电液执行器装配调试问题及解决方案

2022-12-30刘春弟中海油石化工程有限公司山东济南266000

化工管理 2022年35期

刘春弟(中海油石化工程有限公司，山东济南 266000)

0 引言

具有紧急关断(ESD)功能的开关型电液执行器是一种采用电液驱动装置为动力，执行ESD信号实现紧急快速关断的执行机构，具有可靠性高、稳定性好、寿命长、免维护等优势[1]，紧急情况断电和火灾时可自动驱动阀门快速切断管路系统避免安全事故发生或扩大，是大型工艺装置和压力管道系统的重要安全设备。

目前对开关型紧急切断阀门装置的需求量非常大，中石化、中石油和中航油的油库罐根和管路系统日益增长的需求，较长的周转供货周期，售后服务、价格和维护配件进口等因素影响，无法满足其大量的需求和工作进度。

系统主要分为液压系统和控制箱两部分，液压系统包含四个模块，分别是蓄能器、执行模块、液压控制单元和支架模块。在使用中，所有模块集成化设计，安装在被驱动装置上。开关型电液执行器工作过程包括两个过程：

(1)液压控制单元为蓄能器充压，使蓄能器始终保持在高压工作状态；

(2)当需要开关阀操作时，电磁阀接受控制信号，使蓄能器的高压油进入执行模块，将液压油内能转化为机械能使执行模块做直线运动，驱动阀门实现开关动作。

具有紧急关断(ESD)功能的开关型电液执行器具有远程、就地、设置三种工作模式。远程模式下自控室通过触点信号进行开阀、关阀控制，并可接收十余种故障自诊断报警信号；就地模式下可进行开阀、关阀、ESD、PST(部分行程测试)等操作；设置模式下可根据使用需求进行参数设置。此外，还具有减速接近、断电阀位反馈、断电手动操作等功能。火灾时防火泄压阀内的感温元件感温泄放，结合系统液压设计使执行机构油路自动联通从而关断阀门，满足油库防火需求。

在对东营港的电液执行器装配及试验调试过程中，会遇到不同类型的问题和难题，这些问题轻则影响产品装配进度，重则影响产品性能，或导致某项性能失效。针对这些典型问题，本文给出了解决方法和解决措施，很好完成了东营港电液执行器的装配调试任务。

目前生产电液执行器的厂家，做得比较好的有西安航天动力研究所。其产品各项性能优良，调节型产品精度达到国外先进水平。本文就该研究所生产的电液执行器产品现场装配调试的问题，进行总结梳理，为后续的大批量生产打下良好的基础，积累丰富的经验。

1 国内外研究现状

在工业过程控制领域中，起到主导及重要组成部分的零部件就是执行器，依靠其功能强大、可控范围广和依赖性强的优势，对整个过程起着决定成败的作用。目前，工业过程控制领域中广泛采用的执行器主要实现开关动作和调节功能，从而控制过程工艺参数。对于国内来说，虽然大部分企业已经实现国产化，但是很多的关键零部件及重要组成部分和技术仍旧采用国外引进策略。国内执行器的缺点仍旧很明显，其产品整体性能和技术指标还达不到国外的平均水平，尤其是在开关型产品的研制与生产。而国外的很多家公司都研制并生产了具有ESD功能的开关型电液执行器，如：德国法奥克SHE系列紧急关断执行机构、英国Rotork公司EH系列电液执行器和美国koso公司Rexa电液执行器。

随着国务院国资委对各个能源企业重点装备国产化率的指标要求不断提高，国产数个主流品牌在近年各行业新建工程项目中已逐渐替代了进口品牌。由于国家政策性的支持和相关工艺标准的强制改进，国内市场对开关型电液执行机构的整体需求持续增加，有一定研发能力的民企也陆续联合中石油、中石化等央企陆续开发了此类产品(比如：恒春、天泰、中寰、特氟隆、艾罗、川仪)，凭借自身市场运作和成本控制优势，均在新建和改造项目中取得较多应用业绩。结合近期项目招投标情况分析，多家企业为了控制市场份额，采取低价竞标策略，各品牌间已逐渐呈现出充分的竞争态势，市场竞争激烈。

2 工作原理

开关型电液执行器的主要组成部分分为五个模块，统一受控制箱来控制，模块集成一体化设计，系统原理的构型如图1所示，所有模块都集成安装在被驱动装置上[2]。

图1 开关型电液执行器系统原理框图

整个控制系统的组成部件有很多，但主要的电气元件有处理器和电源，在对于整个驱动装置上来说，分成三种操作模式：远程控制、就地和设置。其中远程模式是对阀体进行整个开阀、关阀哥ESD操作，整个过程都是受SCADA操作系统控制；而就地模式主要受控于控制箱；设置模式主要输出于使用者，可以通过外部操作来对ESD模式进行参数修改和设定。

液压控制模块是最为重要的组成部分，它的构成也有很多，其中包括液控换向阀、液控单向阀、平衡阀、减压阀、电磁阀、调速阀及溢流阀。在液压控制模块中，需要不同的回路模块进行调节，在这部分，有主回路和ESD回路两个液压控制。在液压控制回路收到关阀时，在压力的推动下，无杆腔内会逐渐被注入高压油，而低压油会回流至油箱内部，从而对阀体进行关闭动作，主要的作用力就是推动活塞杆的力。

执行模块是反馈动作的模块，主要的组成部分为单出轴双作用油缸、位移传感器和限位开关等，它的主要功能是转换回路动作带来的机械能，由于动作引起的位移，这将使得负载驱动轴实际位置发生变化，实时的传送给控制系统，从而对电磁阀进行确认。

动力模块的主要组成部分为交流电机、齿轮泵、手动泵、压力开关和过滤器，主要的作用是对蓄能器部分进行充压提供动力。当蓄能器的压力低于压力开关设定的最低压力时，齿轮泵会收到来自点击的信号，从而转动输出流量为蓄能器提供动力，当压力达到高位限位时，电机停止转动，动力模块不再为蓄能器充压。

蓄能模块主要的组成部分为蓄能器、手动截止阀、压力表及溢流阀等，主要的作用时为两个回路进行蓄能，贮存液压转化来的势能，当执行机构处在没有运动的状态时，动力模块充压，蓄能器保持高压；而电磁阀收到打开或关闭油路连通时，蓄压油箱中高压液压油进入液压油缸，推动活塞杆直线运动，液压油缸低压腔液压油流入油箱。

3 组件外观、尺寸问题及解决措施

(1)在对各部分组件进行检查时，发现SL070型号油缸和支架安装孔错位，蓄能器、油箱抱箍尺寸不合格、蓄能器抱箍架尺寸超差，以及液压控制单元安装板安装孔小，无法安装。针对以上问题，工艺、设计针对图纸和现有工艺方案，编制检验作业指导书，确定抽检比例，加强检验或外厂验收。

(2)油箱为焊接件，内腔有焊瘤，飞溅等异物，若不清理干净，则可能脱落，进入油泵或液压系统，造成多余物，导致油泵卡滞或系统管路堵塞，使整个产品出现严重故障，甚至无法使用。为此，工艺人员设计专用工装，对油箱进行吹砂、抛光和清洗，很好地清理了油箱多余物。

(3)外观上支架组件中支架立板和上下板配合面部分金属裸露，既容易锈蚀，又影响美观。通过比对喷漆和喷塑的工艺优劣以及成本差异，最终确定采用喷塑工艺，可很好的解决了外观和表面防护的问题。

4 深孔、相交孔去毛刺、抛光工艺改进

(1)隔爆管加工和液压控制阀块交叉孔会有少量的毛刺存在，针对这种问题，工艺人员设计了专用去毛刺工装，利用旋转抛光的原理，对各相交孔进行抛光，去除毛刺，圆滑过渡。此外，加强了检验和外厂验收力度，并且扩大验收比例，大幅度减少这种细小毛刺的产生；

(2)阀块是电液执行器核心零件之一，是各种液压管路和各种控制阀门的集成平台，其上分布深孔、相交孔、细长孔等型面，在加工过程中，会产生较多的毛刺，特别是在相交孔处，这样会影响零件的配合精度和装配精度，如装不进，接触不良，产生导向误差等。特别是自动装配工序中的可装配性，且影响配合界面的密封性，造成内泄。其次，孔口毛刺若去除不干净，在液流的冲刷下脱落，产生多余物，会污染系统，甚至堵塞管路，导致设备故障；再次，若管路的各孔口存在不规则或锐边现象，孔壁粗糙，则液压系统在工作过程中，势必流阻增大，产生振动、噪音、发热、空化等现象，严重的会损坏设备，造成不可估量的损失。深孔、相交孔去毛刺、抛光一直是工艺界的难题，有多种工艺措施和方法，但各有优劣。针对阀块的具体结构和生产现场的实际情况，我们使用电动打磨技术，运用专用抛光打磨工装，对多种孔进行抛光打磨，既能有效去除毛刺，又对孔进行打磨和抛光，提高了孔壁光洁度，进一步提升了电液执行器产品液压系统的流道表面质量和产品性能[3]。

5 装配调试中的阀位指示改进与优化

安装过程中，首先是安装阀位指示杆和行程触发片时，安装完成后执行器动作发现触发片会与执行器支架产生碰撞，于是将支架下固定板拆除，但阀门行程较大，触发片会穿过上支架孔，同样会产生碰撞；固定板由于喷漆，拆解非常费劲。对这个问题，想到了四种解决方案：一是将阀位指示杆粗细跟支架孔一样大，用支架两个孔做导向，使触发片比指示杆小，在指示杆上下可调；二是将阀位指示杆粗细跟支架孔一样大，在指示杆中间开长条贯穿槽，将行程开关滚轮更换成触发杆穿过指示杆，再用两个螺钉调节开关位置；三是将触发片四方角做成圆角，在动作时容易过孔，但执行器动作有可能倾斜，使触发片接触不到行程开关；四是给现有的指示杆加装竖直U型导向，开口朝向行程开关。

其次是给执行器控制箱增加24 V电源模块，将PLC原有外部供电更改成内部供电；由于原有电线较短，线路凌乱，更改完成后线路更加凌乱。最后对产品进行执行器与阀门连接时，在连接过程中由于执行器空间有限，执行器与支架连接螺钉常用扳手无法进行拧紧操作，需要用套筒加长扳手进行操作。