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教你如何选择电站阀门电动执行器

文章出处:admin 人气:发表时间:2017-03-23 18:13

阀门电动执行器作为电动阀门的动力装置,直接影响着电动阀门的使用性能。作为电站自动控制的终端环节之一,电动阀门在电站中起着至关重要的作用,因而,阀门电动执行器的选择好坏将直接影响整个电厂的可靠性、安全性、经济性,甚至事关机组能否正常运行。
电动执行器
  电动执行器按其操作方式,分为迴转、直行程和角行程3种。以下就电站阀门电动执行器的选型谈一谈笔者的看法。
  根据所选阀门的使用的工况条件确定电动执行器是调节型的还是开关型的。我们知道通常情况下,电动调节阀采用的执行器多为调节型的;电动闸阀、截止阀等采用的执行器多为开关型的。但是阀门的类型并不是电动执行器选型的唯一决定因素,当我们在为一个电动阀门选择使用调节型还是开关型电动执行器时,该阀门在单位时间的使用频率决定了应该选择哪种电动执行器。例如,对采用远方手动操作控制的调节阀来说法,亦可以采用开关型的电动执行器。
  过去,电动执行器被严格地分为开关型电动装置和调节型的电动执行机构,因此我国至今仍有相应的国家标准对该类产品有着严格的定义和要求。但随着大量引进型、进口电动执行器进入市场以来,以及自动化水平的不断提高,电动执行器不断的向标准化,模块化、智能化转变,目前市场上的电动执行器主要有开关型电动执行器和调节型电动执行器。
  开关型电动执行器是过去常用的产品,如常州电站辅机厂的ZB系列、扬州电力修造厂的DZW 系列,均采用15min短时工作制,每h允许启动频率通常为100次,主要适用于要求不高,动作不频繁的两位制阀门上,由于它具有功率大、成本低、可靠性较好的优势,至今仍在电厂大量使用。近几年来,部分厂家也在老产品的基础上,相继延伸开发出一体化的电动装置,并根据需要能提供4~20mA 反馈电流信号,如常州电站辅机厂的ZB一体化系列等。尽管相对于老产品其价格有所提高,但为电厂提供了更多类型调节阀电动执行器。
  由于过去调节阀仅起调节作用,其前常设有截止阀,所以通常对调节阀的泄漏等级要求并不高,故为减少阀门动作需要的力矩采用平衡式结构,限于当时电动执行器的设计制造水平,因此调节型电动执行器通常为小功率的电动执行器。如自动化仪表十一厂的DKZ系列等。但随着对调节阀要求的不断提高,以及电站设计向大容量、高参数发展,原有的电动执行器功率已经不能满足要求,调节型电动执行器也逐渐开始采用大功率产品。主要品种为进口或采用引进技术设计制造,如扬州电力修造厂引进德国西门子SIPOS3技术生产的2SA35系列调节型电动执行器,上海自动化仪表十一厂引进英国ROTORK公司技术生产的M 系列调节型电动执行器,以及德国SIPOS公司(原属西门子公司)生产的SIPOS55系列,英国ROTORK公司的IQM 系列调节型电动执行器等。这些产品通常采用S4/S5工作制式,能满足电动执行器每h动作1200次的要求。具有自动化程度高、可靠性好、速度快、功能多、控制精度高等优点,是目前电厂调节型电动执行器的主导产品。
  与上述调节型电动执行器相对应,各进口或采用引进技术生产的厂家同时拥有它们的对应的开关型电动执行器,如扬州电力修造厂的2SA30系列,上海自动化仪表的A系列,以及德国SIPOS公司的SIPOS50系列,英国ROTORK公司的IQ系列开关型电动执行器等。这些产品也采用15min短时工作制,但能满足电动执行器每h启动600次的要求。它们也同时拥有自动化程度较高、可靠性好、功能多、控制精度较高等优点,但成本可大幅下降,同时也是目前电厂开关型电动执行器的主导产品。
  值得注意的是,目前国内很多进口电动执行器的代理商采用在开关型电动执行器上添加控制单元,使之由原来的开环控制转换为闭环控制,在控制部分上达到与调节型电动执行器完全一致,并作为调节型电动执行器销售。我们对进口开关型电动执行器与调节型电动执行器作了个比较:
  (1)电机功率相同情况下调节型电动执行器输出力矩小于开关型电动执行器。
  (2)加工精度及定位精度调节型电动执行器大于开关型电动执行器。
  (3)连续工作时间调节型电动执行器大于开关型电动执行器。
  鉴于上述原因,以及国外厂家在价格定位上的不同,开关型电动执行器的价格要远小于调节型,采用这种经过改进的开关型电动执行器作为调节型电动执行器使用,能大幅度降低成本。如德国SIPOS公司的SIPOS50系列,英国ROTORK公司的IQ系列等都可以选用调节型控制部分。由于我国目前自动控制程度相对较低,在很多不需频繁操作参与调节,且控制精度要求不高的场合下,使用开关型电动执行器也无妨。需要指出的是,如果对调节阀使用情况不熟悉,或者该调节阀需要长时间频繁参与调节或者要求调节精度较高,建议还是使用正规调节型产品为好。
  在决定了执行机构工作方式后,我们需要根据实际需要选择必要的控制单元。对于开关型电动执行器来说主要需要考虑以下几点:
  (1)是否为一体化,即电动执行器不需要经过控制柜内的交流换向接触器就能直接采用控制信号驱动,是电动执行器的发展方向。
  (2)是否需要4~20mA反馈信号,即能够输出阀门实际位置的信号。
  (3)需要那些开关量输出信号,如阀门开关到位、故障信号等,以及这些信号为常开还是常闭接点。
  (4)是否为智能化,目前还没有严格的界定,通常认为应带有液晶屏,采用CPU 控制芯片,具有人机对话的软件界面。
  (5)对接收开关量控制信号的要求
  (6)执行器的死区范围
  (7)执行器需要的动力电源要求
  对调节型电动执行来说,除了需要考虑以上几点外,还应考虑是否需要4~20mA阀位给定信号,也就是阀门需要运行到的位置信号。一般来说调节型电动执行器均带有此项功能,只有少数要求采用开关量调节的电动执行器可以不需要提供此功能。接下来需要考虑的是选择执行机构需要输出的操作力,通常直行程电动执行器输出推力即阀门需要的推力,角行程电动执行器输出转矩即阀门需要的力矩(底座曲柄型连接除外,目前已不大使用,在此不详述),而多迴转电动执行器需要将执行器输出的转矩转换成阀门需要的推力,一般采用梯形螺纹,计算公式如下:
  T= 2M/(1000d×tan(α+ρ))
  T --- 输出推力(N)
  M--- 输出力矩(N•m)
  d--- 梯形螺纹中径(mm)
  α--- 梯形螺纹压力角α=ATAN(s/IId)
  ρ--- 梯形螺纹摩擦角ρ=ATAN(f)
  s--- 梯形螺纹螺距(mm)
  f --- 梯形螺纹摩擦系数
  需要注意的是必须考虑梯形螺纹摩擦系数f,在不同情况下可以是静摩擦系数,也可能是动摩擦系数。因此我们在计算阀门需要的最大推力时必须根据阀门结构和运行的具体情况考虑此时梯形螺纹摩擦系数取值,考虑阀门冷热态实际情况应留有一定的余量,避免出现执行器输出转矩不够的情况。全程动作时间也是执行器选择的一个重要方面,一般来说各个厂家都有自己的常规转速,应尽量选择常规转速产品,它的大致计算方法如下:
  直行程全程动作时间(s)=行程(mm)/ 执行器速度(mm/s)
  多转式全程动作时间(s)=行程(mm)×60 / 螺距(mm)/ 执行器转速(r/min)
  角行程全程动作时间(s)=行程(o)/ 执行器速度(o/s)
  我们还必须考虑阀门与执行器接口的问题,由于过去我国的电动执行器有自己的标准接口,与国际标准不同,造成了目前市场上电动执行器接口的混杂,常用的有GB2920接口、GB12222接口、ISO5210接口、DIN3210接口等,尤其要注意的是目前很少有生产厂家能提供接口齐全的产品,加装过渡法兰是常用的解决办法,但在操作上应慎重,否则将导致阀门与执行器无法连接。因此若无特殊需要,新设计阀门可优先采用ISO5210接口,该接口有通用性较强。
  除此之外,同时我们还要考虑执行器是否采用防爆型、户外型、防护等级是多少、电机的绝缘等级等安全要求,在此恕不细述。
  随着我国电站自动化水平的不断提高,相信在不久的将来电站阀门和执行器会运用更多的新技术和新工艺,本文是笔者在电站阀门电动执行器选型上的一些经验体会,以供对电动执行器选配时参考,并作为以后设计和选用新型电站阀门的一个前瞻性探讨。

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