接口、調節功能外，上述其它功能多為標準配置。
2.5、關(guān)于防護性能
電動(dòng)裝置的防護問(wèn)題主要涉及以下方面，在產(chǎn)品的選用中應充分注意：
(1)關(guān)于戶(hù)外防護等級：國內電動(dòng)裝置的戶(hù)外防護等級IP65基本是標準配置，有的廠(chǎng)家已將IP67作為中小規格產(chǎn)品標配，必需時(shí)也能達到用戶(hù)對IP68防護的要求。不過(guò)，較大規格電動(dòng)裝置實(shí)現IP68防護比較困難。建議在了解使用工況的前提下合理選擇產(chǎn)品防護等級，因為過(guò)高防護等級會(huì )增加電動(dòng)閥門(mén)整體成本。
(2)是否需要防爆功能和需要的防爆等級：在爆炸性氣體環(huán)境中使用的電動(dòng)閥門(mén)需要電動(dòng)裝置具備防爆功能。由于電動(dòng)裝置的防爆型式均為隔爆結構，所以依據的標準是GB3836.1-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備第1部分：通用要求和GB3836.2-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備第2部分：隔爆型d”。由以上標準和使用的環(huán)境可知所需的產(chǎn)品防爆等級。目前，國內防爆電動(dòng)裝置的防爆等級多為ExdⅡBT4，有的可達到ExdⅡCT4或ExdⅡCT6。對于較大規格電動(dòng)裝置滿(mǎn)足ⅡC防爆要求是比較困難的，選用中應給予注意。
(3)電動(dòng)閥門(mén)應用在沿�；虺睗駞^域或使用在化工企業(yè)，環(huán)境中含有不同程度的腐蝕性氣體，這種工況對電動(dòng)裝置應有防腐要求。產(chǎn)品選型時(shí)應具體提出，以便電動(dòng)裝置生產(chǎn)廠(chǎng)家作相應的處理，如：產(chǎn)品涂漆工藝、外露金屬零件的材料等。
除上述外，產(chǎn)品在實(shí)際選用中還會(huì )遇到一些特殊的防護要求，如環(huán)境溫度超出標準范圍(-20℃-60℃)。它需要電動(dòng)裝置產(chǎn)品的鑄件材料、非金屬件材料、潤滑油脂、電氣組件、導線(xiàn)等都要有相應的變化，以適應工況要求。
3、電動(dòng)裝置的使用
電動(dòng)裝置能否做到正常使用涉及三個(gè)步驟：一是與閥門(mén)的成套；二是電動(dòng)閥門(mén)的現場(chǎng)安裝調試；三是日常維護。
3.1、與閥門(mén)的成套
與被控閥門(mén)連接成套之前應檢查相關(guān)內容，然后完成與閥門(mén)的連接調試：
(1)產(chǎn)品的手輪、切換手柄、接線(xiàn)箱、現場(chǎng)按鈕等相對薄弱部位不應有損壞，防爆產(chǎn)品更應檢查其控制箱罩、透明件等處不應有損壞。
(2)電控原理圖和接線(xiàn)圖是否與設計要求相同。
(3)產(chǎn)品的防護、防爆等級是否與合同要求統一。
(4)隨機文件是否齊全，產(chǎn)品的型號規格和銘牌轉矩是否與合同要求統一。
(5)輸出軸、法蘭型式和尺寸是否與閥門(mén)連接部位對應。
(6)確認產(chǎn)品的扭矩推力型或扭矩型，并確認是否適用成套閥門(mén)。
(7)與閥門(mén)的合理可靠連接(本項可詳細閱讀隨機文件)。
(8)電動(dòng)閥門(mén)終端行程位置精確調試與其它電氣控制功能的測試。
(9)電動(dòng)閥門(mén)帶壓檢測，應保證閥門(mén)的密封性能并應保證閥門(mén)在使用壓力下可靠開(kāi)啟或關(guān)閉，不能產(chǎn)生過(guò)載現象(過(guò)載體現在電動(dòng)裝置轉矩開(kāi)關(guān)動(dòng)作)。
(10)電動(dòng)閥門(mén)出廠(chǎng)前應將電動(dòng)裝置控制箱罩和接線(xiàn)箱罩緊固牢靠，保證整機密封。
3.2、電動(dòng)閥門(mén)現場(chǎng)安裝調試
(1)有些閥門(mén)主體相對電動(dòng)裝置較重，起吊電動(dòng)閥門(mén)時(shí)應注意其受力點(diǎn)不要選擇在電動(dòng)裝置上，保證安全。
(2)打開(kāi)接線(xiàn)箱罩、控制箱罩時(shí)其密封件和緊固螺釘不應丟失(注意：陰雨天氣的戶(hù)外不允許此項操作)。
(3)電纜進(jìn)線(xiàn)部位應密封可靠以保證產(chǎn)品的戶(hù)外性能，防爆產(chǎn)品更應按隨機文件要求處理好電纜進(jìn)線(xiàn)部位的壓緊與密封，保證產(chǎn)品的防爆性能。
(4)按產(chǎn)品端子接線(xiàn)對照表將電纜芯線(xiàn)可靠地接到端子板上，接線(xiàn)應牢固不允許裸露。電動(dòng)裝置內外接地必須可靠。
(5)無(wú)論電動(dòng)裝置的控制型式、功能如何，均應在通電試驗前手動(dòng)操作閥門(mén)的閥瓣離開(kāi)終端位置一段行程，然后通電檢查電源相序是否正確(控制方向與閥門(mén)實(shí)際運行方向一致)，以免造成控制錯誤損壞閥門(mén)。
(6)電控操作閥門(mén)開(kāi)關(guān)一個(gè)行程，檢查電動(dòng)閥門(mén)性能，同時(shí)檢查控制功能。必要時(shí)應進(jìn)行現場(chǎng)調試。
(7)確定電動(dòng)閥門(mén)性能滿(mǎn)足設計要求后將控制箱罩、接線(xiàn)箱罩及密封件裝好，保證產(chǎn)品的戶(hù)外性能。防爆產(chǎn)品的上述殼體件更應緊固可靠，保證防爆性能。
3.3、電動(dòng)裝置的使用
(1)產(chǎn)品上的現場(chǎng)開(kāi)關(guān)、指示窗玻璃、手/電動(dòng)切換手柄、手輪等不允許撞擊。
(2)長(cháng)期處于閥門(mén)某終端位置的電動(dòng)裝置應在工藝允許的前提下建立定期啟動(dòng)檢查的制度，保證電動(dòng)閥門(mén)需要動(dòng)作時(shí)工作可靠。
(3)電動(dòng)裝置的轉矩控制機構不允許任意調整。
(4)手動(dòng)操作電動(dòng)閥門(mén)時(shí)不允許在電動(dòng)裝置手輪處加力臂，因為手動(dòng)操作沒(méi)有保護，極易造成電動(dòng)閥門(mén)損壞。
(5)電動(dòng)裝置減速器中的潤滑脂一般不需要更換，但要定期檢查，發(fā)現油脂變質(zhì)或減少應更換或灌注，潤滑脂的性能應與使用的相同。
(6)電動(dòng)裝置自閥門(mén)取下維修后應重新標定動(dòng)力參數，裝到閥門(mén)上應重新調整或設定行程控制與位置指示機構。
(7)防爆零件損壞應向產(chǎn)品生產(chǎn)廠(chǎng)家索取，合格零件未裝上之前產(chǎn)品不具備防爆功能，不允許進(jìn)行電動(dòng)操作。
(8)妥善保管隨機文件和產(chǎn)品銘牌，以便在產(chǎn)品維修或更換時(shí)提供參考。
4、結語(yǔ)
閥門(mén)電動(dòng)裝置與管道系統的其它重要設備相比，雖然價(jià)值和技術(shù)含量較低，但該產(chǎn)品具有其特殊性，選用的合理與否會(huì )直接影響管道系統的正常運行和可靠。因此，電動(dòng)閥門(mén)用戶(hù)應當深刻了解電動(dòng)裝置的基本參數、選型程序和使用要求，對保證管道系統的安全性有所幫助。
