电动蝶阀传动机构故障分析

李 斌，韦 春，李 成，朱子龙，李 超

（南水北调中线干线工程建设管理局天津分局，天津300000）

1 南水北调中线天津干线电动蝶阀应用概况

天津干线是南水北调中线工程总干渠的一部分，其主要任务和作用除向天津输水外，还具有向沿河北省各县（市）供水任务。天津干线沿线共计向河北供水5 m3/s，渠首自总干渠西黑山分水闸上引水，向东经河北省保定市徐水区、雄安新区、高碑店市及廊坊市固安县、永清县，霸州市、安次区进入天津市武清、北辰、西青三区后进入外环河，总长度155 km。天津干线共设分水口9座，分别向沿线县市供水，在两处保水堰还设有退水口2座用以应急调度及停水检修时排出暗涵内积水。退水闸门及分水闸门均采用电动蝶阀控制输水管道的流量与启闭。闸门直径范围为DN300-DN1400，为带启闭刻度的暗杆闸阀，其中9处分水口的电动蝶阀具有远程控制功能，可以实现远程闸门开度的调度指令自动化响应。

2 电动蝶阀工作原理概述

电动蝶阀是根据旋转阀杆同时带动阀板转动来启闭闸门，在阀体圆柱形通道内，圆盘形碟板绕着轴线旋转，主要是旋转碟板90°来控制流量，当碟板到达90°时，阀门处于全开状态，同时可以改变碟板的角度来调节介质流量，一般安装于管道的直径方向。电动蝶阀与阀杆自身没有锁定能力，为了有效的调节流量需装涡轮减速器，加装涡轮减速器的蝶阀不仅使蝶阀有自锁能力，还能改变蝶阀的操作性能及更准确的调节介质流量。电动蝶阀内部结构如图1所示。

图1 电动蝶阀结构示意图

电动蝶阀的特点：（1）结构简单，外形尺寸小，重量轻，适用于大孔径；（2）流体阻力小，全开时，阀座通道有效流通面积较大，因而流体阻力较小；（3）启闭方便迅速，调节性能好，蝶阀旋转90°既可完成启闭；通过改变碟板的旋转角度可以分级控制流量；（4）启闭力矩较小，由于转轴两侧碟板受介质作用基本相等，而产生转矩的方向相反，因而启闭较省力；（5）低压密封性能好，密封面材料一般采用橡胶、塑料，蝶阀的使用压力和工作温度范围较小。

鉴于以上特点，在介质的流量控制系统中，电动蝶阀得到了广泛的应用，同样也用于南水北调中线工程的分水阀门参与了沿线受水地区的分水调度。

3 常见故障分析及解决方案

3.1 电动执行机构电机转动，执行机构输出轴不转动

具体原因分析：电动执行机构离合器啮合在手动侧，电动执行机构电机转动后，导致电机空转；电动执行机构所带动的蜗轮蜗杆出现磨损打滑，导致电机空转，执行机构输出主轴不转动；电机电源线接触不可靠，导致电机转动不灵活。

解决方案：对于电动执行机构电机空转，判断电源无故障后，必须打开电动执行机构一级蜗轮蜗杆箱，检查蜗轮蜗杆磨损情况，如果磨损严重，只能返厂修复，或更换新的电动执行机构；如果为离合器故障，可以针对机械损伤程度制定合适的修复方式，如矫正拨叉部件，重新进行装配；调整离合器齿轮行程；更换损毁零件等。

3.2 电动执行机构电机过热故障

具体原因分析：电动执行机构频繁操作，导致电机真实过热，引发保护动作；电机转子轴承损坏无法转动，由电机堵转引起电机过热。

解决方案：对于电机轴承损坏，应更换轴承；对于短期内频繁启动的电动蝶阀应适当拉长动作间歇时间，尽可能的对多个动作指令进行合并降低启停次数。

3.3 电动蝶阀远程控制总线丢信

具体原因分析：电动蝶阀控制器通信功能损坏：PLC通信模块故障；通信参数设置与通信模块不匹配；PLC通信网关接口设置错误；信号线破损短路、断路导致信息传输故障。

解决方案：检查PLC通信模块、电动蝶阀控制器有无故障报警；检查通信网关接口是否与系统设置相符，网关接口是否选择正确；对通信设置参数进行重新校对，检查通信线路通断情况。

3.4 蝶阀机械指针与执行机构数字显示窗口不符

具体原因分析：电动蝶阀涡轮蜗杆传动机构打滑，脱扣或损坏；电动执行机构控制器损坏，不能正确执行操作指令；机械指针与阀板轴连接松动；阀门初始位置设定有偏差，长期运行后导致误差累积明显。

解决方案：用扳手拧紧机械指针与阀板轴连接；如电动执行机构数显窗是否有跳变、报警、乱码等故障，应对执行机构进行更换；如涡轮蜗杆传动机构打滑、脱扣、损坏应对传动部位进行更换；如初始位置设置有偏差，应当对阀门进行重新校正。

3.5 蝶阀机械限位螺栓损坏

具体原因分析：机械限位螺栓调节位置使涡轮实际角位移范围小于行程限制器设定范围，导致涡轮在运动过程中对其机械撞击造成损坏；电动蝶阀过力矩限制器故障，导致电动操作时对其机械撞击造成损坏；人工操作手轮转动蝶阀时，使用借力工具对限位造成损坏。

解决方案：更换已经损坏的机械限位，并对蝶阀传动系统进行全面的检查，如果发现传动系统中多处危险点、薄弱零件发生损坏，应对其进行彻底更换。

4 意见及建议

南水北调中线工程天津干线通水运行4年来，全线44台电动蝶阀管理规范，保养及时，为工程的平稳运行提供了可靠的设备保障。然而从提高蝶阀使用寿命，保证蝶阀运行状态，方便蝶阀故障整改的角度出发，对设备的改进提出如下建议：

（1）增加和优化闸站监控系统现地站PLC与触摸屏的故障分析功能，为运维人员提供必要的故障分析参考，提高电动蝶阀的运维效率。

（2）增加过力矩限制器与行程限制器的反馈信号，在电动操作蝶阀时经控制器将电机进行紧急停机，对传动机构限位限载，保护内部零部件。

（3）为防止手动操作时发生部分蝶阀传动机构及机械限位损坏的情况，对蝶阀的传动保护进行适当的改进，比如在合适位置加装扭矩限制器；或者将传动机构的受力危险点设在容易维修和价值较低的零部件处。