電動執(zhí)行器葵花接線盤拆裝專用工具研制

楊 勝，楊衛(wèi)東，何智勇，張智結，王 蘭

（中國石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400020）

0 引言

隨著我國現代化建設的逐步推進，智能遠控設備陸陸續(xù)續(xù)進入一線生產施工現場。為減小操作員工的勞動強度，生產現場手動操作設備逐步升級為電動智能進行開關驅動。在天然氣生產場站，智能電動執(zhí)行器不僅是天然氣生產工藝管道、輸氣干線、閥室，球閥及其他類型閥門的驅動裝置，也是燃氣管道發(fā)生泄漏、爆管等緊急情況下，能快速、可靠地關斷天然氣閥門及時控制風險的關鍵設備。其中，電動執(zhí)行器葵花接線盤是連接執(zhí)行機構內部電路板和外部控制線路的通道，常見的電動執(zhí)行器主要有ROTORK、澳托克、BIFFI 等品牌，接線盤分別由51 個接線端子或55 接線個端子組成遠程、就地控制、模擬量調節(jié)控制、總線控制、開關量信號反饋、模擬量信號反饋、故障報警輸出功能[1]。

葵花接線盤安裝在執(zhí)行器電源艙接線盒內，為防止雨水進入電氣腔室，通常采用O 形密封圈密封、利用卡簧進行限位固定。接線端子故障時，要求維護人員在生產場站能快速地處理ROTORK、澳托克葵花接線盤端子或BIFFI 電動執(zhí)行器I/O電路葵花接線端子盤電路板故障，以減少滯留在天然氣生產場站的時間，特別是在高含硫生產現場（圖1）。因執(zhí)行機構內部空間狹小，受位置的局限性，常規(guī)工具拆除一臺ROTORK、澳托克執(zhí)行機構的接線盤用時長、效率低，還容易損傷O 形密封圈，特別是拆卸和安裝BIFFI 電動執(zhí)行器葵花接線盤時，難度較大，有時根本無法將葵花接線盤拆卸出電源艙盒。針對以上問題，提出制作一種快速拆卸、安裝上述執(zhí)行機構葵花接線盤的多用途組合工具。

圖1 ROTORK 和BIFFI 執(zhí)行器葵花接線盤

1 拆卸閥門電動執(zhí)行器葵花接線端子盤

1.1 傳統(tǒng)作業(yè)方法

拆除電動執(zhí)行器葵花接線端子盤作業(yè)前，首先斷開電動執(zhí)行器動力電源，打開電源艙盒蓋，拆除執(zhí)行器接線端子盤的固定卡簧。作業(yè)時需兩名操作人員互相配合，一人手持開了槽的簡易工具固定在電源盒端面，電源接線端子在接線盤的正中間，另一人用兩顆M5×120 mm 雙頭絲桿穿過簡易工具，固定在ROTORK、澳托克執(zhí)行器葵花接線盤（L1L2）接線端子上，用扳手分別旋緊左右兩邊的螺桿的螺帽，讓接線盤兩邊均勻受力拉出葵花接線盤（圖2）。接線盤拉出后，觀察到電源接線端子絲扣有滑扣、O 形密封圈輕微磨損現象。

圖2 ROTORK 和BIFFI 執(zhí)行器葵花接線盤拆卸傳統(tǒng)作業(yè)方法

該拆卸葵花接線端子盤的操作流程相對簡單方便，使用工器具也較少，但在多次對同一接線端子盤進行拆卸檢修后，有可能影響執(zhí)行器接線端子盤前后的防水密閉性能和電源連接線的緊密度，容易造成接觸不良，影響執(zhí)行器正常運行，存在安全隱患。

拆卸BIFFI 電動執(zhí)行器葵花接線端子盤時，其葵花接線端子盤與澳托克等其他幾個品牌電動執(zhí)行器葵花接線端子盤設計不同，直徑5 mm 的輸入動力電源接線端子位置在接線盤的底部，其他品牌的執(zhí)行器動力電源輸入端子設置在接線盤中心部位。通常只能將兩顆M5×120 mm 螺桿穿過簡易工具固定在接線端子上E1 和E2 旁的預留螺母上，用扳手均勻的緊固螺帽讓接線盤受力向上移動。但在操作過程中發(fā)現葵花接線盤紋絲未動，而預留E1 和E2 螺母座已被拉出、簡易工具變形、M5×120 mm 絲桿滑扣。因此，傳統(tǒng)工具的拆卸方法無法拆除執(zhí)行器的葵花接頭線端子盤，檢維修作業(yè)無法順利進行。

1.2 問題分析

通過對以上常用品牌電動執(zhí)行器葵花接線端子盤的拆卸，發(fā)現傳統(tǒng)的拆卸工具在使用中存在缺陷。例如，ROTORK、澳托克、特福隆執(zhí)行器葵花接線端子盤直徑163 mm，由51 個接線端子組成。接線端子盤與機體采用O 形密封圈防水，端子盤背后用導線與電路板插件連接。用傳統(tǒng)作業(yè)方法，不同步緊固兩顆螺帽，接線端子盤兩顆M5×120 mm 的絲桿受力不均勻，在牽引過程中不同步、摩擦阻力增大，會使電源接線端子座因受力過大而導致絲扣滑扣、引起輸入動力電源線接觸不良，影響執(zhí)行器安全運行；O 形密封圈因受力不對稱而造成局部磨損。因有部分磨損，O 形密封圈密閉性、防潮功能下降，導致電器元件在自然環(huán)境中受潮，線路短路燒毀執(zhí)行器，嚴重時會影響執(zhí)行器的安全穩(wěn)定運行。

BIFFI 電動執(zhí)行器葵花接線端子盤直徑同樣為163 mm，由55 個端子組成，I/O 電路板與葵花接線端子采用錫焊連接。BIFFI 執(zhí)行器的機體殼與葵花接線端子盤之間采用過緊配合、O形密封圈并涂抹防水密封膠來防止雨水、濕潤空氣進入執(zhí)行器內部。使用簡易工具拆卸葵花接線端子盤時，著力點在兩邊的預留螺母上，兩點向上承受拉力，在旋緊螺帽的過程中不能保證同步，造成整個葵花接線盤兩個方向受力不均勻，反而加大摩阻，導致無法成功實施葵花接線端子盤的拆卸、安裝工作，從而影響電動執(zhí)行器的檢修。

由于傳統(tǒng)的拆除方法存在著這些弊端，不僅給現場作業(yè)人員檢維修操作帶來了不少困擾，也限制了此項作業(yè)的進一步開展。拆卸安裝BIFFI 電動執(zhí)行器葵花接線盤也因此成為該項目需要解決的難題。因此，需設計制作出既能拆除ROTORK、澳托克、特福隆等品牌，又能拆除BIFFI 電動執(zhí)行器的葵花接線盤的多用途專用拆卸、安裝工具。

2 設計制作多用途專用工具

2.1 多用途工具的設計要求

針對傳統(tǒng)簡易工具拆卸電動執(zhí)行器葵花接線端子盤所存在的問題，為降低作業(yè)人員操作難度，提高拆卸、安裝質量和檢維修工作效率，消除安全隱患，設計制作一款閥門電動執(zhí)行器葵花接線端子盤拆卸、安裝專用工具?？梢愿鶕F場不同的作業(yè)環(huán)境，通過利用專用工具能迅速拆除電動執(zhí)行器葵花接線端子盤、檢維修后復位安裝。設計的專用拆卸、安裝工具應符合以下3 個要求：

（1）滿足天然氣生產操作要求的安全性，不損傷O 形密封圈密封面和葵花接線端子盤外觀。

（2）結構簡單輕巧、重量輕、操作靈活方便、易掌控。

（3）實用性強、作業(yè)質量高，能勝任國內外多個電動執(zhí)行器品牌葵花接線端子盤的拆卸與安裝。

2.2 制作過程及設計思路

電動執(zhí)行器電源艙內的葵花接線端子盤為圓柱體結構，與筒體之間的結合面采用靜密封方式，為防止艙外流體或固體微粒從相鄰結合面間的間隙進入到執(zhí)行器機構內部。因密封間隙很小，所以摩擦阻力相對較大。在葵花接線端子盤拆卸過程中，所需的拉力相應增大。而且必須保證葵花接線盤的中心軸線不能偏移，否則造成整個盤體傾斜而摩擦阻力更加增大，一旦接線盤受力不均，拉出葵花接線盤就幾乎不可能實現。

經過測量獲取BIFFI 電動執(zhí)行器葵花接線端子盤的外部尺寸，利用一塊厚度為5 mm 的鋼板加工一個同徑大小的圓盤，結合原葵花接線端子盤上接線柱位置分別在主盤相同定位點上使用鉆頭開Φ5 mm 和Φ7 mm 的圓孔制作成主盤，主盤圓中心點部位開Φ12 mm 孔并攻絲，便于安裝M12 的單頭拔拉螺栓（圖3）。

圖3 主盤

利用一段長度為220 mm 的100 號槽鋼，在中部開Φ14 mm的孔，兩端根據BIFFI 電動執(zhí)行器電源艙體上螺孔的位置開好孔制作成為支梁（圖4）。另外加工制作兩個直徑為44 mm 的圓形板，一個圓板平面上部與ROTORK、澳托克電動執(zhí)行器葵花接線端子盤中心部位的動力輸入電源端子相同位置開4 個Φ7 mm的孔制作成為一個復位頂板（圖5）。另一個圓板中部開Φ14 mm的孔，在孔上部焊接一顆M12 的螺帽并與孔同心，制作成為一個復位螺帽（圖6）。

圖4 支梁

圖5 復位頂板

圖6 復位螺帽

通過主盤、拔拉螺栓、支梁、復位頂板、復位螺帽及M5 和M3 的螺桿組合成一個電動執(zhí)行器葵花接線端子盤的拆卸、安裝組合專用工具，可分別在電動執(zhí)行器葵花接線端子盤拆卸、安裝復位時組合使用（圖7）。

圖7 拆卸、安裝組合專用工具

2.3 使用實例

利用本文研制的專用工具，拆卸、復位BIFFI 電動執(zhí)行器葵花接線端子盤的過程如下。

2.3.1 拆卸步驟

（1）切斷電動執(zhí)行器的輸入電源，打開電動執(zhí)行器電源艙艙蓋，拆除輸入動力電源線。

（2）拆除葵花接線盤定位卡簧。

（3）將單頭拔拉螺栓串入主盤，旋緊絲扣，組裝好拔拉螺桿與主盤后，將主盤放至葵花接線盤平面，通過螺孔對正，校正位置使用M3 固定螺桿進行定位，使用M5 和M3 的螺桿將主盤固定葵花接線盤上，調整好主盤的平整度。

（4）安裝在主盤中心孔上的單頭拔拉螺桿穿過支梁，將支梁兩端固定在電動執(zhí)行器電源艙筒體上固定好。

（5）將M12 的單頭拔拉螺桿裝上配套墊片和螺帽。使用扳手旋轉螺帽，將旋轉扭力轉換成接線盤的上升拉力，施加在M12 的單頭拔拉螺桿上的上升拉力通過螺桿傳遞到主盤上，主盤再將拉力分別傳遞給盤上的55 顆小螺栓，這樣葵花接線盤上每個接線端子所受到的拉力均勻，避免了傳統(tǒng)方法中所有摩擦阻力分配給兩顆M5 的螺栓上。而使用這種方法，將摩擦阻力由一個拔拉螺栓分配傳導給55 顆小螺桿上，每個螺栓所受拉力相比傳統(tǒng)方法要小很多，避免了葵花接線盤上的螺母座被拔出本體。葵花接線盤在拉升過程中軸線與拔拉螺栓保持一致，葵花接線盤中軸線不會發(fā)生偏移，接線座也不會被拉出來，通過不斷旋進拔拉螺栓上的螺帽逐步將葵花接線盤拔拉出電源艙筒體，從而拆卸下檢修接線盤后部電路板。

（6）葵花接線盤拔拉出來，便可對后端的集成電路板進行檢修維護，電路板檢修完成后需要對葵花接線盤進行回裝復位操作。

2.3.2 復位步驟

（1）將復位頂板安裝在主盤中心部位上并旋緊4 顆定位螺釘固定。

（2）將主盤放在葵花接線盤平面，根據螺孔開孔位置定位，分別使用M5 和M3 螺桿將主盤與葵花接線盤進行固定，在電動執(zhí)行器葵花接線盤圓柱面涂抹少許潤滑密封脂，連接好接線盤后部的控制線路接口后放入電源艙內。

（3）將復位螺帽安裝在支梁中心部位使用M5 進行固定，將M12 拔拉螺桿穿過支梁和復位螺帽。

（4）將支梁固定在電動執(zhí)行器電源艙筒體上，兩端采用螺栓進行固定，旋轉M12 拔拉螺桿，逐步將執(zhí)行器葵花接線盤頂回電源艙筒體內部，復位后安裝定位卡簧，便可完成復位安裝。

3 專用工具使用效果比較

對比各個品牌的電動執(zhí)行器葵花接線電子盤的結構，發(fā)現澳托克、ROTORK、特福隆等品牌的電動執(zhí)行器葵花接線盤結構相差不大，主體結構基本上一致，均是以一個錐形的圓塔盤作為接線端子的載體、51 個接線端子呈圓弧階梯狀均勻分布。中心部位是動力線的輸入接線柱，圍繞動力線輸入接線柱周圍分別布置為信號輸入、輸出M3 接線柱。而BIFFI 電動執(zhí)行器葵花接線端子盤外徑與其他幾個品牌一樣，僅接線端子分布規(guī)律不同、采用直線錯位排列分布。動力輸入電源線端子在接線端子盤的底部。

經過觀察分析，根據澳托克、ROTORK，特福隆3 個品牌動力電源接線柱的分布位置在執(zhí)行器葵花接線端子盤拆卸安裝專用工具的主盤中心部位開4 個Φ 7 mm 的孔，采用4顆M5 的螺栓即可將主盤固定在接線盤上，與復位頂板上的4 個螺孔距離調整一致。在復位安裝BIFFI 執(zhí)行器葵花接線盤時，將復位頂板安裝到主盤上即可，在安裝其他品牌的執(zhí)行器葵花接線盤時將復位頂板拆除，主盤直接連接執(zhí)行器葵花接線端子盤動力輸入4 個M5 的螺栓即可實現拆卸、復位安裝。

這樣，一款適用于澳托克、ROTORK、特福隆、BIFFI 等品牌常用電動執(zhí)行器的葵花接線盤拆卸、安裝復位的專用工具，就設計制造完成了。

4 結束語

在天然氣生產現場工藝流程中，越來越多的控制閥門安裝有電動執(zhí)行機構，通過就地、遠程操作便能方便、迅捷地執(zhí)行開、關閥命令，實現天然氣的生產運行和關斷功能。在運行過程中，電動執(zhí)行機構集成電路板故障發(fā)生率不斷上升，利用電動執(zhí)行器拆卸安裝專用工具能對BIFFI、澳托克、ROTORK、特福隆等執(zhí)行器的葵花接線端子盤進行拆卸、復位安裝，確保閥門的正常開斷功能、生產順利進行。