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1、第五节 执行器的故障分析与处理在调节阀使用过程中经常会出现各种形式的故障，这些故障的产生直接影响到工艺流程的控制和生产装置的平稳运行。在本节主要介绍调节阀在应用过程中的故障形式和处理方法。调节阀的故障很多，而且多种多样，而某一种故障的出现也可能有不同的原因。（1）执行机构的主要故障原件 不同类型的调节阀及不同部位有一些关键元件，这些元件也是容易出现故障的元件。 气动执行机构1. 膜片 对薄膜式气动执行机构来说，膜片是最重要的元件，在气源系统正常的情况下，如果执行机构不动作，就应该想到膜片是否破裂、是否没安装好。当金属接触面的表面有尖角、毛刺等缺陷时就会把膜片扎破，而膜片绝对不能有泄漏。另外，膜
2、片使用时间过长，工作环境温度过高，材料老化也会影响使用。2. 推杆 要检查推杆有无弯曲、变形、脱落。推杆与阀杆连接要牢固，位置要调整好，不漏气。3. 弹簧 要检查弹簧有无断裂。制造、加工、热处理不当都会使弹簧断裂。有些弹簧在过大的载荷作用下，也可能断裂。 电动执行机构1. 电机 检查是否能转动，是否容易过热，是否有足够的力矩和藕合力。2. 伺服放大器 检查是否有输出，是否能调整。3. 减速机构 各厂家的减速机构各不同。因此要检查其转动零件轴、齿轮、蜗轮等是否损坏，是否磨损过大。4. 力矩控制器 根据具体结构检查其失灵原因。（2） 阀的主要故障元件1. 阀体 要经常检查阀体内壁的受腐蚀和磨损情况
3、，特别是用于腐蚀介质和高压差、空化作用等恶劣工艺条件下的阀门，必须保证其耐压强度和耐腐、耐磨性能。2. 阀芯 因为阀芯起到调节和切断流体的作用，是活动的截流元件，因此受介质的冲刷、腐蚀、颗粒的碰撞最为严重，在高压差、空化情况下更易损坏，所以要检查它的各部分是否破坏、磨损、腐蚀，是否要维修或更换。3. 阀座 阀座接合面是保证阀门关闭的关键，它受腐受磨得情况也比较严重。而且由于介质的渗透，是固定阀座的螺纹内表面常常受到腐蚀而松动，要特别检查这一部位。4. 阀杆 要检查阀杆与阀芯、推杆的连接有无松动，是否产生过大的变形、裂纹和腐蚀。5. 导向套 导向套与阀芯导向部分的间隙是最容易被忽视的，在检修时要
4、对其间隙进行测量。因为导向间隙过大会使阀芯与阀杆的连接在较大压差下折断。导向间隙根据阀门工作温度选取。6. 连接件 要检查连接件内螺纹是否完好，当阀杆旋入或夹紧时能否满足调节阀动作需求。7. 填料 检查聚四氟乙烯或者其他填料是否老化、缺油、变质，填料是否压紧。8. 垫片及 O 形圈 这些易损零件不能裂损、老化。9. 上、下阀盖平衡孔 检查上、下阀盖的平衡孔是否堵塞。调节阀的检修和日常维护是延长调节阀使用寿命的一个重要环节。在检修时通过对故障现象的查找和判断。能够快速的确认故障位置，提高检修效率。当调节阀采用石墨一石棉为填料时， 大约三个月应在填料上添加一次润滑油，以保证调节阀灵活好用。如发现填
5、料压帽压得很低，则应补充填料，如发现聚四氟乙燥填料硬化，则应及时更换；应在巡回检查中注意调节阀的运行情况，检查阀位指示器和调节器输出是否吻合；对有定位器的调节阀要经常检查气源，发现问题及时处理；应经常保持调节阀的卫生以及各部件完整好用。 下面介绍这些故障产生的原因和处理方法。一、提高寿命的方法1) 大开度工作延长寿命法让调节阀一开始就尽量在最大开度上工作，如 90%。这样，汽蚀、冲蚀等破坏发生在阀芯头部上。随着阀芯破坏，流量增加，相应阀再关一点，这样不断破坏逐步关闭。使整个阀芯全部充分利用，直到阀芯根部及密封面破坏不能使用为止。同时大开度工作节流间隙大冲蚀减弱，这比一开始就让阀在中间开度和小开
6、度上工作提高寿命 15 倍以上。如某化工厂采用此法，阀的使用寿命提高了 2 倍。2)减小 S 增大工作开度提高寿命法减小 S 即增大系统除调节阀外的损失，使分配到阀上的压降降低，为保证流量通过调节阀，必然增大调节阀开度。同时，阀上压降减小，使气蚀、冲蚀也减弱。具体办法有；阀后设孔板节流消耗压降；关闭管路上串联的手动阀，至调节阀获得较理想的工作开度为止。对一开始阀选大处于小开度工作时，采用此法十分简单，方便，有效。3)缩小口径增大工作开度提高寿命法通过把阀的口径减小来增大工作开度，具体办法有：换一台小一档口径的阀，如 DN32 换成 DN25；阀体不变更，更换小阀座直径的阀芯阀座。如某化工厂大修
7、时将节流件 dgl0 更换为dg8，寿命提高了 1 倍。4)转移破坏位置提高寿命法把破坏严重的地方转移到次要位置，以保护阀芯阀座的密封面和节流面。5)增长节流通道提高寿命法增长节流通道最简单的就是加厚阀座，使阀座孔增长，形成更长的节流通道。一方面可使流闭型节流后的突然扩大延后，起转移破坏位置，使之远离密封面的作用；另一方面，又增加了节流阻力，减小了压力的恢复程度，使汽蚀减弱。有的把阀座孔内设计成台阶式，波浪式，就是为了增加阻力，削弱汽蚀。这种方法在引进装置中的高压阀上和将老的阀加以改进时经常使用，也十分有效。6)改变流向提高寿命法流开型向着开方向流，汽蚀，冲蚀主要作用在密封面上，使阀芯根部和阀
8、芯阀座密封面很快遭受破坏；流闭型向着闭方向流，汽蚀，冲蚀作用在节流之后，阀座密封面以下，保护了密封面和阀芯根部，延长了寿命。故作流开型使用的阀，当延长寿命的问题较为突出时，只需改变流向即可延长寿命 12 倍。但在改变流向时执行机构必须具有足够的推力和弹簧的反作用力，否则阀门全部关闭时会产生开启困难的现象。7)改用特殊材料提高寿命法为抗汽蚀(破坏形状如蜂窝状小点 )和冲刷(流线型的小沟) ，可改用耐汽蚀和冲刷的特殊材料来制造节流件。这种特殊材料有 6YC-1，A4 钢，司太莱，硬质合金等。为抗腐蚀，可改用更耐腐蚀，并有一定机械性能，物理性能的材料。这种材料分为非金属材料(如橡胶，四氟，陶瓷等)和
9、金属材料(如蒙乃尔，哈氏合金等)两类。8)改变阀结构提高寿命法采取改变阀结构或选用具有更长寿命的阀的办法来达到提高寿命的目的，如选用多级式阀，反汽蚀阀，耐腐蚀阀等。二、调节阀经常卡住或堵塞的防堵(卡) 方法1)清洗法管路中的焊渣，铁锈，渣子等在节流口，导向部位，下阀盖平衡孔内造成堵塞或卡住使阀芯曲面，导向面产生拉伤和划痕，密封面上产生压痕等。这经常发生于新投运系统和大修后投运初期。这是最常见的故障。遇此情况，必须卸开进行清洗，除掉渣物，如密封面受到损伤还应研磨；同时将底塞打开，以冲掉从平衡孔掉入下阀盖内的渣物，并对管路进行冲洗。投运前，让调节阀全开，介质流动一段时间后再纳入正常运行。2)外接冲
10、刷法对一些易沉淀，含有固体颗粒的介质采用普通阀调节时，经常在节流口，导向处堵塞，可在下阀盖底塞处外接冲刷气体和蒸汽。当阀产生堵塞或卡住时，打开外接的气体或蒸气阀门，即可在不动调节阀的情况下完成冲洗工作，使阀正常运行。3)安装管道过滤器法对小口径的调节阀，尤其是超小流量调节阀，其节流间隙特小，介质中不能有一点点渣物。遇此情况堵塞，最好在阀前管道上安装一个过滤器，以保证介质顺利通过。带定位器使用的调节阀，定位器工作不正常，其气路节流口堵塞是最常见的故障。因此，带定位器工作时，必须处理好气源，通常采用的办法是在定位器前气源管线上安装空气过滤减压阀4)增大节流间隙法如介质中的固体颗粒或管道中被冲刷掉的
11、焊渣和锈物等因过不了节流口造成堵塞，卡住等故障，可改用节流间隙大的节流件节流面积为开窗，开口类的阀芯，套筒，因其节流面积集中而不是圆周分布的，故障就能很容易地被排除。如果是单，双座阀就可将柱塞形阀芯改为V形口的阀芯，或改成套筒阀等。例如某化工厂有一台双座阀经常卡住，推荐改用套筒阀后，问题马上得到解决。5)介质冲刷法利用介质自身的冲刷能量，冲刷和带走易沉淀，易堵塞的东西，从而提高阀的防堵功能。常见的方法有：改作流闭型使用；采用流线型阀体；将节流口置于冲刷最厉害处，采用此法要注意提高节流件材料的耐冲蚀能力。6)直通改为角形法直通为倒 S 流动，流路复杂，上，下容腔死区多，为介质的沉淀提供了地方。角
12、形连接，介质犹如流过 90弯头，冲刷性能好，死区小，易设计成流线形。因此，使用直通的调节阀产生轻微堵塞时可改成角形阀使用。三，调节阀外泄的解决方法1)增加密封油脂法对未使用密封油脂的阀，可考虑增加密封油脂来提高阀杆密封性能。2)增加填料法为提高填料对阀杆的密封性能，可采用增加填料的方法。通常是采用双层，多层混合填料形式，单纯增加数量，如将 3 片增到 5 片，效果并不明显。 3）更换石墨填料法大量使用的四氟乙烯填料，因其工作温度在-40+250 范围内，当温度上下限变化较大时，其密封性便明显下降，老化快，寿命短。柔性石墨可以克服这些缺点，使用寿命长。 4）改变流向，置 P2（阀后压）在阀杆端法
13、 也就是将压力较低一端置于阀后，降低了填料发生外漏的可能。5）更换密封垫片可采用石墨缠绕垫片或高强石墨垫片。四、 调节阀振动的解决方法1）增加刚度法对振荡和轻微振动，可增大刚度来消除或减弱，如选用大刚度的弹簧，改用活塞执行机构等办法都是可行的。2）增加阻尼法增加阻尼即增加对振动的摩擦，如套筒阀的阀塞可采用“O”形圈密封，采用具有较大摩擦力的石墨填料等，这对消 除或减弱轻微的振动还是有一定作用的。3）增大导向尺寸，减小配合间隙法轴塞形阀一般导向尺寸都较小，所有阀配合间隙一般都较大，有 0.4lmm，这对产生机械振动是有帮助。因此，在发生轻微的机械振动时，可通过增大导向尺寸，减小配合间隙来削弱振动
14、。4）改变节流件形状，消除共振法因调节阀的所谓振源发生在高速流动、压力急剧变化的节流口，改变节流件的形状即可改变振源频率，在共振不强烈时比较容易解决。具体办法是将在振动开度范围内阀芯曲面车削 0.51。0mm。如某厂家属区附近安装了一台自力式压力调节阀，因共振产生啸叫影响职工休息，我们将阀芯曲面车掉 0.5mm 后，共振啸叫声消失。5）更换节流件消除共振法。其方法有：更换流量特性，对数改线性，线性改对数；更换阀芯形式。如将轴塞形改为“V”形槽阀芯，将双座阀轴塞型改成套筒型；将开窗口的套筒改为打小孔的套筒等。如某氮肥厂一台 DN25 双座阀，阀杆与阀芯连接处经常振断，我们确认为共振后，将直线特性
15、阀芯改为对数性阀芯，问题得到解决。又如某航空学院实验室用一台 DN200 套筒阀，阀塞产生强烈旋转无法投用，将开窗口的套筒改为打小孔的套筒后，旋转立即消失。6）更换调节阀类型以消除共振 。不同结构形式的调节阀，其固有频率自然不同，更换调节阀类型是从根本上消除共振的最有效的方法。一台阀在使用中共振十分厉害强烈地振动（严重时可将阀破坏） ，强烈地旋转（甚至阀杆被振断、扭断） ，而且产生强烈的噪音（高达 100 多分贝）的阀，只要把它更换成一台结构差异较大的阀，立刻见效，强烈共振奇迹般地消失。如某维尼纶厂新扩建工程选用一台 DN200 套筒阀，上述三种现象都存在， DN300 的管道随之跳动，阀塞旋
16、转，噪音 100 多分贝，共振开度 2070，考虑共振开度大，改用一台双座阀后，共振消失，投运正常。7）减小汽蚀振动法对因空化汽泡破裂而产生的汽蚀振动，自然应在减小空化上想办法。让气泡破裂产生的冲击能量不作用在固体表面上，特别是阀芯上，而是让液体吸收。套筒阀就具有这个特点，因此可以将轴塞型阀芯改成套筒型。采取减小空化的一切办法，如增加节流阻力，增大缩流口压力，分级或*减压等。8）避开振源波击法外来振源波击引起阀振动，这显然是调节阀正常工作时所应避开的，如果 产生这种振动，应当采取相应的措施。五、调节阀稳定性较差时的解决办法；1）改变不平衡力作用方向法在稳定性分析中，已知不平衡力作用同与阀关方向相同时，即对阀产生关闭趋势时，阀稳定性差。对阀工作在上述不平衡力条件下时，选用改变其作用方向的方法，通常是把流闭型改为流开型，一般来说都能方便地解决阀的稳定性问题。2）避免阀自身不稳定区工作法有的阀受其自身结构的限制，在某些开度上工作时
