電動蝶閥傳動機構故障分析

李 斌，韋 春，李 成，朱子龍，李 超

（南水北調中線干線工程建設管理局天津分局，天津300000）

1 南水北調中線天津干線電動蝶閥應用概況

天津干線是南水北調中線工程總干渠的一部分，其主要任務和作用除向天津輸水外，還具有向沿河北省各縣（市）供水任務。天津干線沿線共計向河北供水5 m3/s，渠首自總干渠西黑山分水閘上引水，向東經河北省保定市徐水區、雄安新區、高碑店市及廊坊市固安縣、永清縣，霸州市、安次區進入天津市武清、北辰、西青三區后進入外環河，總長度155 km。天津干線共設分水口9座，分別向沿線縣市供水，在兩處保水堰還設有退水口2座用以應急調度及停水檢修時排出暗涵內積水。退水閘門及分水閘門均采用電動蝶閥控制輸水管道的流量與啟閉。閘門直徑范圍為DN300-DN1400，為帶啟閉刻度的暗桿閘閥，其中9處分水口的電動蝶閥具有遠程控制功能，可以實現遠程閘門開度的調度指令自動化響應。

2 電動蝶閥工作原理概述

電動蝶閥是根據旋轉閥桿同時帶動閥板轉動來啟閉閘門，在閥體圓柱形通道內，圓盤形碟板繞著軸線旋轉，主要是旋轉碟板90°來控制流量，當碟板到達90°時，閥門處于全開狀態，同時可以改變碟板的角度來調節介質流量，一般安裝于管道的直徑方向。電動蝶閥與閥桿自身沒有鎖定能力，為了有效的調節流量需裝渦輪減速器，加裝渦輪減速器的蝶閥不僅使蝶閥有自鎖能力，還能改變蝶閥的操作性能及更準確的調節介質流量。電動蝶閥內部結構如圖1所示。

圖1 電動蝶閥結構示意圖

電動蝶閥的特點：（1）結構簡單，外形尺寸小，重量輕，適用于大孔徑；（2）流體阻力小，全開時，閥座通道有效流通面積較大，因而流體阻力較小；（3）啟閉方便迅速，調節性能好，蝶閥旋轉90°既可完成啟閉；通過改變碟板的旋轉角度可以分級控制流量；（4）啟閉力矩較小，由于轉軸兩側碟板受介質作用基本相等，而產生轉矩的方向相反，因而啟閉較省力；（5）低壓密封性能好，密封面材料一般采用橡膠、塑料，蝶閥的使用壓力和工作溫度范圍較小。

鑒于以上特點，在介質的流量控制系統中，電動蝶閥得到了廣泛的應用，同樣也用于南水北調中線工程的分水閥門參與了沿線受水地區的分水調度。

3 常見故障分析及解決方案

3.1 電動執行機構電機轉動，執行機構輸出軸不轉動

具體原因分析：電動執行機構離合器嚙合在手動側，電動執行機構電機轉動后，導致電機空轉；電動執行機構所帶動的蝸輪蝸桿出現磨損打滑，導致電機空轉，執行機構輸出主軸不轉動；電機電源線接觸不可靠，導致電機轉動不靈活。

解決方案：對于電動執行機構電機空轉，判斷電源無故障后，必須打開電動執行機構一級蝸輪蝸桿箱，檢查蝸輪蝸桿磨損情況，如果磨損嚴重，只能返廠修復，或更換新的電動執行機構；如果為離合器故障，可以針對機械損傷程度制定合適的修復方式，如矯正撥叉部件，重新進行裝配；調整離合器齒輪行程；更換損毀零件等。

3.2 電動執行機構電機過熱故障

具體原因分析：電動執行機構頻繁操作，導致電機真實過熱，引發保護動作；電機轉子軸承損壞無法轉動，由電機堵轉引起電機過熱。

解決方案：對于電機軸承損壞，應更換軸承；對于短期內頻繁啟動的電動蝶閥應適當拉長動作間歇時間，盡可能的對多個動作指令進行合并降低啟停次數。

3.3 電動蝶閥遠程控制總線丟信

具體原因分析：電動蝶閥控制器通信功能損壞：PLC通信模塊故障；通信參數設置與通信模塊不匹配；PLC通信網關接口設置錯誤；信號線破損短路、斷路導致信息傳輸故障。

解決方案：檢查PLC通信模塊、電動蝶閥控制器有無故障報警；檢查通信網關接口是否與系統設置相符，網關接口是否選擇正確；對通信設置參數進行重新校對，檢查通信線路通斷情況。

3.4 蝶閥機械指針與執行機構數字顯示窗口不符

具體原因分析：電動蝶閥渦輪蝸桿傳動機構打滑，脫扣或損壞；電動執行機構控制器損壞，不能正確執行操作指令；機械指針與閥板軸連接松動；閥門初始位置設定有偏差，長期運行后導致誤差累積明顯。

解決方案：用扳手擰緊機械指針與閥板軸連接；如電動執行機構數顯窗是否有跳變、報警、亂碼等故障，應對執行機構進行更換；如渦輪蝸桿傳動機構打滑、脫扣、損壞應對傳動部位進行更換；如初始位置設置有偏差，應當對閥門進行重新校正。

3.5 蝶閥機械限位螺栓損壞

具體原因分析：機械限位螺栓調節位置使渦輪實際角位移范圍小于行程限制器設定范圍，導致渦輪在運動過程中對其機械撞擊造成損壞；電動蝶閥過力矩限制器故障，導致電動操作時對其機械撞擊造成損壞；人工操作手輪轉動蝶閥時，使用借力工具對限位造成損壞。

解決方案：更換已經損壞的機械限位，并對蝶閥傳動系統進行全面的檢查，如果發現傳動系統中多處危險點、薄弱零件發生損壞，應對其進行徹底更換。

4 意見及建議

南水北調中線工程天津干線通水運行4年來，全線44臺電動蝶閥管理規范，保養及時，為工程的平穩運行提供了可靠的設備保障。然而從提高蝶閥使用壽命，保證蝶閥運行狀態，方便蝶閥故障整改的角度出發，對設備的改進提出如下建議：

（1）增加和優化閘站監控系統現地站PLC與觸摸屏的故障分析功能，為運維人員提供必要的故障分析參考，提高電動蝶閥的運維效率。

（2）增加過力矩限制器與行程限制器的反饋信號，在電動操作蝶閥時經控制器將電機進行緊急停機，對傳動機構限位限載，保護內部零部件。

（3）為防止手動操作時發生部分蝶閥傳動機構及機械限位損壞的情況，對蝶閥的傳動保護進行適當的改進，比如在合適位置加裝扭矩限制器；或者將傳動機構的受力危險點設在容易維修和價值較低的零部件處。