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。
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。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。
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,关闭所需转矩将增大。
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。
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,对阀门电动执行机构各方面工作状态提供整体的评估。