电动执行器葵花接线盘拆装专用工具研制

杨 胜，杨卫东，何智勇，张智结，王 兰

（中国石油西南油气田分公司重庆气矿，重庆 400020）

0 引言

随着我国现代化建设的逐步推进，智能远控设备陆陆续续进入一线生产施工现场。为减小操作员工的劳动强度，生产现场手动操作设备逐步升级为电动智能进行开关驱动。在天然气生产场站，智能电动执行器不仅是天然气生产工艺管道、输气干线、阀室，球阀及其他类型阀门的驱动装置，也是燃气管道发生泄漏、爆管等紧急情况下，能快速、可靠地关断天然气阀门及时控制风险的关键设备。其中，电动执行器葵花接线盘是连接执行机构内部电路板和外部控制线路的通道，常见的电动执行器主要有ROTORK、澳托克、BIFFI 等品牌，接线盘分别由51 个接线端子或55 接线个端子组成远程、就地控制、模拟量调节控制、总线控制、开关量信号反馈、模拟量信号反馈、故障报警输出功能[1]。

葵花接线盘安装在执行器电源舱接线盒内，为防止雨水进入电气腔室，通常采用O 形密封圈密封、利用卡簧进行限位固定。接线端子故障时，要求维护人员在生产场站能快速地处理ROTORK、澳托克葵花接线盘端子或BIFFI 电动执行器I/O电路葵花接线端子盘电路板故障，以减少滞留在天然气生产场站的时间，特别是在高含硫生产现场（图1）。因执行机构内部空间狭小，受位置的局限性，常规工具拆除一台ROTORK、澳托克执行机构的接线盘用时长、效率低，还容易损伤O 形密封圈，特别是拆卸和安装BIFFI 电动执行器葵花接线盘时，难度较大，有时根本无法将葵花接线盘拆卸出电源舱盒。针对以上问题，提出制作一种快速拆卸、安装上述执行机构葵花接线盘的多用途组合工具。

图1 ROTORK 和BIFFI 执行器葵花接线盘

1 拆卸阀门电动执行器葵花接线端子盘

1.1 传统作业方法

拆除电动执行器葵花接线端子盘作业前，首先断开电动执行器动力电源，打开电源舱盒盖，拆除执行器接线端子盘的固定卡簧。作业时需两名操作人员互相配合，一人手持开了槽的简易工具固定在电源盒端面，电源接线端子在接线盘的正中间，另一人用两颗M5×120 mm 双头丝杆穿过简易工具，固定在ROTORK、澳托克执行器葵花接线盘（L1L2）接线端子上，用扳手分别旋紧左右两边的螺杆的螺帽，让接线盘两边均匀受力拉出葵花接线盘（图2）。接线盘拉出后，观察到电源接线端子丝扣有滑扣、O 形密封圈轻微磨损现象。

图2 ROTORK 和BIFFI 执行器葵花接线盘拆卸传统作业方法

该拆卸葵花接线端子盘的操作流程相对简单方便，使用工器具也较少，但在多次对同一接线端子盘进行拆卸检修后，有可能影响执行器接线端子盘前后的防水密闭性能和电源连接线的紧密度，容易造成接触不良，影响执行器正常运行，存在安全隐患。

拆卸BIFFI 电动执行器葵花接线端子盘时，其葵花接线端子盘与澳托克等其他几个品牌电动执行器葵花接线端子盘设计不同，直径5 mm 的输入动力电源接线端子位置在接线盘的底部，其他品牌的执行器动力电源输入端子设置在接线盘中心部位。通常只能将两颗M5×120 mm 螺杆穿过简易工具固定在接线端子上E1 和E2 旁的预留螺母上，用扳手均匀的紧固螺帽让接线盘受力向上移动。但在操作过程中发现葵花接线盘纹丝未动，而预留E1 和E2 螺母座已被拉出、简易工具变形、M5×120 mm 丝杆滑扣。因此，传统工具的拆卸方法无法拆除执行器的葵花接头线端子盘，检维修作业无法顺利进行。

1.2 问题分析

通过对以上常用品牌电动执行器葵花接线端子盘的拆卸，发现传统的拆卸工具在使用中存在缺陷。例如，ROTORK、澳托克、特福隆执行器葵花接线端子盘直径163 mm，由51 个接线端子组成。接线端子盘与机体采用O 形密封圈防水，端子盘背后用导线与电路板插件连接。用传统作业方法，不同步紧固两颗螺帽，接线端子盘两颗M5×120 mm 的丝杆受力不均匀，在牵引过程中不同步、摩擦阻力增大，会使电源接线端子座因受力过大而导致丝扣滑扣、引起输入动力电源线接触不良，影响执行器安全运行；O 形密封圈因受力不对称而造成局部磨损。因有部分磨损，O 形密封圈密闭性、防潮功能下降，导致电器元件在自然环境中受潮，线路短路烧毁执行器，严重时会影响执行器的安全稳定运行。

BIFFI 电动执行器葵花接线端子盘直径同样为163 mm，由55 个端子组成，I/O 电路板与葵花接线端子采用锡焊连接。BIFFI 执行器的机体壳与葵花接线端子盘之间采用过紧配合、O形密封圈并涂抹防水密封胶来防止雨水、湿润空气进入执行器内部。使用简易工具拆卸葵花接线端子盘时，着力点在两边的预留螺母上，两点向上承受拉力，在旋紧螺帽的过程中不能保证同步，造成整个葵花接线盘两个方向受力不均匀，反而加大摩阻，导致无法成功实施葵花接线端子盘的拆卸、安装工作，从而影响电动执行器的检修。

由于传统的拆除方法存在着这些弊端，不仅给现场作业人员检维修操作带来了不少困扰，也限制了此项作业的进一步开展。拆卸安装BIFFI 电动执行器葵花接线盘也因此成为该项目需要解决的难题。因此，需设计制作出既能拆除ROTORK、澳托克、特福隆等品牌，又能拆除BIFFI 电动执行器的葵花接线盘的多用途专用拆卸、安装工具。

2 设计制作多用途专用工具

2.1 多用途工具的设计要求

针对传统简易工具拆卸电动执行器葵花接线端子盘所存在的问题，为降低作业人员操作难度，提高拆卸、安装质量和检维修工作效率，消除安全隐患，设计制作一款阀门电动执行器葵花接线端子盘拆卸、安装专用工具。可以根据现场不同的作业环境，通过利用专用工具能迅速拆除电动执行器葵花接线端子盘、检维修后复位安装。设计的专用拆卸、安装工具应符合以下3 个要求：

（1）满足天然气生产操作要求的安全性，不损伤O 形密封圈密封面和葵花接线端子盘外观。

（2）结构简单轻巧、重量轻、操作灵活方便、易掌控。

（3）实用性强、作业质量高，能胜任国内外多个电动执行器品牌葵花接线端子盘的拆卸与安装。

2.2 制作过程及设计思路

电动执行器电源舱内的葵花接线端子盘为圆柱体结构，与筒体之间的结合面采用静密封方式，为防止舱外流体或固体微粒从相邻结合面间的间隙进入到执行器机构内部。因密封间隙很小，所以摩擦阻力相对较大。在葵花接线端子盘拆卸过程中，所需的拉力相应增大。而且必须保证葵花接线盘的中心轴线不能偏移，否则造成整个盘体倾斜而摩擦阻力更加增大，一旦接线盘受力不均，拉出葵花接线盘就几乎不可能实现。

经过测量获取BIFFI 电动执行器葵花接线端子盘的外部尺寸，利用一块厚度为5 mm 的钢板加工一个同径大小的圆盘，结合原葵花接线端子盘上接线柱位置分别在主盘相同定位点上使用钻头开Φ5 mm 和Φ7 mm 的圆孔制作成主盘，主盘圆中心点部位开Φ12 mm 孔并攻丝，便于安装M12 的单头拔拉螺栓（图3）。

图3 主盘

利用一段长度为220 mm 的100 号槽钢，在中部开Φ14 mm的孔，两端根据BIFFI 电动执行器电源舱体上螺孔的位置开好孔制作成为支梁（图4）。另外加工制作两个直径为44 mm 的圆形板，一个圆板平面上部与ROTORK、澳托克电动执行器葵花接线端子盘中心部位的动力输入电源端子相同位置开4 个Φ7 mm的孔制作成为一个复位顶板（图5）。另一个圆板中部开Φ14 mm的孔，在孔上部焊接一颗M12 的螺帽并与孔同心，制作成为一个复位螺帽（图6）。

图4 支梁

图5 复位顶板

图6 复位螺帽

通过主盘、拔拉螺栓、支梁、复位顶板、复位螺帽及M5 和M3 的螺杆组合成一个电动执行器葵花接线端子盘的拆卸、安装组合专用工具，可分别在电动执行器葵花接线端子盘拆卸、安装复位时组合使用（图7）。

图7 拆卸、安装组合专用工具

2.3 使用实例

利用本文研制的专用工具，拆卸、复位BIFFI 电动执行器葵花接线端子盘的过程如下。

2.3.1 拆卸步骤

（1）切断电动执行器的输入电源，打开电动执行器电源舱舱盖，拆除输入动力电源线。

（2）拆除葵花接线盘定位卡簧。

（3）将单头拔拉螺栓串入主盘，旋紧丝扣，组装好拔拉螺杆与主盘后，将主盘放至葵花接线盘平面，通过螺孔对正，校正位置使用M3 固定螺杆进行定位，使用M5 和M3 的螺杆将主盘固定葵花接线盘上，调整好主盘的平整度。

（4）安装在主盘中心孔上的单头拔拉螺杆穿过支梁，将支梁两端固定在电动执行器电源舱筒体上固定好。

（5）将M12 的单头拔拉螺杆装上配套垫片和螺帽。使用扳手旋转螺帽，将旋转扭力转换成接线盘的上升拉力，施加在M12 的单头拔拉螺杆上的上升拉力通过螺杆传递到主盘上，主盘再将拉力分别传递给盘上的55 颗小螺栓，这样葵花接线盘上每个接线端子所受到的拉力均匀，避免了传统方法中所有摩擦阻力分配给两颗M5 的螺栓上。而使用这种方法，将摩擦阻力由一个拔拉螺栓分配传导给55 颗小螺杆上，每个螺栓所受拉力相比传统方法要小很多，避免了葵花接线盘上的螺母座被拔出本体。葵花接线盘在拉升过程中轴线与拔拉螺栓保持一致，葵花接线盘中轴线不会发生偏移，接线座也不会被拉出来，通过不断旋进拔拉螺栓上的螺帽逐步将葵花接线盘拔拉出电源舱筒体，从而拆卸下检修接线盘后部电路板。

（6）葵花接线盘拔拉出来，便可对后端的集成电路板进行检修维护，电路板检修完成后需要对葵花接线盘进行回装复位操作。

2.3.2 复位步骤

（1）将复位顶板安装在主盘中心部位上并旋紧4 颗定位螺钉固定。

（2）将主盘放在葵花接线盘平面，根据螺孔开孔位置定位，分别使用M5 和M3 螺杆将主盘与葵花接线盘进行固定，在电动执行器葵花接线盘圆柱面涂抹少许润滑密封脂，连接好接线盘后部的控制线路接口后放入电源舱内。

（3）将复位螺帽安装在支梁中心部位使用M5 进行固定，将M12 拔拉螺杆穿过支梁和复位螺帽。

（4）将支梁固定在电动执行器电源舱筒体上，两端采用螺栓进行固定，旋转M12 拔拉螺杆，逐步将执行器葵花接线盘顶回电源舱筒体内部，复位后安装定位卡簧，便可完成复位安装。

3 专用工具使用效果比较

对比各个品牌的电动执行器葵花接线电子盘的结构，发现澳托克、ROTORK、特福隆等品牌的电动执行器葵花接线盘结构相差不大，主体结构基本上一致，均是以一个锥形的圆塔盘作为接线端子的载体、51 个接线端子呈圆弧阶梯状均匀分布。中心部位是动力线的输入接线柱，围绕动力线输入接线柱周围分别布置为信号输入、输出M3 接线柱。而BIFFI 电动执行器葵花接线端子盘外径与其他几个品牌一样，仅接线端子分布规律不同、采用直线错位排列分布。动力输入电源线端子在接线端子盘的底部。

经过观察分析，根据澳托克、ROTORK，特福隆3 个品牌动力电源接线柱的分布位置在执行器葵花接线端子盘拆卸安装专用工具的主盘中心部位开4 个Φ 7 mm 的孔，采用4颗M5 的螺栓即可将主盘固定在接线盘上，与复位顶板上的4 个螺孔距离调整一致。在复位安装BIFFI 执行器葵花接线盘时，将复位顶板安装到主盘上即可，在安装其他品牌的执行器葵花接线盘时将复位顶板拆除，主盘直接连接执行器葵花接线端子盘动力输入4 个M5 的螺栓即可实现拆卸、复位安装。

这样，一款适用于澳托克、ROTORK、特福隆、BIFFI 等品牌常用电动执行器的葵花接线盘拆卸、安装复位的专用工具，就设计制造完成了。

4 结束语

在天然气生产现场工艺流程中，越来越多的控制阀门安装有电动执行机构，通过就地、远程操作便能方便、迅捷地执行开、关阀命令，实现天然气的生产运行和关断功能。在运行过程中，电动执行机构集成电路板故障发生率不断上升，利用电动执行器拆卸安装专用工具能对BIFFI、澳托克、ROTORK、特福隆等执行器的葵花接线端子盘进行拆卸、复位安装，确保阀门的正常开断功能、生产顺利进行。