楊 勝，楊衛(wèi)東，何智勇，張智結(jié)，王 蘭

（中國(guó)石油西南油氣田分公司重慶氣礦，重慶 400020）

0 引言

隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的逐步推進(jìn)，智能遠(yuǎn)控設(shè)備陸陸續(xù)續(xù)進(jìn)入一線生產(chǎn)施工現(xiàn)場(chǎng)。為減小操作員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作設(shè)備逐步升級(jí)為電動(dòng)智能進(jìn)行開關(guān)驅(qū)動(dòng)。在天然氣生產(chǎn)場(chǎng)站，智能電動(dòng)執(zhí)行器不僅是天然氣生產(chǎn)工藝管道、輸氣干線、閥室，球閥及其他類型閥門的驅(qū)動(dòng)裝置，也是燃?xì)夤艿腊l(fā)生泄漏、爆管等緊急情況下，能快速、可靠地關(guān)斷天然氣閥門及時(shí)控制風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。其中，電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線盤是連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部電路板和外部控制線路的通道，常見的電動(dòng)執(zhí)行器主要有ROTORK、澳托克、BIFFI 等品牌，接線盤分別由51 個(gè)接線端子或55 接線個(gè)端子組成遠(yuǎn)程、就地控制、模擬量調(diào)節(jié)控制、總線控制、開關(guān)量信號(hào)反饋、模擬量信號(hào)反饋、故障報(bào)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(nèi)，為防止雨水進(jìn)入電氣腔室，通常采用O 形密封圈密封、利用卡簧進(jìn)行限位固定。接線端子故障時(shí)，要求維護(hù)人員在生產(chǎn)場(chǎng)站能快速地處理ROTORK、澳托克葵花接線盤端子或BIFFI 電動(dòng)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(chǎn)場(chǎng)站的時(shí)間，特別是在高含硫生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)（圖1）。因執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部空間狹小，受位置的局限性，常規(guī)工具拆除一臺(tái)ROTORK、澳托克執(zhí)行機(jī)構(gòu)的接線盤用時(shí)長(zhǎng)、效率低，還容易損傷O 形密封圈，特別是拆卸和安裝BIFFI 電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線盤時(shí)，難度較大，有時(shí)根本無(wú)法將葵花接線盤拆卸出電源艙盒。針對(duì)以上問(wèn)題，提出制作一種快速拆卸、安裝上述執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(dòng)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(dòng)執(zhí)行器葵花接線端子盤作業(yè)前，首先斷開電動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)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(shí)需兩名操作人員互相配合，一人手持開了槽的簡(jiǎn)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(guò)簡(jiǎn)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(xiàn)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(duì)簡(jiǎn)單方便，使用工器具也較少，但在多次對(duì)同一接線端子盤進(jìn)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(yùn)行，存在安全隱患。

拆卸BIFFI 電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線端子盤時(shí)，其葵花接線端子盤與澳托克等其他幾個(gè)品牌電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線端子盤設(shè)計(jì)不同，直徑5 mm 的輸入動(dòng)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(dòng)力電源輸入端子設(shè)置在接線盤中心部位。通常只能將兩顆M5×120 mm 螺桿穿過(guò)簡(jiǎn)易工具固定在接線端子上E1 和E2 旁的預(yù)留螺母上，用扳手均勻的緊固螺帽讓接線盤受力向上移動(dòng)。但在操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)葵花接線盤紋絲未動(dòng)，而預(yù)留E1 和E2 螺母座已被拉出、簡(jiǎn)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(wú)法拆除執(zhí)行器的葵花接頭線端子盤，檢維修作業(yè)無(wú)法順利進(jìn)行。

1.2 問(wèn)題分析

通過(guò)對(duì)以上常用品牌電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線端子盤的拆卸，發(fā)現(xiàn)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(gè)接線端子組成。接線端子盤與機(jī)體采用O 形密封圈防水，端子盤背后用導(dǎo)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(guò)程中不同步、摩擦阻力增大，會(huì)使電源接線端子座因受力過(guò)大而導(dǎo)致絲扣滑扣、引起輸入動(dòng)力電源線接觸不良，影響執(zhí)行器安全運(yùn)行；O 形密封圈因受力不對(duì)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(dǎo)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(yán)重時(shí)會(huì)影響執(zhí)行器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

BIFFI 電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線端子盤直徑同樣為163 mm，由55 個(gè)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(jī)體殼與葵花接線端子盤之間采用過(guò)緊配合、O形密封圈并涂抹防水密封膠來(lái)防止雨水、濕潤(rùn)空氣進(jìn)入執(zhí)行器內(nèi)部。使用簡(jiǎn)易工具拆卸葵花接線端子盤時(shí)，著力點(diǎn)在兩邊的預(yù)留螺母上，兩點(diǎn)向上承受拉力，在旋緊螺帽的過(guò)程中不能保證同步，造成整個(gè)葵花接線盤兩個(gè)方向受力不均勻，反而加大摩阻，導(dǎo)致無(wú)法成功實(shí)施葵花接線端子盤的拆卸、安裝工作，從而影響電動(dòng)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(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員檢維修操作帶來(lái)了不少困擾，也限制了此項(xiàng)作業(yè)的進(jìn)一步開展。拆卸安裝BIFFI 電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線盤也因此成為該項(xiàng)目需要解決的難題。因此，需設(shè)計(jì)制作出既能拆除ROTORK、澳托克、特福隆等品牌，又能拆除BIFFI 電動(dòng)執(zhí)行器的葵花接線盤的多用途專用拆卸、安裝工具。

2 設(shè)計(jì)制作多用途專用工具

2.1 多用途工具的設(shè)計(jì)要求

針對(duì)傳統(tǒng)簡(jiǎn)易工具拆卸電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線端子盤所存在的問(wèn)題，為降低作業(yè)人員操作難度，提高拆卸、安裝質(zhì)量和檢維修工作效率，消除安全隱患，設(shè)計(jì)制作一款閥門電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線端子盤拆卸、安裝專用工具。可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的作業(yè)環(huán)境，通過(guò)利用專用工具能迅速拆除電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線端子盤、檢維修后復(fù)位安裝。設(shè)計(jì)的專用拆卸、安裝工具應(yīng)符合以下3 個(gè)要求：

（1）滿足天然氣生產(chǎn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧、重量輕、操作靈活方便、易掌控。

（3）實(shí)用性強(qiáng)、作業(yè)質(zhì)量高，能勝任國(guó)內(nèi)外多個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器品牌葵花接線端子盤的拆卸與安裝。

2.2 制作過(guò)程及設(shè)計(jì)思路

電動(dòng)執(zhí)行器電源艙內(nèi)的葵花接線端子盤為圓柱體結(jié)構(gòu)，與筒體之間的結(jié)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(jié)合面間的間隙進(jìn)入到執(zhí)行器機(jī)構(gòu)內(nèi)部。因密封間隙很小，所以摩擦阻力相對(duì)較大。在葵花接線端子盤拆卸過(guò)程中，所需的拉力相應(yīng)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(gè)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(shí)現(xiàn)。

經(jīng)過(guò)測(cè)量獲取BIFFI 電動(dòng)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(gè)同徑大小的圓盤，結(jié)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(diǎn)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(diǎn)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(zhǎng)度為220 mm 的100 號(hào)槽鋼，在中部開Φ14 mm的孔，兩端根據(jù)BIFFI 電動(dòng)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(gè)直徑為44 mm 的圓形板，一個(gè)圓板平面上部與ROTORK、澳托克電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線端子盤中心部位的動(dòng)力輸入電源端子相同位置開4 個(gè)Φ7 mm的孔制作成為一個(gè)復(fù)位頂板（圖5）。另一個(gè)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(gè)復(fù)位螺帽（圖6）。

圖4 支梁

圖5 復(fù)位頂板

圖6 復(fù)位螺帽

通過(guò)主盤、拔拉螺栓、支梁、復(fù)位頂板、復(fù)位螺帽及M5 和M3 的螺桿組合成一個(gè)電動(dòng)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(dòng)執(zhí)行器葵花接線端子盤拆卸、安裝復(fù)位時(shí)組合使用（圖7）。

圖7 拆卸、安裝組合專用工具

2.3 使用實(shí)例

利用本文研制的專用工具，拆卸、復(fù)位BIFFI 電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線端子盤的過(guò)程如下。

2.3.1 拆卸步驟

（1）切斷電動(dòng)執(zhí)行器的輸入電源，打開電動(dòng)執(zhí)行器電源艙艙蓋，拆除輸入動(dòng)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(guò)螺孔對(duì)正，校正位置使用M3 固定螺桿進(jìn)行定位，使用M5 和M3 的螺桿將主盤固定葵花接線盤上，調(diào)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(guò)支梁，將支梁兩端固定在電動(dòng)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(zhuǎn)螺帽，將旋轉(zhuǎn)扭力轉(zhuǎn)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(guò)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(gè)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(gè)拔拉螺栓分配傳導(dǎo)給55 顆小螺桿上，每個(gè)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(guò)程中軸線與拔拉螺栓保持一致，葵花接線盤中軸線不會(huì)發(fā)生偏移，接線座也不會(huì)被拉出來(lái)，通過(guò)不斷旋進(jìn)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(lái)，便可對(duì)后端的集成電路板進(jìn)行檢修維護(hù)，電路板檢修完成后需要對(duì)葵花接線盤進(jìn)行回裝復(fù)位操作。

2.3.2 復(fù)位步驟

（1）將復(fù)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(jù)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(jìn)行固定，在電動(dòng)執(zhí)行器葵花接線盤圓柱面涂抹少許潤(rùn)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(nèi)。

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

（4）將支梁固定在電動(dòng)執(zhí)行器電源艙筒體上，兩端采用螺栓進(jìn)行固定，旋轉(zhuǎn)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(nèi)部，復(fù)位后安裝定位卡簧，便可完成復(fù)位安裝。

3 專用工具使用效果比較

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

經(jīng)過(guò)觀察分析，根據(jù)澳托克、ROTORK，特福隆3 個(gè)品牌動(dòng)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(gè)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(fù)位頂板上的4 個(gè)螺孔距離調(diào)整一致。在復(fù)位安裝BIFFI 執(zhí)行器葵花接線盤時(shí)，將復(fù)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(shí)將復(fù)位頂板拆除，主盤直接連接執(zhí)行器葵花接線端子盤動(dòng)力輸入4 個(gè)M5 的螺栓即可實(shí)現(xiàn)拆卸、復(fù)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(dòng)執(zhí)行器的葵花接線盤拆卸、安裝復(fù)位的專用工具，就設(shè)計(jì)制造完成了。

4 結(jié)束語(yǔ)

在天然氣生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工藝流程中，越來(lái)越多的控制閥門安裝有電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)就地、遠(yuǎn)程操作便能方便、迅捷地執(zhí)行開、關(guān)閥命令，實(shí)現(xiàn)天然氣的生產(chǎn)運(yùn)行和關(guān)斷功能。在運(yùn)行過(guò)程中，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)集成電路板故障發(fā)生率不斷上升，利用電動(dòng)執(zhí)行器拆卸安裝專用工具能對(duì)BIFFI、澳托克、ROTORK、特福隆等執(zhí)行器的葵花接線端子盤進(jìn)行拆卸、復(fù)位安裝，確保閥門的正常開斷功能、生產(chǎn)順利進(jìn)行。