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===行业动态===  

介绍阀门电动装置的选择及安装连接方式

一、操作力矩操作力矩是选择阀门电动装置的最主要参数。电动装置的输出力矩应大于阀门操作过程中所需的最大力矩,一般前者应等于后者的1.2-1.5倍。因此,准确地掌握阀门所需的力矩是选择阀门电动装置的关键。然而,由于实际情况的复杂性,计算所得到的阀门力矩,误差往往都比较大;采用试验方法实测阀门的最大操作力矩时,又受到试验系统条件和设备的限制,也受到阀门本身结构形式多样性的限制,很难取得典型的数据。
  从目前情况来看,可以采用计算或实测的方法取得近似结果,然后,在选用电动装置时留有适当的裕度。
  以下定性地介绍各类阀门的操作力矩。
  (一)闸阀的操作特性楔式闸阀操作力矩特性:当阀门的开度在10%以上时,阀门的轴向力,即阀门的操作力矩的变化不大。当阀门的开度低于10%时,由于流体的节流,使闸阀的前后压差增大。
  这个压差作用在闸板上,使阀杆需要较大的轴向力才能带动闸板,所以在此范围内,阀门操作力矩的变化比较大。图中,实线表示刚性闸板闸阀操作力矩特性;虚线表示弹性闸板的闸阀操作力矩特性。从曲线看出,弹性闸板的闸阀,在接近关闭时所需的操作力矩比刚性闸板的要大些。
  闸板关闭时,由于密封面的密封方式不同,会产生不同的情况。对于自动密封闸阀(包括平板闸阀),在阀关闭时,闸板的密封面恰好对正阀座密封面,即是阀门的全关位置。但此位置在阀门运行条件下是无法监视的,因此在实际使用时是将阀门关至下止点的位置作为闸阀全关位置。由此可见,自动密封的阀门全关位置是按闸板的位置( 即行程)来确定的。对于强制密封的闸阀,阀门关闭时必须使闸板向阀座施加压力。此压力可以保证闸板和阀座之间的密封面严格地密封,是强制密封阀门的密封力。这个密封力由于阀杆螺纹的自锁将会继续作用。显然,为了向闸板提供密封力,阀杆螺母传递的力矩比阀门操作过程中的力矩大。由此可见,对于强制密封的闸阀,阀门的全关位置是按阀杆螺母所受的力矩大小来确定的。
  阀门关闭后,由于介质或环境温度的变化,阀门部件的热膨胀会使闸板和阀座之间的压力变大,反映到阀杆螺母上,就为再次开启阀门带来困难。所以,开启阀门所需的力矩比关闭阀门所需的力矩大。此外,对于一对互相接触的密封面来说,它们之间的静摩擦系数也比动摩擦系数大,要使它们从静止状态产生相对运动时,同样需施加较大的力以克服静摩擦力;由于温度变化,使密封面间的压力变大,需要克服的静摩擦力也随之变大,从而使开启阀门时,对阀杆螺母上需施加的力矩有时会增大很多。
  (二)截止阀的操作特性截止阀的操作力矩特性: 介质由阀门下部进入阀门内腔的关阀操作力矩特性。在阀门由全开位置开始关闭的阶段,随着阀瓣的下降# 流体在阀瓣前后造成压差,以阻止阀瓣下降,而且这个阻力随阀瓣下降而迅速增加。当阀门全关时,阀瓣前后压差等于介质工作压力,这时阻力最大。再加以强制的密封力,使阀门关闭瞬间的操作力增加很快。在阀门开启过程中,由于介质压力或阀瓣前后压差造成的推力都是帮助开启阀门的,所以开阀特性曲线的形状与图中曲线相似,但位于图中曲线的下方。应该指出的是,在开阀的瞬间的力矩有可能超过关阀时的力矩,因为此时要克服较大的静摩擦力。
  截止阀开启时,阀瓣的开启高度达到阀门公称直径的$’( % &)( 时,流量即已达到最大,即表明阀门已达到全开位置,所以截止阀的全开位置应由阀瓣行程来确定。截止阀关闭时的情况和关严后再次开启的情况与强制密封式的闸阀相似,因此,阀门的关闭位置应按操作力矩增加到规定值来确定。
  (三)蝶阀的操作特性蝶阀的操作特性: 蝶阀的操作力矩特性曲线是中间高、两端低。
  造成这现象的原因是,蝶阀在中间位置时,流体受蝶板的阻碍,绕过蝶板流动,会在蝶板两侧形成旋流,对蝶板形成一流水力矩,此力矩是迫使蝶板关闭的。随着蝶板的开启或关闭,流体在蝶板两侧造成的旋流的影响越来越小,直到旋流消失,这时蝶板受到的阻力也越来越小,因此形成中间高、两端低的特性曲线。至于阀门开启过程中的操作力矩比关闭过程中的大,其原因则是由于流体对蝶板造成的动水力矩始终是向着关阀方向的。
  非密封型蝶阀的最大操作力矩出现在中间位置,而密封型蝶阀的最大操作力矩出现在阀门关闭时,这是因为要附加上强制密封力矩的缘故。
  蝶阀的阀杆只作旋转运动,它的蝶板和阀杆本身是没有自锁能力的。为了使蝶板定位(停止在指定位置上),一种办法是在阀杆上附加一个具有自锁能力的减速器,在附加蜗轮减速器之后,可以使角位移增加到几十圈,而操作力矩却相应降低,这样可以使蝶阀的某些操作性能(如总转圈数和操作力矩)与其他阀门接近,便于配用电动装置。
  对于强制性密封的蝶阀,它的关闭位置应该按操作力矩升高到规定值来确定。
  (四)球阀的操作特性球阀的操作力矩特性: 球阀的操作力矩特性曲线与蝶阀的很相似,其原因也是由于流体在球体中流向改变时造成旋流的影响。旋流的影响随阀门的开启或关闭逐渐减小。
  球阀由全开到全关,阀杆的旋转角度为90%,球阀要设机械限位。球阀的开启位置和关闭位置都应按阀杆旋转角度来确定的,故球阀是按行程定位的。
  二、操作推力阀门电动装置的主机结构,一种是不配置推力盘的,此时直接输出力矩;一种是配置有推力盘的,此时输出力矩通过推力盘中的阀杆螺母转换为输出推力。输出力矩换算成输出推力时引入了阀杆系数的概念。输出力矩与输出推力之比称为阀杆系数。
  三、输出轴转动圈数电动装置输出轴转动圈数的多少与阀门的口径、阀杆螺距、螺纹头数有关,按下式计算:
  M = H / ZS式中 M—电动装置应满足的总转动圈数;H—阀门的开启高度,即阀门启闭件的全行程(mm);Z—阀杆螺纹的螺距(mm);S—阀杆螺纹头数。
  四、阀杆直径对于多回转类的升降杆阀门来说,如果电动装置允许通过的最大阀杆直径不能通过所配阀门的阀杆时是不能组装成电动阀门的,因此,电动装置空心输出轴的内径必须大于升降杆阀门的阀杆外径。对于部分回转阀门以及多回转阀门中的旋转杆阀门,虽不用考虑阀杆直径的通过问题,但在选配时亦应充分考虑阀杆直径与键及键槽的尺寸,使之装配后能正常工作。
  五、输出转速阀门的操作速度快,对工业生产过程是有利的。但操作速度过快容易产生水击现象,因此应根据不同的使用条件选择合适的操作速度。
  六、安装、连接方式(一)安装方式电动装置的安装方式有:垂直安装、水平安装、落地安装。
  (二)连接方式第四节 阀门电动装置的结构一、箱体阀门电动装置的箱体设计决定了它的防护性能,如可用于户外、防爆、防火等。通常箱体材料采用灰铸铁,防爆型产品的灰铸铁牌号不低于HT250。也有采用铝合金作为箱体材料的,其优点是重量轻,压铸的铝合金箱体外形美观。但铝合金箱体作为防爆产品有一定难度;另外,铝合金箱体电动装置的轴向推力应由铸铁制造的内置阀杆螺母的推力盘承担。
  二、传动机构阀门电动装置的传动机构起到减速器的作用,它将专用电动机的高速度降低为对阀门的操作速度。传动部分均采用齿轮传动机构,所选用的有以下几种:
  1.)圆柱齿轮传动;2.)蜗杆传动;3.)行星齿轮传动;4.)一齿差或少齿差齿轮传动;5.)摆线针轮传动;6.)谐波齿轮传动;7.)转臂丝杠传动。
  以下介绍几种主要传动机构的参数计算及强度校核。
  (一)圆柱齿轮传动渐开线圆柱齿轮传动的几何计算(二)蜗杆传动(1)蜗轮蜗杆参数选择。蜗杆传动是阀门电动装置中最常见的传动机构。
  (2)蜗杆的参数计算与强度计算。
  在多回转阀门电动装置中,常采用蜗轮蜗杆作为主传动,强度计算以蜗轮轮齿表面的接触强度为基础,弯曲强度进行校核.
  正常工作载荷下的许用接触应力。当以蜗轮蜗杆作为阀门电动装置的主传动时,按阀门的启闭工作性质,应该选取尖峰载荷的许用应力,否则电动装置的体积过大。
  (3)蜗杆传动的效率蜗杆传动作为阀门电动装置主传动时,它的效率在整个装置的效率中起着主导作用。
  (三)行星齿轮传动阀门电动装置常用的行星齿轮传动可以参考行星齿轮传动选择。
  根据上表确定行星齿轮传动中各齿轮基本参数之后,其余参数关系可按圆柱齿轮传动计算。
  (四)转臂丝杠传动转臂丝杠传动大多是上接多回转电动装置而构成较大输出力矩的部分回转电动装置。
  三、行程控制机构行程控制机构的种类有凸轮式、丝杠螺母式等。但最普遍采用的是计数器式。其特点是结构紧凑,控制行程的输出轴转圈数范围大,调整精度高。行程计数器与阀门的调整必须仔细进行.
  四、力矩控制机构力矩控制机构的作用是:①用于强制密封式阀门,控制阀门的关闭位置;②在电动装置出现过力矩故障时,及时切断电源,对装置起到保护作用。
  一种用于多回转电动装置的力矩限制机构。对于部分回转电动装置,由于二级减速多采用行星齿轮传动,有一种利用行星内齿轮被迫转动的力矩限制机构。
  五、开度指示机构电动装置的开度指示机构分装置本体上的现场开度指示和遥控时电气控制箱面板上的开度指示。开度指示由指针、刻度盘组成。但阀门电动装置上开度指示的特点是:
  1.)电气控制箱上的开度指示通常是用安装在装置本身上的绕线电位器的电阻值的变化控制指针显示出来的。
  2.)开度指示刻度盘上“开”、“关”的界限线必须是可以调节的,以便该电动装置适应不同口径阀门的需要。为此有多种不同的开度界限调整机构。
  现场开度指示、遥控开度指示必须调整到与阀门的实际开度一致。
  六、手电动切换机构阀门电动装置手电动切换以半自动为主。即在电动装置由电动操作改变为手动操作时要辅以人工操作进行切换;而由手动操作改为电动操作则是自动进行的。
  手电动切换分高速档切换和低速档切换两种。前者切换机构设置在转速比较高的蜗杆轴上,手动速比大,但手柄的切换力比较小。后者切换机构设置在转速比较低的输出轴上,一般手动输出速比为1:1,但切换力比较大,用在需要迅速以手动启闭阀门的情况。为了降低切换力,有的低速挡切换的电动装置,采用非自锁蜗杆降低切换力,克服低速挡切换的缺点。

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电动执行器能否可靠运行,能否在规定的时间内和规定的条件下完成规定的功能,关键在于它的性能指标。性能指标一般用平均无故障运行时间MTBF来表示,它包含基本误差、回差、阻尼、死区等参数。这些参数在某种程度上反映了电动执行器性能的好坏。
  运行初期属于磨合期。其间出现的故障比较复杂,原因也是多方面的,如选型问题、设计制造问题或者安装及环境问题等。若力矩选得太小则可能影响其调节速度甚至根本无法调节。
  实际应用中有以下几条:设计时未注意连杆与执行机构的牢固连接,出现脱落现象;安装时将动力线和信号线用同一根穿线管,从而造成信号干扰大;附近有未屏蔽的大电机设备,对电机的稳定运行产生影响;位置定位器的保险选型太大,造成其内部扼流线圈损坏等。对于这些问题,一定要及时观察,及时发现并处理,以免造成不必要的损失。
  运行中期,电动执行器的整体性能也由磨合期转入适应期,此时表现得较为稳定。出现的问题多是个别电子元器件存在质量问题。如位置电流变换器TAM2,中间接触器K1、K2,过力矩的微动开关等。
  进入运行后期,元器件的老化问题和传动部件磨损问题开始变得极为严重,如电机线圈老化造成绝缘降低,运行不稳;电机润滑不好使运行的稳定性下降;定位器的比较线圈老化或者位置电流变换它所带来的最重要的益处,就是能够在保持高效率的同时产生更强大的功率。电机的优势还体现在输电方面,主要是通过变速箱来实现,可以根据电动执行器的应用要求达到最佳效果。因此,液压系统向电动执行器的转换可在多种应用中提供高功率密度,简化了安装过程,减轻了车辆重量。
  如今,非公路应用中的电动执行器是专为应对苛刻环境设计的。铸件采用了有限元分析,以提高其荷载处理能力。电动执行器的设计不再采用模块化装配,而是将关键部件都集中在闭合式装置中,保护它们免受冲击和振动。多轴振动测试和分析证明了电动执行器能够在实际应用中承受机械载荷。电动执行器的优势还体现在,它不需要连接到电机控制器的线束,而是将连接器固定在外壳内,然后将控制系统电缆插入其中。这种方法提供了更好的封装效果,使电机连接免受损害。总之,目前非公路机械中采用的电动执行器的坚固性无论从哪方面来看都不亚于液压执行器。
  分析了这些错误认识之后,可以清楚地看到,电动执行器在许多非公路应用中比液压系统更具优势。电动执行器的坚固性在近几年已大幅提升,在耐用性和可靠性上不亚于液压传动装置。易受污染、温度波动等问题是使用液压系统时需要考虑的主要问题,电动执行器却不会受到这些问题的影响。电动系统的成本取决于实际应用,在单轴、双轴和多轴应用中通常要比液压系统的成本低。最后,如今的集成电动执行器的设计非常简便,可轻松将其安装在各种非公路设备中。

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