关键词：执行机构  故障分析  性能  维护

Abstract: On the basis of discussing the structure and working principle of the electric actuator, its application in the boiler is explained. Independent analysis of fault factors and processing opinions and clarify the importance of maintenance work, for the daily use of the operation has a guiding significance.

Key words: Implementing agency  Failure analysis   Performance   Maintain

【中图分类号】TP64【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2017）05-0000-00

1 引言

电动执行机构是电动单元组合式仪表中的执行单元。它是以单相交流电源为动力，接受统一的标准直流信号，输出相应的转角位移，操纵风门、挡板等调节机构，可配用各种电动操作器完成调节系统“手动—自动”的无扰动切换，及对被调对象的远方手动操作，电动执行机构还设有电气限位和机械限位双重保护来完成自动调节的任务。它在电力、冶金、石油化工及锅炉系统的上水及风门挡板的调节等部门得到广泛应用。

2 工业应用

河南煤业化工集团中原大化集团公司是河南省化肥、三胺主要生产基地，其中锅炉装置采用了9台天津自动化仪表七厂生产的电动执行机构，型号有DKJ-W和DY-J两种。通过它们调整锅炉的一次风机、二次风机，引风机风门挡板开度，从而控制炉床温度、烟气含氧量及炉膛负压等工艺参数，是保证循环流化床锅炉稳定运行的重要条件之一。

3 结构原理

3.1 电动执行机构结构组成（图1）

图1 电动执行机构系统原理框图

来自调节器的电流信号Ii（4-20mA）作为伺服放大器的输入，与阀的位置反馈信号If进行比较，当输入信号和反馈信号比较差值不等于零时，其差值经伺服放大器放大后，控制两相伺服电机按相应的方向转动，再经减速器减速后使输出轴产生位移；同时，输出轴位移经位置发送器转换成阀的反馈信号If；当反馈信号与输入信号相等时，伺服放大器无输出，电机不转动，执行机构就稳定在与输入信号相应的位置上。电动执行机构的输出轴位移和输入信号成线性关系。

3.2 工作原理

电动执行机构有连续调节、远程手动控制和就地手动操作三种控制方式。

输入端的输入信号与极性相反的位置信号进行比较，比较后的偏差信号经过伺服放大器放大，使控制电路功率放大级有足够大的功率输出，驱动两相伺服电动机，电动机输出的转动力矩经减速机转变成低速大力矩输出，以带动负载（风门）转动，减速机的输出轴转动方向始终是朝着减小输入信号与位置反馈信号的偏差方向转动。当偏差信号为零时（即位于执行机构位置控制电路设定的死区时），此时减速器输出轴与负载（风门）就停在与输入信号对应的位置上，即完成一次调节任务。输入信号不断的变化，执行机构也就不断的跟随运动，实现自动调节。

4 故障案例

在中原大化集团公司锅炉实际应用中，经常会遇到执行机构不动作、开关不到位、阀位振荡的情况，稍有不慎直接会造成锅炉停车事故，现将多年来发生的故障分类列举如下：

4.1 执行机构不动作故障

（1）闭环回路上各连接线有断开或各接点接触不良的现象。

（2）伺服放大器无输出伺服放大器本体故障，一般在放大器前级，导致伺服放大器无输出。

（3）电机故障造成执行机构不动作。电动执行机构的电机烧坏，或电机绕组损坏；电机绕组断路或短路造成执行机构不动作。有时电机内刹车片断裂，造成电机卡死。导致执行机构不动作。

4.2 不能全开或全关

造成此时故障主要有两个原因，但都和执行机构与风机风门之间的连杆有关：

（1）现场检查后发现连杆长度在检修时作了改动，导致风门调节范围变化，从而引起执行机构故障。及时通知工艺检修人员将连杆恢复到原来的长度，故障消除。这起故障是由于检修时检修人员为了方便安装，随意增长（或减短）了风门连杆的长度造成的，为避免故障的发生，每次机修人员检修结束后，仪表工作人员都要去现场检查确认连杆的长度和安装位置是否改变，及时制止检修人员进行的不合理装配，目前此类故障已经根治。

（2）如果检查后发现连杆长度无变化，却发现风门与连杆结合位置在装配时进行了更改，则重新调校执行机构的量程范围。出现这种故障一般是由于更换风门时，新旧风门焊接的结合点不同（或者是连接销钉更改了位置）引起的。现场检修时经常出现，只需重新调校就可，每次调校完后联合工艺人员一同复查，确保风门能自由全程开关，避免这类现象再次发生。

4.3 执行机构振荡

引起执行机构振荡的原因较多，现结合设计、安装调试及运行的经验，详细说明一下引起执行机构振荡的原因及消除方法：

（1）由于执行机构失去制动作用而产生惰走现象引起的执行机构小范围振荡应查出机构失去制动的原因给以排除，一般是由于电动机制动器故障造成的，需要经常检查，定期调整或更换。造成电动机制动器故障的原因主要有两个，一是机械原因造成刹车块的老化，这类现象无法避免，只能常备制动蹄块用以更换；二是由于电机外壳密封不好，灰尘或雨水进入电机内造成电动机制动器损坏，此类现象完全可以避免，实践中用704密封胶涂抹在电机外壳缝隙处，并在整个执行机构外围加装防雨罩。

（2）由于信号源波动使输出阀位波动而引起的振荡。逐步检查寻找故障出现的原因，如果是由于DCS输出非正常波动引起的振荡，那么需要更换其对应的卡件或模块，如果是由于安全栅故障引起的振荡，那么需要更换安全栅。此故障是控制部分造成的，为确保正常生产，控制柜内部的卡件、安全栅不能随意拆卸，DCS模块更不能随意调试，只能在大修期间对每个卡件、安全栅、模块进行细致的检查调试，对回路进行检查，以确保装置在整个运行期间稳定工作；由于执行机构连杆和风门联接件的游隙和间隙过大，也将造成执行机构的振荡。所以在机械传动部件安装时，要保证所有连接件不应有过大的游隙和间隙，所有连接件应按三级精度配合制造；由于调校伺服放大器时死区调整不当（过小），也可引起执行机构产生振荡。针对现象把死区旋钮逆时针调整，最好不要超过1/4圈，一般故障都能消除。

执行机构的振荡是运行中常见的一种故障现象，直接影响调节品质，其内在的原因也是多方面的，在分析和排除故障时，要从系统构成、安装调试，回路检查等多方面去分析故障原因，再设法进行消除。

5 执行机构维护管理工程

5.1 周期标度校验

为了确保执行机构在锅炉生产中能够正常使用，每个检修周期都要进行精确的校验。

（1）满度调整：先给放大器输入一个50%的信号，看执行机构的连杆是否停在45°的位置上，如果超出允许误差（±2.25°），则调整位置发送器满度电位器，使执行机构保持在允许误差（±2.25°）内，再给满度信号，检查执行机构是否停在90°位置上，如果超出允许误差（±2.25°），则按上述方法调整到允许误差（±2.25°）内。如果执行机构运动方向与所需要的方向相反，则将QA电路板的两个输出端子接线对调，再将导电塑料电位器两端点接线对调，执行机构即可反转。

（2）零位调整：通电后将手/自动开关放在自动位置，输入4MA信号，再松开压紧导电塑料电位器的螺钉，慢慢地转动导电塑料电位器，则执行机构就会跟着转动，直到执行机构输出臂到达实际零位即可。在调整执行机构输出轴零点的同时，要调整极限位置凸轮，使零点与满行程两个微动开关准确的工作，调整凸轮只须用手松开电位器下面压紧凸轮的螺母，再转动凸轮达到目标位置，调整后将压紧凸轮的螺母固定。

（3）位置反馈电流调整：将执行机构电机插头拧下后通电，再将执行机构开度手摇到所需工作范围的初始位置，慢慢转动导电塑料电位器，使位置反馈电流输出最小，这时调整位置定位器上的凋零电位器使位置发送器输出4MA，再将执行机构开度手摇到满度，这时调整位置定位器上满度电位器和导电塑料电位器使位置反馈输出为20MA，紧固各处螺钉后，复查一下0-90°时与位置发送器输出的4-20MA信号是否对应，如有误差可微调一下调零电位器或满度电位器。

（4）上下行程限位开关调整：松开压紧凸轮的螺钉，用手转动下限凸轮，在下限零位时调整零位凸轮使其压上始端微动开关刚好使关行程指示灯熄灭，再摇动手轮使执行器转到上线90°位置，在上限满度时调整凸轮使其压上始端微动开关刚好使关行程指示灯熄灭。

（5）断信号状态设定：此项是保护执行机构控制电路投入自动状态工作时，当输入信号或者反馈输出信号断路（即小于4MA）情况下，使电路具有断信号保护功能，一般设置为保持原位，其断信号设置开关的位置及状态参见图2所示。

5.2 日常维护保养

（1）加强润滑油的清洁度管理：电动执行结构的最大特点是需要使用润滑油，其粘度随油温变化。粘度过低，涡轮蜗杆及齿轮等传动部件的磨损会增大，使传动精度下降；粘度过高，动作不良。而润滑油脂的清洁度管理更为困难，涡轮蜗杆及齿轮等传动部件磨损，老化产生的杂质与水分的渗入，内部涂层的脱落、锈蚀等都会影响润滑油的清洁度。

（2）及时消除润滑油脂泄漏：由于电动执行机构动作频率高、速度快，难以避免受冲击，这是导致润滑油脂泄漏的一个重要原因，一旦润滑油脂泄漏，需要及时加以解决。

（3）改善电动执行机构的工作环境和使用条件：电动执行机构的可靠性和寿命与它的使用情况、所处的环境、人员知识等因素有着直接的关系。只有在维护管理上改善其工作环境与使用条件，才可能延长使用寿命。

（4）运行初期特别要加强维护：在电动执行机构的所有故障中，初期故障的比例一般都比较高。初期故障大多是由于设计、制造、安装上的不合理现象而引起的，这些初期故障的发现需要花费一定的时间，解决也需要一定的水平。因此，初期故障期间要特别注意加强维护管理，更要注意提高维护人员的素质和水平。

（5）做好数据管理以防偶发故障：电动执行机构的偶发故障一般较难预测。为了防止偶发故障，要定期检查和保养，掌握某阶段维护资料和历史档案数据，这对于准确实施故障判断和日常维护是十分重要的。

（6）提高运行维护人员的专业知识：运行维护人员专业知识的掌握程度直接影响维护管理。近年来，由于运行维护人员结构的变化，使他们对电动执行机构的知识、技术的掌握有了较大提高，然而，仍有不少运行维护人员缺乏应有的专业知识和技术，现场运行维护人员大多对电动执行机构处于“似懂非懂”的状况，这也是维护管理薄弱的环节所在。

（7）电动执行机构的故障多发于伺服放大器故障。而伺服放大器是由电器元件组成的电子线路板构成，电子元件的质量和电路板的可靠性决定了伺服放大器的可靠性。常规伺服放大器抗干扰的能力普遍不高，电压的波动、高温、高粉尘、振动等外部环境的影响都容易导致伺服放大器故障。针对伺服放大器存在可靠性差的缺点，建议利用DCS来实现伺服放大器的控制功能。因为DCS具有灵活的组态方法、丰富的软件功能和很高的可靠性，可自动判断执行机构的状态，当固态继电器击穿或者阀位反馈信号有误时能够使电动执行机构保持在原位置，以防止事故的扩大化。

6 结束语

为使运行维护人员方便进行现场维护管理，在进行电动执行机构系统设计时要有超前意识，充分考虑到便于维护管理的实施，努力做到：系统要简化，简单的系统故障率低，维护管理容易；标准化程度高、互换性好、容易修复；集成化、组合化，调整、检查方便：引入故障诊断和定位、容错/纠错等新技术。

参考文献

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