阀门电动执行机构故障诊断研究

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上位机要求调整。 规则 6 执行 机构行程 过程 中转矩 有较大 波
动, 判定为阀杆振动, 多由阀杆螺母、锁紧螺母松 动或紧固不当引起。
规则 7 某相无电压, 执行机构不动作, 判定 为失压。
规则 8 各相电 压正常, 执行机构正常动作, 但某相无电流, 温度传感器检测到阀门电机温度上 升, 可判定为运行中断相。
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K1 ) ) ) 阀杆下临界柔度 K2 ) ) ) 阀杆上临界柔度 R1 ) ) ) 阀杆压应力比较值
R1= ( a- bK) / n a 、b ) ) ) 与阀杆材料有关的系数 n ) ) ) 安全系数 取样器阀芯的计算与取样阀阀杆相同, 取样器 操作手柄的操作力 [ 150 N, 移动距离 [ 200 mm, 并具有限位功能, 活塞杆拉力 [ 150 N。 在线装置的取样阀能自动可靠的关闭, 其阀座 由具有较低的必需密封比压的材料制成, 密封性能 好。取样器与取样阀间能在取样时可靠的密封, 保 证样品不泄漏。取样器与取样阀能简单快速的连接
图 1 闸阀转矩特征
图 2 蝶阀转矩特征
从各类阀门转矩特征分析可以看出, 每种转矩 特征曲线对应着相应的故障类型, 通过监视转矩特 征曲线, 不但可以判定阀门电机本身的常见电气类 故障, 而且可 以诊断阀门执行 机构的机械结 构损 伤、润滑条件和密封填料的状态, 对阀门电动执行
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机构各方面工作状态提供整体的评估。 3 故障自诊断
Fra Baidu bibliotek
Abstract: Analyzing diff erent t ypes of valves. torque prof ile, a result is reached t hat t he torque characterist ic is t he import ant basis of t he fault- diagnosing . And a met hod of fault- diagnosing which can figure out many kinds of elect rical and mechanical trouble based on torque is present ed in t he paper. Key words: elect ric act uat or of valve; torque; fault- diagnosing
作者简介: 杨波 ( 1977- ) , 男, 安徽凤阳人, 讲师, 从事电机控制的研究。
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闭所需转矩将增大。 213 蝶阀
蝶阀中的转矩组成主要有轴承摩擦、阀杆密封 件摩擦 ( 一般为恒定值) 、阀座封闭填料摩擦及运 行过程中流体对蝶板的压力。因为蝶阀的蝶板在液 体流中央, 流体压力的作用较为明显。当蝶阀的整 个行程中转矩增大时, 说明轴承出现了问题。如果 阀座或阀体损坏, 阀门即将关闭和开启时的转矩出 现异常。流体的流速、粘稠度和温度等的变化会影 响行程中的动态转矩, 这种转矩变化并不表示该阀 的本身存在问题 ( 图 2) 。
定制电 机, 造价 较 高, 通 用 性较 差。文 献 [ 6] 、 [ 7] 在电机数学模型的基础上, 采用坐标旋转及磁 场定向的方法辨识电磁转矩, 并分别进行了一些简 化计算, 只需测量电机三相定子电压及端电流, 结 合电机铭牌参数即可在非接触的情况下辨识出电磁
转矩。无机械传感器, 可应用于普通电机。由于电 机三相定子电压及端电流是大多数现代智能化电动 执行机构所必须监测的量, 所以通过转矩辨识的方 法在不增加成本的基础上实现了转矩测量, 因而具 有良好的发展前景。 5 结语
( 2) 模糊推理机实现故障诊断的逻辑推理。 ( 3) 知识获取模块 实现对知识库 的修改、添 加、删除等功能。知识获取的途径有两种, 正向途 径为专家知识, 反馈途径为从实时数据库来的实际 运行效果。 ( 4) 实时数据库实时存储诊断所需的参数、执 行器的故障现象、推理的中间结果等。 ( 5) 历史数据库包括电动执行机构首次正常运 行时的转矩特征, 以及执行器相关的许多参数, 如 执行器型号、电机类型等。通过该数据库可获得诊 断所需的一些必要参数。 312 推理机诊断规则 根据专家知识和电动执行机构运行经验总结, 可制定出诊断规则及处理方案 ( 以闸阀为例) 。 规则 1 力矩达到堵转转矩, 阀位传感器检测 无动作, 且持续一定时间, 则电动执行机构堵转, 微处理器应立 即发出指令停止阀门电 机并报上位 机, 同时在机旁 L CD 上显示 / 堵转0。 规则 2 阀门电机正常运转, 但检测到空载转 矩, 阀位传感器检测无动作, 且持续一定时间, 判 定为电机空转。执行机构不动作故障, 多为离合器 偏心环磨损或阀杆螺母螺纹磨损造成的故障。 规则 3 阀门在关闭时转矩增大且出现明显波 动, 判 定为阀座损坏, 可能关闭 不严, 有 少量泄 漏, 报上位机要求立即检修, 并协调周围执行机构 的动作。 规则 4 检测到关闭阀门 所需转矩明显增加, 判定为润 滑条件恶化, 可能关闭不严, 有少量泄 漏, 报上位机要求立即检修, 并协调周围执行机构 的动作。 规则 5 检测到力矩特征曲线整体比历史纪录 高, 执行机构动作正常, 判定为密闭填料过紧, 报
规则 9 微处理器开启控制指令, 检测到负转 矩, 阀位传感器检测关闭动作, 判定为电动阀门执 行机构相序接错而反转, 使执行状况与指令不符, 微处理器应立即控制接触器将相序反接, 实现相序 同步。
以上规则包含了电动执行机构常见故障, 在实 际运行中, 通过正向通道和反馈通道, 知识获取模 块会将新的规则加入知识库, 不断完善该诊断系统 的诊断功能。 4 无机械传感器转矩辨识
152 王桂红, 王兆东. 阀门电动装置常见故障及其预防 1J2. 阀 门, 1998, ( 3) : 27- 28.
162 杨 波, 王 金 全, 等. 电 动 阀门 的 转 矩 辨 识和 智 能 化 研 究 1J2. 阀门, 2005, ( 5) : 15- 18.
172 Z. H . K ulski. A Novel A pproach t o Elect romagnetic Torque Ident ificat ion Problem in Current - f ed AC D rive 1 C2. 0 7803- 1859- 5/ 94, 1994IEEE. ( 收稿日期: 20061 091 01)
通过无机械传感器转矩辨识转矩, 结合其他运 行参数, 提出的故障诊断方法不但可判定电气类故 障, 还可判定执行机构的机械类故障, 分析润滑条 件等, 扩大了诊断故障类型的范围, 完善了保护功 能, 提高了自动化控制系统的安全性能。
参考 文献
112 薛辉. IQ 系列智 能型 电动 头 在核 电站 的应 用和 维修 1J2. 华东电力, 2003, ( 8) : 40- 41.
摘要 分析了多种类型阀门的转矩特征及对应的故障, 提出了以转矩为基础, 结合多种参
数, 判定故障类型的自诊断系统, 该系统可诊断多种电气及机械故障。
关键词 阀门电动执行机构; 转矩; 故障诊断
中图分类号: TP15
文献标识码: A
Study on fault-diagnosing for electric actuator of valve
211 闸阀 闸阀在即将关闭和开 启时, 力矩 特征比较 特
殊。当阀门即将关闭时, 闸板上受到的流体压力不
断增大, 当闸板楔入阀座时, 闸板与阀座间的摩擦 力剧增与流体压力形成合力, 使所需转矩不断增大 直至阀门关闭。当阀门开启时, 流体压力有助于阀 门的开启, 阀门电机输出力矩逐渐减小。在部分打 开至完全打开过程中, 转矩主要是由蜗轮螺杆间的 摩擦力和填料上的摩擦力组成, 力矩相对平稳 ( 图 1) 。
阀门电动执行机构输出的力矩可以分解成 6 个 主要的部分。 ¹ 阀门密封或填料摩擦力。 º 蜗轮、 蜗杆间的摩擦力。 » 阀座摩擦力。 ¼流体对阀瓣的 动态压力。 ½ 阀杆和阀门轴承上的力矩。 ¾阀门运 行中的摩擦力。这些力的大小与阀门的类型有关。
例如, 在蝶阀运行中的摩擦力可以忽略, 而在润滑 柱塞阀中则占了相当的比例。通过长期测试, 得到 了不同类型阀门转矩特征。
故障诊断过程中, 能否实时准确的获得转矩参 量显得尤为重 要。传统的转 矩传感器, 如 JCZ 智 能转矩转速传感器及 JN338 系列智能数字式扭矩 传感器等, 不适宜安装在空间狭小的电动执行机构 内部, 且需要经常校对, 对电动执行机构的密封性 极为不利。ROT ORK 公司 的 IQ 系列 产品采用 了 在电机气隙内安装磁通传感器, 同时测量电机端电 流, 通过 转矩 计算式 T = 7 # i , 得 到电 磁转矩。 此方法计算精度较高, 无机械传感器, 但需要特殊
) 36 ) 文章编号: 1002- 5855 ( 2007) 01- 0036- 03
阀
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2007 年第 1 期
阀门电动执行机构故障诊断研究
杨 波1, 王金全2 , 刘启国1 ( 11 海军蚌埠士官学校, 安徽 蚌埠 233012; 21 解放军理工大学工程兵工程学院 , 江苏 南京 210007)
与拆卸, 其旋转角度应 [ 45b。 4 结语
由于吸管式在线取样阀组能保证取样和分析完 全与外界隔离, 特别在一些易燃、易爆、易挥发和 有毒等介质的取样中, 具有其优越的可靠性, 更加 符合人们对环保的需求。同时, 随着批量生产和加 工技术的成熟, 该产品的加工成本和材料成本也必 然会得到降低, 从而大量取代由闸阀、截止阀和球 阀等改制的普通取样阀。
1 概述 阀门电动执行机构是工业控制自动化系统中的
重要的执行器, 随着微电子技术和传感器技术的发 展, 其智能化水平不断提高。通过在阀门机构上装 载附加传感器, 由微处理器在运行中连续监测系统 运行参数, 使得阀门电动执行机构的自诊断成为可 能。故障诊断离不开信息的获取, 对阀门电动执行 机构来说, 转矩等信息是故障判定的重要依据。 2 分析
在分析转矩基础上, 综合电压、电流、阀位和 温度等参数, 进行故障类型自诊断。 311 故障诊断专家系统
故障诊断专家系统由知识库、模糊推理机、知 识获取模 块、实时数据 库、历史数据 库等部分组 成。
( 1) 知识库用于存储知识, 在知识库中, 经验 知识都是以规则形式进行描述的, 根据不同类型的 电动执行机构建有不同的知识库。
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YANG Bo1, W ANG Jin- quan2, L IU Q-i guo1
( 1. Beng Bu naval petty officer academy, Beng bu 233012, China; 2. eng ineering Institute of Engineer Corps, PLA Univ . of Sci. & T ech. , Nanjing 210007, China)
如果阀座上的密封填料性能下降, 转矩特征曲 线在关闭区附近会出现小幅震荡。如果阀的底座出 现磨损变形或润滑条件恶化, 则关闭阀门所需转矩 明显增加。 212 球阀
对球阀转矩影响的主要因素有蜗轮与蜗杆间的 摩擦力、O 形密封圈、阀杆密封件摩擦力和关闭或 开启的过程中球形封闭元件在底座上的摩擦力等。
蜗轮、蜗杆间的摩擦力通常是恒值, 因为在行 程中它是球体在阀座上的摩擦力, 但是在关闭和开 启过程中, 球体在阀座上的摩擦力显著增加, 这是 因为在流体压力的作用下, 促使球体和阀座紧密结 合, 提供密封。如果球体或阀座有刮伤或凹痕, 关