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電動執行機構的可靠性及維護保養

時間:2014-01-08 18:49來源:雷爾達(技術部) 作者:雷爾達(技術部) 點擊:
電動執行機構可分為直行程和角行程兩大類,它是自動控制系統中不可缺少的重要設備,其主要任務是將調節器送來的控制信號成比例地轉換成直線位移或角位移去帶動閥門、擋板等調節機構,以實現自動控制。因而廣泛用于電力、冶金、石油、化工等工業部門的自動控制

  近10年來,由于廣泛采用和吸收微計算機控制、微機械等新技術、新成果與成熟經驗,電動執行機構得到迅速發展,現已廣泛使用“微機+隨動系統”結構模式的微機型電動執行機構,由微處理器完成信號傳遞、調節參數切換、狀態指示、控制量的輸出,以提高調節性能、使用及維護保養等方面的靈活性。

  一電動執行機構的可靠性

  電動執行機構的可靠性是指它在規定的條件下、規定時間內完成規定功能的能力。

  “規定的條件”一般可概括為:

  (1)環境條件:指能影響電動執行機構性能的環境特性,如溫度、濕度、氣壓、磁場、機械沖擊、振動、粉塵等。

  (2)動力條件:指能影響電動執行機構性能的動力特性。

  (3)負載條件:指能影響電動執行機構性能的負載特性,如力矩、被控對象的類型與特性等。

  (4)使用和維護條件:電動執行機構的可靠性只有在使用中得以實現,并在維護中得到提高,對于使用和維護條件而言,首先要注意的是完善的使用和維護保養;其次是必須要求操作者達到相應的技術水平。

  “規定的條件”是電動執行機構可靠性定義中最重要而又最容易忽略的部分。不同條件下,其可靠性是絕然不同的,離開具體條件談可靠性將毫無意義。而“規定的功能”是表征電動執行機構完成任務的各參量,如力矩、開/關及時間、行程、不動時間、死區等。

  電動執行機構在壽命期內的可靠性變化規律是研究其可靠性的基礎,取決于早期失效、隨機失效及耗損失效。理論上常用可靠度(R)這一定量指標來表征設備的可靠性,它是指設備在規定條件和時間內完成規定功能的概率。為簡便直觀起見,電動執行機構行業在實際使用時,簡單地用平均無故障時間(MTBF)來表征可靠性的特征量,并作為代表電動執行機構可靠性的性能指標。

  電動執行機構的可靠性一般受下列主要因素的制約與影響:系統選擇與設計、元件/組件適用性、動作參數、機械構造、制造技術、裝配精確度、運行與維護人員能力、操作與維護程序、操作正確性、維護結果、現場裝配與施工條件、備品性能的退化、運輸及使用影響等。

  為使電動執行機構具有眾多功能與優異性能,常常不得不增加系統結構的復雜性,為保證這些功能與性能在使用時付諸實踐,使得可靠性問題更為突出。由于電動執行機構直接控制著機組的運行過程,影響著機組及發電廠的安全與經濟運行,因此研究、分析電動執行機構的可靠性十分重要且有意義。

  二   電動執行機構的故障分析

  提高電動執行機構的可靠性,就要盡可能減少和消除故障,而事實上這種故障是多種多樣的。有的是某一元件失靈引起的,有的是系統中元件/組件綜合因素引起的,有的則是電氣、二次回路以及外界因素引起的。有些故障通過調整的方法就可以解決,有的則是由于使用時間長、精確度差,需要修配、更換部件才能恢復其性能,也有些是因原始設計不周,需改進才能排除。

  1.    電動執行機構的故障特征

  (1)調試階段故障

  新電動執行機構的故障問題比較復雜,其特征是設計、制造、安裝及管理等質量問題交織在一起。常見故障有泄漏嚴重、速度難以調整穩定,臟物或油污使傳動機構卡澀或動作失靈。某些組件漏裝或裝錯彈簧、密封件,也有屬于設計欠妥,元件選擇不當,動作不平穩、定位精確度差等,對待這類故障,應耐心細致、慎重處理,逐一排除。

  (2)運行初期和中期故障

  調試后進入正常生產階段的故障特征有:少數密封件由于裝配質量和材料質量問題短期內損壞而漏油;原先粘附在管壁、孔壁上的毛刺、粘沙、雜質和臟物脫落導致某些元件工作不穩定。一般到運行中期,系統元件/組件處于最佳運行工作狀態,故障率較低。

  (3)運行后期故障

  電動執行機構運行一段時間后,各類元件/組件因工作頻率和負載條件的差異,各易損件先后磨損超標。這個階段的故障特征是位置反饋接觸不良、定位精確度差、穩定性下降、效率顯著降低、故障率逐漸增加。這時應全面檢查,更換失效部件,不應有湊合、對付想法,應科學、嚴格地下決心投資,予以全面修復,否則可能給運行人員帶來很多麻煩,甚至嚴重影響機組的正常調節和控制。

  2.    偶發性、突發性故障

  這類故障在時間上表現為偶然突變,故障區域及產生原因較為明顯,由非人為和人為因素造成,如位置反饋器件接觸不良、剎車片磨損及“抱死”、零部件損壞、線圈燒壞、密封件失效等。

  三電動執行機構的維護保養

  電動執行機構主要由電動機、軸承、齒輪傳動系統和電子部分等組成。根據美國軍標MIL-HDBK-338發表的可靠性數據表明,執行器故障主要集中在電動機和軸承方面,在電動機故障中:繞組失效占20%,軸承失效占45%,滑環、電刷、整流子損壞占5%,其他占30%;在軸承故障中:潤滑劑變質、消失占45%,污染占30%,剝蝕占5%,誤調占5%,腐蝕占5%,其他占10%。因此,良好的維護保養能補充電動執行機構的可靠性不足,提高其有效性。

  1.    加強潤滑油的清潔度管理

  電動執行機構最大特點是需使用潤滑油。其黏度隨油溫變化,黏度過低,渦輪蝸桿及齒輪等傳動部件磨損會增大,傳動精確度下降;黏度過高,動作不良。而潤滑油脂清潔度管理更為困難,渦輪蝸桿及齒輪等傳動部件磨損、老化產生的雜質與水分的滲入,內部涂層的脫落、銹蝕等都會影響潤滑油清潔度。

  2.    及時消除潤滑油脂泄漏

  由于電動執行機構動作頻率高、速度快,難以避免受沖擊,這是導致潤滑油脂泄漏的一個重要原因,一旦潤滑油脂泄漏,需要及時加以解決。

  3.    改善工作環境和使用條件

  可靠性和壽命與使用情況、所處環境條件、人員知識等因素有著直接關系。只有在維護管理上改善其工作環境與使用條件,才可能使之延長壽命。

  4.    故障初期特別要加強維護

  在所有故障中,初期故障比例一般都較高。初期故障大多是由設計、制造、安裝上的初步誤差而引起。這些初期故障的發現需要花費一定功夫,解決也需要時間。因此,初期故障期間要特別加強維護管理。

  5.    做好數據管理以防偶發故障

  偶發故障一般較難預測。為防止偶發故障,要定期檢查和保養,掌握某階段維護資料和歷史檔案數據,這對于準確實施故障判斷和日常維護十分重要。

  6.    提高運行維護人員的專業知識

  運行維護人員專業知識的掌握程度直接影響維護管理。近年來,由于結構變化,使得運行維護人員對電動執行機構的知識、技術水平有了較大提高,然而,仍有不少仍缺乏應有的專業知識和技術。對電動執行機構處于“似懂非懂”的狀況,這也是維護管理薄弱的環節所在。

  為使運行維護人員方便地進行現場維護管理,在進行電動執行機構系統設計時要有超前意識,要充分考慮到便于維護管理的實施,努力做到:系統要簡化;標準化程度高、互換性好、容易修復;集成化、組合化;調整、檢查方便;引入故障診斷和定位、容錯/糾錯等新技術。

  四   LRD系列智能電動執行機構介紹

  1.    裝置概況

  從國產電動執行機構使用情況分析,雖然在某些技術指標上與國外同類產品相媲美,但可靠性和穩定性問題卻長期得不到根本性解決,其主要原因有:長期忽視基礎技術的研究和開發;國產通用件和基礎件質量不過關;企業對產品質量控制和管理不力。

  針對上述問題,上海銳凱儀表有限公司花大力氣開發了新一代RK-Z系列智能電動執行機構,較好解決了這些缺陷和不足。RK-Z系列智能電動執行機構系統構成見圖1所示。它采用全封閉、一體化結構,配以單相永磁式交流同步電動機,體積小、重量輕、結構簡單、傳動慣量小、轉矩大等特點。限位和剎車采用逐步逼近電子技術,實現了閥門“柔性全開”和“柔性全關”,取消了限位開關和剎車片,解決了長期以來困擾的限位開關易失靈、剎車片易“抱死”以及剎車時易產生大沖擊電流燒壞電動機等老大難問題。為提高整機可靠性,采用了可靠性設計、可靠性試驗、失效分析和嚴格的篩選、老化等工藝措施,并最大限度地減少了可動部件,使整機MTBF值達到40000萬小時以上。

  2.    控制軟件

  控制軟件采用C語言,為提高程序的可靠性和可理解性,將程序設計成相對獨立的子程序,有利于程序的移植和修改?刂栖浖饕δ苁墙邮諄碜钥刂浦行牡闹噶罨蚩刂破魃祥_、關鍵指令;接受閥門開度反饋信號,計算后輸出控制信號;向控制中心反饋信息;實時顯示閥門開度;故障報警、故障處理,其程序主框圖如圖2。

  3.    裝置特點

  (1)可接受0~10mA、4~20mA、0~5V、1~5V等多種模擬信號,輸入信號的選擇和正、反行程的切換以及上、下限的定位調整等,無需開蓋,只需通過顯示窗的觸摸式按鍵,就可完成所有調試。

  (2)具有多種控制方式:輸入模擬量控制、無源開關量遠程控制(內、外置24VDC,10mA)、有源(220V,10mA交流)開關量遠程控制等。

  (3)采用智能化技術控制過力矩和超限位保護,取消了需要進行復雜調整的機械式力矩開關和限位開關。

  (4)可實現閥門全行程任意設定。

  (5)頻繁通斷次數可達1200次/h。

  (6)防護等級:IP66。

  4.    裝置自診斷功能

  (1)當輸出軸位移到行程起始點(0%)或行程終點(100%)時,電動執行機構會輸出無源常開觸點各一副,供控制系統選用。

  (2)當電網電壓驟降或停電時,執行機構內部控制電路會使執行機構停留在當前位置,并自動記憶此前瞬間的有關現場數據,一旦電壓恢復正常,執行機構能自動恢復有關數據而繼續正常工作。

  (3)當機械部件發生故障卡澀,致使電動機超負荷時,其輸出軸會維持在原來位置上,控制電路會切斷電動機電源,并發出顯示報警信號(但仍保持反向運動方式),同時輸出無源常開觸點一副。當故障排除后,自動進入正常工作。

  (4)碰到自動化系統故障時,可根據工藝過程要求設定閥門的全開、關閉和保持原位3種狀態,省略了系統的一些聯鎖保護措施,使運行更穩定。

  (5)具有多“協議”通信功能:根據用戶要求可設置RS-485等其他通信協議,通過接口,掛接到數據總線上,接收來自系統的指令、數據等,并協同工作。

  五結束語

  在自動控制系統中,選擇高質量的電動執行機構,對“壽命周期費用”是很重要的,如果電動執行機構選擇不當或質量不過關,再完美的控制思路、高超的控制策略也難以達到預想的控制效果。為此,生產、制造和選用高可靠性的產品日益受到過程控制界的重視。本文介紹的RK-Z系列智能電動執行機構目前已在楊樹浦、崇明、南市、高橋、洛河、匯源等電廠以及冶金、化工等行業運行,其以人為本的設計思路、便利的維護調整方式,得到了現場技術人員的青睞。

(責任編輯:eguo)
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