电动闸阀的故障模式

故障安全和驱动

在设计的故障安全系统中，工业过程控制阀根据每件设备与过程流体相互作用的方法进行了复杂的分类。该过程的流程可以被切断、阻塞、节流和挤压。从驱动和控制的角度来看，阀门按操作阀门所需的驱动方法更简单地分类：旋转阀杆和上升阀杆。

本文重点讨论后者。

不同的明杆替代品包括闸阀、截止阀、节流阀和夹管阀。每个都有独特的操作特性，适合首选应用。例如，截止阀适用于必须精确控制过程流量的节流应用。闸阀的主要目的是允许或阻止过程流动。夹管阀非常适用于含有颗粒、粉末和颗粒等固体的浆料工艺。

让我们仔细看看闸阀的故障选项。

在指定闸阀故障场景时，我们有三个选项：打开失败以允许流动、关闭失败以阻止流动和最后一个位置失败。前两个选项是主动故障位置，而第三个选项是被动故障位置。请记住，大多数闸阀上的阀杆在操作过程中会经历线性平移以打开和关闭。工程师最有可能指定一个主动故障位置以控制过程。

在压力释放和管道隔离对系统完整性至关重要的情况下，预测故障期间过程的行为和流量的能力是有利的。在许多情况下，电力、加压空气和加压液压油的可用性决定了用于实现故障位置的驱动方法。出于本文的目的，我们将假设所有电源都可用的理想场景。让我们放大看看在闸阀上实现主动故障位置所需的驱动和控制。

在考虑阀门执行器解决方案时，工程师有五种选择：

• 多圈电动带辅助电源

• 弹簧式隔膜

• 弹簧活塞

• 带蓄电罐的双作用隔膜

• 带动力储存罐的双作用活塞

这些系统都能够存储势能以帮助实现主动故障位置。让我们花点时间了解四种存储势能的方法及其对系统可靠性的影响。

螺旋弹簧作为阀门/执行器组件的一个组成部分。弹簧是一种可靠且有弹性的储存势能的方法。它们独立于电力、管道/连接泄漏、严酷温度和大多数其他类型的非破坏性相互作用。紧密关闭应用需要具有大推力的弹簧，这增加了克服初始弹簧力所需的尺寸。使用螺旋弹簧来提高系统可靠性需要增加执行器尺寸。弹簧加载系统的吸引人的特点是它们可以在接近零损耗的情况下长时间储存势能。

液压蓄能器是主执行器/阀门系统的辅助装置。由于使用加压气体来维持液压压力，因此这种类型的系统在严重的温度变化下容易受到压力波动的影响。此外，管道泄漏可能会导致储存的电力损失。除了这些少数弱点之外，液压蓄能器由于其相对经典的概念和设计，是一种可靠的储存加压液压油的方法。

空气接收器 还可作为主执行器/阀门系统的辅助设备。在这些系统中，储存的压缩空气会因温度变化大而受到压力波动（储存功率）的影响，而管道泄漏存在储存功率损失的可能性。除了这些系统的大系统占地面积外，它们在日常维护方面非常可靠，并且特别有利于通过简单的管道更改保持在故障打开和故障关闭模式之间交替的能力。

铅酸电池、超级电容器和备用发电机是阀门/执行器组件的辅助部件。备用发电机是一种可靠的电源，可进行连续监测，常见于大型罐区和阀门点空间有限的应用中。发电机提供单点备用电源，可以集中放置，同时为多个阀门执行器提供服务。

紧急停机

让我们考虑用于穿越水流的低压管道的紧急关闭阀/执行器系统的应用。如果感测到两点之间的预定压降（管道破裂），则该系统将被设计为隔离流体供应。自动闸阀将是保护周围社区、野生动物和环境完整性的关键组成部分。在为这种情况选择执行器解决方案时，应考虑下面显示的苛刻的故障模式特性。

• 跳闸标准：当管道压力、电力或气动压力丢失时。

• 主动故障位置：关闭（阻止流动）

• 感应反应速度：1秒

• 故障定位速度：6秒

这些约束是世界各地组织的工程师所经历的常见系统设计场景。尽管许多最终用户重视弹簧复位执行器提供的安心，但空间和重量的限制有时会使使用带有空气接收器或备用电源的更轻、更紧凑的系统更有利。因此，工程师的任务通常是指定故障场景、重量、设备尺寸、安全性、材料和系统可靠性的优化组合。经过多年的研究、调查、测试和设计，通用过程控制解决方案拒绝出现。然而，行业不断改进既定规范、最佳实践、标准和经过验证的技术。经过仔细的设计考虑，