電液執(zhí)行器裝配調(diào)試問題及解決方案

劉春弟(中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南 266000)

0 引言

具有緊急關(guān)斷(ESD)功能的開關(guān)型電液執(zhí)行器是一種采用電液驅(qū)動裝置為動力，執(zhí)行ESD信號實現(xiàn)緊急快速關(guān)斷的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、壽命長、免維護(hù)等優(yōu)勢[1]，緊急情況斷電和火災(zāi)時可自動驅(qū)動閥門快速切斷管路系統(tǒng)避免安全事故發(fā)生或擴(kuò)大，是大型工藝裝置和壓力管道系統(tǒng)的重要安全設(shè)備。

目前對開關(guān)型緊急切斷閥門裝置的需求量非常大，中石化、中石油和中航油的油庫罐根和管路系統(tǒng)日益增長的需求，較長的周轉(zhuǎn)供貨周期，售后服務(wù)、價格和維護(hù)配件進(jìn)口等因素影響，無法滿足其大量的需求和工作進(jìn)度。

系統(tǒng)主要分為液壓系統(tǒng)和控制箱兩部分，液壓系統(tǒng)包含四個模塊，分別是蓄能器、執(zhí)行模塊、液壓控制單元和支架模塊。在使用中，所有模塊集成化設(shè)計，安裝在被驅(qū)動裝置上。開關(guān)型電液執(zhí)行器工作過程包括兩個過程：

(1)液壓控制單元為蓄能器充壓，使蓄能器始終保持在高壓工作狀態(tài)；

(2)當(dāng)需要開關(guān)閥操作時，電磁閥接受控制信號，使蓄能器的高壓油進(jìn)入執(zhí)行模塊，將液壓油內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能使執(zhí)行模塊做直線運(yùn)動，驅(qū)動閥門實現(xiàn)開關(guān)動作。

具有緊急關(guān)斷(ESD)功能的開關(guān)型電液執(zhí)行器具有遠(yuǎn)程、就地、設(shè)置三種工作模式。遠(yuǎn)程模式下自控室通過觸點(diǎn)信號進(jìn)行開閥、關(guān)閥控制，并可接收十余種故障自診斷報警信號；就地模式下可進(jìn)行開閥、關(guān)閥、ESD、PST(部分行程測試)等操作；設(shè)置模式下可根據(jù)使用需求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。此外，還具有減速接近、斷電閥位反饋、斷電手動操作等功能。火災(zāi)時防火泄壓閥內(nèi)的感溫元件感溫泄放，結(jié)合系統(tǒng)液壓設(shè)計使執(zhí)行機(jī)構(gòu)油路自動聯(lián)通從而關(guān)斷閥門，滿足油庫防火需求。

在對東營港的電液執(zhí)行器裝配及試驗調(diào)試過程中，會遇到不同類型的問題和難題，這些問題輕則影響產(chǎn)品裝配進(jìn)度，重則影響產(chǎn)品性能，或?qū)е履稠椥阅苁?。針對這些典型問題，本文給出了解決方法和解決措施，很好完成了東營港電液執(zhí)行器的裝配調(diào)試任務(wù)。

目前生產(chǎn)電液執(zhí)行器的廠家，做得比較好的有西安航天動力研究所。其產(chǎn)品各項性能優(yōu)良，調(diào)節(jié)型產(chǎn)品精度達(dá)到國外先進(jìn)水平。本文就該研究所生產(chǎn)的電液執(zhí)行器產(chǎn)品現(xiàn)場裝配調(diào)試的問題，進(jìn)行總結(jié)梳理，為后續(xù)的大批量生產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)，積累豐富的經(jīng)驗。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在工業(yè)過程控制領(lǐng)域中，起到主導(dǎo)及重要組成部分的零部件就是執(zhí)行器，依靠其功能強(qiáng)大、可控范圍廣和依賴性強(qiáng)的優(yōu)勢，對整個過程起著決定成敗的作用。目前，工業(yè)過程控制領(lǐng)域中廣泛采用的執(zhí)行器主要實現(xiàn)開關(guān)動作和調(diào)節(jié)功能，從而控制過程工藝參數(shù)。對于國內(nèi)來說，雖然大部分企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，但是很多的關(guān)鍵零部件及重要組成部分和技術(shù)仍舊采用國外引進(jìn)策略。國內(nèi)執(zhí)行器的缺點(diǎn)仍舊很明顯，其產(chǎn)品整體性能和技術(shù)指標(biāo)還達(dá)不到國外的平均水平，尤其是在開關(guān)型產(chǎn)品的研制與生產(chǎn)。而國外的很多家公司都研制并生產(chǎn)了具有ESD功能的開關(guān)型電液執(zhí)行器，如：德國法奧克SHE系列緊急關(guān)斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)、英國Rotork公司EH系列電液執(zhí)行器和美國koso公司Rexa電液執(zhí)行器。

隨著國務(wù)院國資委對各個能源企業(yè)重點(diǎn)裝備國產(chǎn)化率的指標(biāo)要求不斷提高，國產(chǎn)數(shù)個主流品牌在近年各行業(yè)新建工程項目中已逐漸替代了進(jìn)口品牌。由于國家政策性的支持和相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制改進(jìn)，國內(nèi)市場對開關(guān)型電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整體需求持續(xù)增加，有一定研發(fā)能力的民企也陸續(xù)聯(lián)合中石油、中石化等央企陸續(xù)開發(fā)了此類產(chǎn)品(比如：恒春、天泰、中寰、特氟隆、艾羅、川儀)，憑借自身市場運(yùn)作和成本控制優(yōu)勢，均在新建和改造項目中取得較多應(yīng)用業(yè)績。結(jié)合近期項目招投標(biāo)情況分析，多家企業(yè)為了控制市場份額，采取低價競標(biāo)策略，各品牌間已逐漸呈現(xiàn)出充分的競爭態(tài)勢，市場競爭激烈。

2 工作原理

開關(guān)型電液執(zhí)行器的主要組成部分分為五個模塊，統(tǒng)一受控制箱來控制，模塊集成一體化設(shè)計，系統(tǒng)原理的構(gòu)型如圖1所示，所有模塊都集成安裝在被驅(qū)動裝置上[2]。

圖1 開關(guān)型電液執(zhí)行器系統(tǒng)原理框圖

整個控制系統(tǒng)的組成部件有很多，但主要的電氣元件有處理器和電源，在對于整個驅(qū)動裝置上來說，分成三種操作模式：遠(yuǎn)程控制、就地和設(shè)置。其中遠(yuǎn)程模式是對閥體進(jìn)行整個開閥、關(guān)閥哥ESD操作，整個過程都是受SCADA操作系統(tǒng)控制；而就地模式主要受控于控制箱；設(shè)置模式主要輸出于使用者，可以通過外部操作來對ESD模式進(jìn)行參數(shù)修改和設(shè)定。

液壓控制模塊是最為重要的組成部分，它的構(gòu)成也有很多，其中包括液控?fù)Q向閥、液控單向閥、平衡閥、減壓閥、電磁閥、調(diào)速閥及溢流閥。在液壓控制模塊中，需要不同的回路模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，在這部分，有主回路和ESD回路兩個液壓控制。在液壓控制回路收到關(guān)閥時，在壓力的推動下，無桿腔內(nèi)會逐漸被注入高壓油，而低壓油會回流至油箱內(nèi)部，從而對閥體進(jìn)行關(guān)閉動作，主要的作用力就是推動活塞桿的力。

執(zhí)行模塊是反饋動作的模塊，主要的組成部分為單出軸雙作用油缸、位移傳感器和限位開關(guān)等，它的主要功能是轉(zhuǎn)換回路動作帶來的機(jī)械能，由于動作引起的位移，這將使得負(fù)載驅(qū)動軸實際位置發(fā)生變化，實時的傳送給控制系統(tǒng)，從而對電磁閥進(jìn)行確認(rèn)。

動力模塊的主要組成部分為交流電機(jī)、齒輪泵、手動泵、壓力開關(guān)和過濾器，主要的作用是對蓄能器部分進(jìn)行充壓提供動力。當(dāng)蓄能器的壓力低于壓力開關(guān)設(shè)定的最低壓力時，齒輪泵會收到來自點(diǎn)擊的信號，從而轉(zhuǎn)動輸出流量為蓄能器提供動力，當(dāng)壓力達(dá)到高位限位時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，動力模塊不再為蓄能器充壓。

蓄能模塊主要的組成部分為蓄能器、手動截止閥、壓力表及溢流閥等，主要的作用時為兩個回路進(jìn)行蓄能，貯存液壓轉(zhuǎn)化來的勢能，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)處在沒有運(yùn)動的狀態(tài)時，動力模塊充壓，蓄能器保持高壓；而電磁閥收到打開或關(guān)閉油路連通時，蓄壓油箱中高壓液壓油進(jìn)入液壓油缸，推動活塞桿直線運(yùn)動，液壓油缸低壓腔液壓油流入油箱。

3 組件外觀、尺寸問題及解決措施

(1)在對各部分組件進(jìn)行檢查時，發(fā)現(xiàn)SL070型號油缸和支架安裝孔錯位，蓄能器、油箱抱箍尺寸不合格、蓄能器抱箍架尺寸超差，以及液壓控制單元安裝板安裝孔小，無法安裝。針對以上問題，工藝、設(shè)計針對圖紙和現(xiàn)有工藝方案，編制檢驗作業(yè)指導(dǎo)書，確定抽檢比例，加強(qiáng)檢驗或外廠驗收。

(2)油箱為焊接件，內(nèi)腔有焊瘤，飛濺等異物，若不清理干凈，則可能脫落，進(jìn)入油泵或液壓系統(tǒng)，造成多余物，導(dǎo)致油泵卡滯或系統(tǒng)管路堵塞，使整個產(chǎn)品出現(xiàn)嚴(yán)重故障，甚至無法使用。為此，工藝人員設(shè)計專用工裝，對油箱進(jìn)行吹砂、拋光和清洗，很好地清理了油箱多余物。

(3)外觀上支架組件中支架立板和上下板配合面部分金屬裸露，既容易銹蝕，又影響美觀。通過比對噴漆和噴塑的工藝優(yōu)劣以及成本差異，最終確定采用噴塑工藝，可很好的解決了外觀和表面防護(hù)的問題。

4 深孔、相交孔去毛刺、拋光工藝改進(jìn)

(1)隔爆管加工和液壓控制閥塊交叉孔會有少量的毛刺存在，針對這種問題，工藝人員設(shè)計了專用去毛刺工裝，利用旋轉(zhuǎn)拋光的原理，對各相交孔進(jìn)行拋光，去除毛刺，圓滑過渡。此外，加強(qiáng)了檢驗和外廠驗收力度，并且擴(kuò)大驗收比例，大幅度減少這種細(xì)小毛刺的產(chǎn)生；

(2)閥塊是電液執(zhí)行器核心零件之一，是各種液壓管路和各種控制閥門的集成平臺，其上分布深孔、相交孔、細(xì)長孔等型面，在加工過程中，會產(chǎn)生較多的毛刺，特別是在相交孔處，這樣會影響零件的配合精度和裝配精度，如裝不進(jìn)，接觸不良，產(chǎn)生導(dǎo)向誤差等。特別是自動裝配工序中的可裝配性，且影響配合界面的密封性，造成內(nèi)泄。其次，孔口毛刺若去除不干凈，在液流的沖刷下脫落，產(chǎn)生多余物，會污染系統(tǒng)，甚至堵塞管路，導(dǎo)致設(shè)備故障；再次，若管路的各孔口存在不規(guī)則或銳邊現(xiàn)象，孔壁粗糙，則液壓系統(tǒng)在工作過程中，勢必流阻增大，產(chǎn)生振動、噪音、發(fā)熱、空化等現(xiàn)象，嚴(yán)重的會損壞設(shè)備，造成不可估量的損失。深孔、相交孔去毛刺、拋光一直是工藝界的難題，有多種工藝措施和方法，但各有優(yōu)劣。針對閥塊的具體結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，我們使用電動打磨技術(shù)，運(yùn)用專用拋光打磨工裝，對多種孔進(jìn)行拋光打磨，既能有效去除毛刺，又對孔進(jìn)行打磨和拋光，提高了孔壁光潔度，進(jìn)一步提升了電液執(zhí)行器產(chǎn)品液壓系統(tǒng)的流道表面質(zhì)量和產(chǎn)品性能[3]。

5 裝配調(diào)試中的閥位指示改進(jìn)與優(yōu)化

安裝過程中，首先是安裝閥位指示桿和行程觸發(fā)片時，安裝完成后執(zhí)行器動作發(fā)現(xiàn)觸發(fā)片會與執(zhí)行器支架產(chǎn)生碰撞，于是將支架下固定板拆除，但閥門行程較大，觸發(fā)片會穿過上支架孔，同樣會產(chǎn)生碰撞；固定板由于噴漆，拆解非常費(fèi)勁。對這個問題，想到了四種解決方案：一是將閥位指示桿粗細(xì)跟支架孔一樣大，用支架兩個孔做導(dǎo)向，使觸發(fā)片比指示桿小，在指示桿上下可調(diào)；二是將閥位指示桿粗細(xì)跟支架孔一樣大，在指示桿中間開長條貫穿槽，將行程開關(guān)滾輪更換成觸發(fā)桿穿過指示桿，再用兩個螺釘調(diào)節(jié)開關(guān)位置；三是將觸發(fā)片四方角做成圓角，在動作時容易過孔，但執(zhí)行器動作有可能傾斜，使觸發(fā)片接觸不到行程開關(guān)；四是給現(xiàn)有的指示桿加裝豎直U型導(dǎo)向，開口朝向行程開關(guān)。

其次是給執(zhí)行器控制箱增加24 V電源模塊，將PLC原有外部供電更改成內(nèi)部供電；由于原有電線較短，線路凌亂，更改完成后線路更加凌亂。最后對產(chǎn)品進(jìn)行執(zhí)行器與閥門連接時，在連接過程中由于執(zhí)行器空間有限，執(zhí)行器與支架連接螺釘常用扳手無法進(jìn)行擰緊操作，需要用套筒加長扳手進(jìn)行操作。

6 結(jié)語

針對電液執(zhí)行器在項目裝配調(diào)試過程中存在的尺寸超差、外觀掉漆、深孔、相交孔毛刺及拋光、閥位指示桿靈敏度不高、指示桿結(jié)構(gòu)不合理等問題，開展了相關(guān)的工藝改進(jìn)和提升工作。通過實踐摸索，研究了改進(jìn)和優(yōu)化措施，完善成熟了工藝解決方案，很好地解決了存在的問題，并為后續(xù)更大批量用于生產(chǎn)積累了豐富經(jīng)驗。