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電動執行機構的船用化應用
發布時間:2007-12-17 14:32:27
來自: ---互聯網
1 引言

    1.1 問題的提出

    隨著國內外電子技術的迅猛發展,工業控制水平的不斷提高,艦艇動力裝置的控制系統也在不斷完善。近年已陸續將機械調節或就地手操改為電氣控制或電液控制,由電動調節閥代替原機械式的減壓閥。但控制系統中的薄弱環節始終是電動執行機構,欲提高自動化水平,必須采用高可靠電動執行機構,才能確保控制系統工作可靠性,因此,必須進行滿足船用條件、工作性能高度可靠的電動執行機構研究方面的工作。

    1.2 技術性能指標

    改進完善的電動執行機構的技術性能指標:

    (1)輸入信號為4~20mADC或1~5VDC;
    (2)負載電阻為500Ω;
    (3)死區為1%~9.9%可調;
    (4)基本誤差≤±1.5% ;
    (5)供電電源為380VAC、50Hz;
    (6)環境溫度為-30~60℃
    (7)防護等級為IP68。

    2 選型

    我國自行設計生產的DKZ、DKJ電動執行機構,廣泛應用于工業領域。從1989年用于艦艇水位控制以來,多次出現故障,故障部位基本是機械銹蝕,內部位置反饋電路的差動變壓器連桿上的螺釘易脫落,且零點調整極不方便。

    近年,國內電動執行機構廠家紛紛引進國外技術,有的是全套進口執行機構器件,國內組裝,生產技術進行國產化;有的進口主要器件和殼體,國內組裝;也有的進口原裝執行機構。例如,德國西門子公司的2SA15、2SB15執行機構,它的接插部分,現場操作部分,信號開關部分,轉換部分均是獨立的箱體,與執行機構主體分別依靠4個螺釘連接,彼此之間電纜連接外露,其船用沖擊、振動試驗不易過關。再如,英國ROTORK公司IQM智能型及AQ型執行機構,其產品廣泛用于歐、美州及中東,其防護等級為IP68。IQM智能型執行機構內部參數的調整是通過紅外給定器實施的,一旦參數整定完畢,其內部參數就不會改變。

    通過調研,英國ROTORK公司IQM智能型電動執行機構可靠性相對較高,它較之目前市場所見到的電動執行機構有更多的優勢。首先是它的智能化,紅外技術的引進具有時代特征,其特點更接近要求;其二,它的外型尺寸相對比較小,在艦船上容易布置、安裝;其三,調試方便,它可以不打開電動執行機構蓋子,便可通過IQ設定器調整執行機構及調節閥的狀態參數;其四,防護等級高,可達IP68;其五,控制電機的開關采用的固態繼電器,反饋部件采用的是霍爾效應原理,工作可靠性高;其六,IQ給定器具有通用性,可互換,其參數整定方便、靈活。

    從市場的調研來看,國內的電動執行機構與國外的同類產品相比差距較大,包括引進國外技術從而進行國產化的電動執行機構,與進口原裝的電動執行機構質量上比較也存在著一定的差別。目此,選擇IQM系列電動執行機構,在它的基礎上進行改進、完善,這樣工作量少、易于達到設計要求,改進后的產品可體現先進性、工作可靠性高,可裝艇應用。

    3 船用化處理

    IQM智能型電動執行機構,雖說具有較好的性能指標,但它依舊屬于工業產品,而艦艇應用環境惡劣,潮濕、鹽霧較為嚴重,為此對IQM電動執行機構進行了船用化處理。

    3.1 噴涂三防漆

    為預防潮氣進入,對IQM執行機構內部6塊電路板進行了潔化處理及涂覆三防漆,以達到防護電路板及板上元器件因鹽霧、霉菌、潮濕等降低其絕緣性能的目的。

    3.2 加固處理

    IQM電動執行機構內部控制電路板及其部件由O型圈固定在一起,置于電動執行機構殼內。為防止電動執行機構因劇烈振動和沖擊而使其松散,另加了機械卡窟及固定控制板的不銹鋼緊固件。

    3.3 密封處理

    IQM電動執行機構的電纜出口,用塑料螺栓緊固。為防潮氣進入接線端子處,從而降低端子的絕緣電阻。進行了填料函設計及加工,以代替原執行機構上進線的塑料螺栓。

    3.4 試驗

    3.4.1 船用環境條件試驗

    改進完善后的電動執行機構通過了按GJB4-83標準進行的高溫、低溫、低溫儲存、恒定濕熱、沖擊、振動、外殼防水等艦用環境條件試驗考核,所試項目全部臺格。

    3.4.2 通電考核實驗

    IQM電動執行機構進行了連續通電考核試驗,設備工作正常。

    3.4.3 系統試驗

    將電動執行機構、調節器和模擬控制對象等組成系統,施加多種擾動,系統工作正常,表明電動執行機構滿足控制系統的要求。

    4 位置發送技術研究

    位置反饋信號是操作人員了解調節閥的工作狀態是否正確的手段,同時也作為自動控制系統中調節器的輸入信息之一。電動執行機構的位置發送電路的可靠與否,直接影響到對被控參數的有效控制。所以,位置反饋電路是執行機構中較為重要的環節,是機電聯系的橋梁。國產及引進的電動執行機構最易出現故障的部位多為位置反饋電路。

    IQM電動執行機構位置反饋是利用霍爾效應與扭矩傳感信號轉為脈沖,脈沖信號通過比例計算、模數轉換為電信號對應閥的開度。若需改變閥位行程,可用IQ給定器調整執行機構的行程及運行時間,以適應不同介質、不同控制參數的要求。

    另外,也有電動執行機構由于離合器脫節,電機雖在轉動,閥桿在上下移動或閥在轉動,但閥位反饋信號沒有,為此可考慮將閥轉動部位增加位移傳感器,只要閥動,位移傳感器便由4~20mA電信號指示出來,即直接感受到閥的位置,它不參與系統控制,但可與執行機構位置反饋電路輸出信號比較,相互對照、相互校驗,即使電動執行機構的位置反饋故障,可通過安裝于閥上的位移傳感器指示判斷出故障部位,節省檢修時間,同時可以根據該位移傳感器大小判斷管路的水、汽的流量、壓力情況等其安裝部位可考慮在電動執行機構與閥連接桿上,通過卡箍相連。

    5 結語

    因艦艇工作環境惡劣,現役艦艇上的電動執行機構經常出現故障,嚴重影響了系統的正常工作。為提高艦用環境下的可靠性,改進后的的電動執行機構采取了相應的新舉措。經過電性能試驗,船用環境條件考核試驗,累計通電考核實驗,均滿足技術性能指標要求,達到了預期的效果。它可直接應用于艦艇動力裝置,也可推廣應用于其他化工、電站等領域,具有廣闊的應用前景。


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