电动阀门故障特征分析及检测方法研究

韩金志（1998年—5月），性别：男，籍贯：辽宁省沈阳市，民族：汉族，学历：大学本科，职称：助理工程师，研究方向：质量管理，流体控制研究方向

摘要：在深入探讨电动阀门的故障问题时，针对电动机故障、阀门卡涩故障以及控制电路故障等主要类型进行了细致的故障特征分析。这些故障不仅影响电动阀门的正常运行，还可能对整个流体控制系统造成安全隐患。为了及时准确地诊断这些故障，我们提出了基于电流、振动、温升等参数的在线检测方法。这些检测方法能够实时监测电动阀门的运行状态，一旦检测到异常参数，就能迅速判断故障类型，为维修人员提供明确的故障信息和处理建议。

关键词：电动阀门；故障特征；故障检测

引言：电动阀门作为工业自动化控制系统中的重要执行终端，其可靠性直接关系到整个系统的安全运行。但由于长期工作在恶劣环境下，电动阀门极易发生各种故障，如电动机故障、阀门卡涩、控制电路故障等，给生产带来严重影响。因此，对电动阀门故障特征的分析及检测方法的研究具有重要意义。

一、电动阀门常见故障类型及故障特征

（一）电动机故障

电动阀门的电动机故障主要表现为绕组开路和轴承磨损两种情况，绕组开路通常由电线老化或过载操作引起，导致电动机无法形成有效电磁场，进而出现电流波形畸变和局部过热现象。轴承磨损则是因长时间运行或润滑不足造成，会引起电动机内部摩擦增大，导致异常振动、噪音和温升异常。这些故障不仅影响电动阀门的正常运作，还可能对整个系统的安全和效率产生连锁反应。因此，及时的检测和维护电动机对于确保电动阀门的可靠运行至关重要，以避免因故障引发的更大范围的系统问题[1]。

（二）阀门卡涩故障

电动阀门在遇到阀门卡涩故障时，其运行效率和可靠性会受到严重影响。阀门卡涩通常是由于阀门内部的摩擦增加或异物卡阻所致。在这种情况下，电动机为了克服增加的阻力，需要输出更大的扭矩，从而导致电流、振动和温升均异常增大。这种增加的电流会加速电动机绕组的热衰退，可能导致绝缘材料损坏，增加故障发生的风险。同时，异常的振动和高温升也会对电动机的机械结构造成损害，缩短其使用寿命。因此，定期检查和维护阀门，确保其内部清洁且润滑良好，是预防和解决阀门卡涩问题的关键措施，有助于保持电动阀门的高效和稳定运行。

（三）控制电路故障

电动阀门的控制电路故障是影响其正常运行的一个重要因素，控制电路中的元件如继电器、开关和连接器等可能因长期使用而老化，或由于接触不良导致电路连接问题。这些问题会引起控制信号异常，如信号中断或错误信号的发生，进而导致电动机动作异常，如启动失败、反应迟缓或错误操作。例如，接触不良可能导致电动机接收到断断续续的信号，使得阀门动作不连贯，影响系统的整体性能。此外，控制电路的故障还可能引起误操作，使电动阀门在不应该开启或关闭的时候进行操作，增加系统的不稳定性和安全风险。

二、电动阀门故障检测方法

（一）电流检测

电流检测是诊断电动阀门故障的有效方法，通过采集和分析电动机三相电流信号，可以获取电动机及阀门运行状态的重要信息。首先，电流波形能够反映电动机绕组状态，当绕组开路或短路时，三相电流波形会出现明显畸变，与正常工况下的波形存在明显差异;同时，阀门卡涩也会引起电流波形变化，因为电动机需要输出更大的扭矩来克服阻力。其次，电流有效值的变化也能指示故障发生，电动机绕组或轴承出现故障时，由于额外的机械损耗，电流有效值会升高;而阀门卡涩则会使电流有效值剧增，因为需要更大的电流来驱动阀门运动。再次，通过分析电流谐波含量及频率分布，可以进一步诊断故障类型，不同故障会引起不同谐波分量的增大，如轴承故障会使特定频率的谐波增强，利用谐波分析可实现故障识别和分类。电流检测方法能够有效诊断电动阀门中的电动机绕组故障、轴承故障和阀门卡涩故障等，通过对电流波形、有效值和谐波的综合分析，可实现故障的及时发现和精准定位，为电动阀门的维护保养提供重要依据[2]。

（二）振动检测

振动检测是电动阀门故障诊断的另一种常用方法，通过在电动机或阀门壳体上安装振动传感器，可获取设备运行时产生的振动信号，分析其时域和频域特征，从而判断故障类型。在时域上，振动信号的峰值、均方根值等参数能够反映故障严重程度，当电动机轴承磨损或阀门卡涩时，由于运动部件产生更大的冲击力，这些参数会显著增大，与正常工况下的振动水平对比，可判断是否存在故障。在频域上，将振动信号进行傅里叶变换后，不同故障类型会在特征频率处产生突出的频率分量，如轴承故障会在与轴承旋转频率及其倍频相关的频率处出现峰值，阀门卡涩则会引起较低频率分量增强，通过分析频域图谱可对故障类型进行识别和诊断。对于早期轻微故障，可采用包络分析技术，对振动信号进行带通滤波和包络检波，从而突出故障特征频率，提高诊断灵敏度。总之，振动检测技术能有效诊断轴承磨损、阀门卡涩等故障，通过时域、频域和包络分析相结合，可实现故障及时发现、精准定位和程度评估，为状态监测和维护决策提供依据。

（三）温升检测

温升检测是电动阀门故障诊断的重要手段，通过监测电动机绕组温度、轴承温度和阀门壳体温度等关键部位的温度变化，可以及时发现异常发热故障。首先，电动机绕组是主要的热源之一，当绕组发生开路、短路等故障时，会产生额外的热量，使绕组温度升高，安装温度传感器在绕组外壳上，实时监控绕组温升情况，如果温度超过正常工作温度的阈值，就可判断为绕组故障。其次，轴承也是热源，当轴承磨损或润滑不良时，会产生较大的摩擦热，导致轴承温度升高，可在轴承箱体上布置温度传感器，监测轴承温度变化，温度异常升高时，即可判定为轴承故障。再次，阀门在开闭过程中，如果受到卡涩或其他阻力，也会产生较大的热量，可在阀门壳体或关键部位安装温度传感器，当温度异常升高时，即可判断为阀门卡涩或其他故障。温升检测的优点是测量简单、反应灵敏，但也存在无法精确定位故障位置的局限性，因此在实际应用中，温升检测通常与电流、振动等其他检测方法相结合，以提高故障诊断的准确性和可靠性。总之，温升检测能够有效发现电动阀门中电动机绕组、轴承和阀门本体等部件的异常发热故障，是确保电动阀门安全可靠运行的重要手段之一[3]。

结语：在电动阀门故障特征分析及检测方法的研究中，我们旨在为提高其可靠性提供坚实的理论基础和技术支持。然而，理论需与实际相结合，针对不同工况下的电动阀门，进一步优化故障检测算法，以适应复杂多变的工作环境。这样不仅能提高检测的精度，还能确保电动阀门在各种条件下都能稳定、安全地运行。

参考文献：

[1]赵宁，轩兰兰.电动阀门典型故障原因分析[J].阀门，2023（06）：771-775.

[2]曾杰，刘才学，张思强，等.电动阀门故障特征分析及检测方法研究[J].电子测量技术，2021，44（13）：171-176.DOI：10.19651/j.cnki.emt.2106186.

[3]纪文平，宋畅.电动阀门故障分析与研究[J].化工管理，2017（01）：164-165.