水廠老式氣動(dòng)蝶閥及其自動(dòng)化控制的改造

韓 陽(yáng) 孫大軍　孫志民　

　　提要 原老式氣動(dòng)蝶閥密封不嚴(yán)，開(kāi)關(guān)不自如且自動(dòng)化程度低，吉林市三水廠通過(guò)對(duì)其機(jī)械、氣動(dòng)、電氣三方面進(jìn)行改造，提高了閥門(mén)的性能和自動(dòng)化控制程度。
　　關(guān)鍵詞 雙偏心 聚四氟活密封 氣動(dòng)改造 電氣改造

1 原氣動(dòng)閥門(mén)及開(kāi)關(guān)操作情況

　　吉林市三水廠沉淀池共有24個(gè)排泥閥門(mén)，原閥門(mén)為DN300老式中線型橡膠套死密封氣動(dòng)蝶閥，于1997年5月投入使用。原氣動(dòng)裝置有V—0.6/7C型注油空壓機(jī)1臺(tái)，Φ600×1138×8貯氣罐1個(gè)，408型二位五通電磁閥24個(gè)，電磁閥前氣路為DN20鍍鋅鋼管，電磁閥后氣路為氧氣帶。
　　 閥門(mén)開(kāi)關(guān)操作步驟：(1)當(dāng)開(kāi)啟氣動(dòng)閥門(mén)時(shí)，先啟動(dòng)空壓機(jī)，壓縮空氣通過(guò)鋼管進(jìn)入貯氣罐，當(dāng)貯氣罐氣壓達(dá)到0.4Mpa以上時(shí)，打開(kāi)貯氣罐出氣閥門(mén)，壓縮空氣進(jìn)入電磁閥。按下電氣操作臺(tái)開(kāi)啟按鈕使電磁閥動(dòng)作，壓縮空氣從電磁閥出來(lái)通過(guò)氧氣帶進(jìn)入閥門(mén)氣動(dòng)頭開(kāi)啟氣嘴，在壓縮空氣的作用力下，閥門(mén)打開(kāi)。(2)排泥結(jié)束后，按下操作臺(tái)關(guān)閉按鈕使電磁閥動(dòng)作，壓縮空氣從電磁閥出來(lái)通過(guò)氧氣帶進(jìn)入閥門(mén)氣動(dòng)頭關(guān)閉氣嘴。在壓縮空氣的作用下，閥門(mén)關(guān)閉。

2 閥門(mén)及其控制系統(tǒng)改造的原因

2.1 閥門(mén)本身機(jī)械問(wèn)題
　　 由于閥門(mén)本身質(zhì)量和長(zhǎng)時(shí)間頻繁開(kāi)關(guān)的原因，閥門(mén)橡膠密封套老化磨損變形，大部分閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)漏水，有的閥門(mén)間或出現(xiàn)打不開(kāi)的現(xiàn)象。
2.2 自動(dòng)化控制問(wèn)題
　　 因?yàn)殡姶砰y內(nèi)氣孔很細(xì)小，而壓縮空氣由于以下原因經(jīng)常堵塞電磁閥內(nèi)氣孔：(1)空壓機(jī)為機(jī)油型，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后產(chǎn)生的氣體有時(shí)帶機(jī)油且機(jī)油中含雜質(zhì)。(2)氣路中鍍鋅鋼管時(shí)間長(zhǎng)出現(xiàn)銹蝕，隨氣體進(jìn)入電磁閥。(3)壓縮空氣潮濕含水且水中攜帶雜質(zhì)。
　　 由于電磁閥堵塞不能動(dòng)作，造成崗位人員無(wú)法在值班室操作臺(tái)對(duì)閥門(mén)氣動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，只能人為下到排泥井閥門(mén)旁用氧氣帶插入氣動(dòng)頭開(kāi)啟和關(guān)閉氣嘴進(jìn)行閥門(mén)開(kāi)關(guān)，非常麻煩且危險(xiǎn)不安全。

3 具體改造方法

　　2002年８月，我們?cè)陂y門(mén)本體、氣動(dòng)裝置、電氣控制三方面對(duì)閥門(mén)及自控系統(tǒng)進(jìn)行了全面改造。
3.1 閥門(mén)本身機(jī)械部分
3.1.1 把蝶閥驅(qū)動(dòng)方式由老中線式改成新雙偏心式
　　 （1） 改造方法
　　通過(guò)更換閥板件來(lái)達(dá)到改變?cè)y的中線型結(jié)構(gòu)，具體做法是首先在閥板的兩個(gè)閥座軸線上設(shè)計(jì)出一個(gè)偏心值，其次是對(duì)閥板與閥座原同軸心的設(shè)計(jì)更改為偏心設(shè)計(jì)，即閥板的厚度中心與傳動(dòng)軸的中心在閥體的軸向設(shè)計(jì)出一個(gè)偏心值，從而實(shí)現(xiàn)雙偏心結(jié)構(gòu)。
　 (2)雙偏心結(jié)構(gòu)的工作原理

圖1 雙偏心結(jié)構(gòu)原理圖

　　工作原理：通過(guò)A和B產(chǎn)生雙偏心，當(dāng)閥板以O(shè)′為中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，形成凸輪效應(yīng)，結(jié)果使閥板與閥座產(chǎn)生自緊作用，同時(shí)減少了密封面的磨損，增加了使用壽命，使操作力矩更小。
　　 （3） 老中線結(jié)構(gòu)和新雙偏心結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
　　中線式蝶閥閥板與閥板軸同心，閥門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，閥板與橡膠套始終保持著摩擦狀態(tài)。多次開(kāi)關(guān)后，在閥軸根部，磨損部位易產(chǎn)生滲漏，有時(shí)橡膠套甚至卡住閥板，使閥門(mén)無(wú)法開(kāi)關(guān)。
　　 雙偏心式蝶閥在開(kāi)啟時(shí)，閥板與閥座的密封面自動(dòng)脫離并保持一定距離，兩個(gè)密封件不再做無(wú)用功磨損，故密封面不易受損和老化。
　　 （4）雙偏心結(jié)構(gòu)的其它優(yōu)點(diǎn)
　　 ①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、可靠性強(qiáng)。②開(kāi)閉性能好、省力、輕巧。③密封性好，氣體試驗(yàn)漏氣量為零。④流量特性趨于直線，調(diào)節(jié)性能好。
3.1.2 把橡膠套死密封改成聚四氟活密封
　　（1）聚四氟具有的優(yōu)點(diǎn)：良好的塑性和韌性、耐腐蝕、抗老化、摩擦系數(shù)低、無(wú)毒。
　?。?）活密封的優(yōu)點(diǎn)：把密封圈改成用螺絲固定在閥體上可拆卸的活密封圈，可以很方便地進(jìn)行修復(fù)和更換，而更換一個(gè)密封圈的費(fèi)用僅是購(gòu)買(mǎi)一個(gè)新閥門(mén)的1/10。
　?。?）為增強(qiáng)密封的剛度，四氟塑料環(huán)在經(jīng)機(jī)械加工后，又車(chē)制出一件鋼骨架，使兩個(gè)部件通過(guò)過(guò)盈配合達(dá)到緊密結(jié)合。
3.1.3 把原蝶板采用的電鍍層防腐改成焊銅。
　　原蝶板的密封面是通過(guò)鍍層進(jìn)行防腐，在介質(zhì)的腐蝕和密封套的接觸磨擦下，鍍層容易發(fā)生脫落，使蝶板銹蝕，造成閥門(mén)漏水。改造時(shí)，我們對(duì)蝶板密封面進(jìn)行焊銅，然后再進(jìn)行機(jī)械加工，使密封面達(dá)到規(guī)定的光潔度要求，確保密封面的磨損降到最低，從而增強(qiáng)了蝶板防腐蝕的效果。
3.2 氣動(dòng)部分
3.2.1 在氣動(dòng)部分，我們主要做了以下改造：
　　(1)把閥門(mén)的氣缸拆卸下來(lái)進(jìn)行清洗，對(duì)氣缸內(nèi)的易損部件進(jìn)行更換。
　　(2)把空壓機(jī)改成WW－0.6/7型全無(wú)油空壓機(jī)。利用壓力繼電器，使空壓機(jī)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，確保貯氣罐內(nèi)氣壓始終在所需數(shù)值。當(dāng)貯氣罐內(nèi)氣壓降到0.4Mpa，空壓機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)貯氣罐內(nèi)氣壓升到0.7Mpa，空壓機(jī)自動(dòng)停運(yùn)。貯氣罐穩(wěn)定的氣壓保證了崗位人員隨時(shí)可以進(jìn)行排泥，改變了以前在排泥前先啟動(dòng)空壓機(jī)并待貯氣罐氣壓達(dá)到所需數(shù)值時(shí)才能進(jìn)行排泥的狀況。
　　(3)把空壓機(jī)至電磁閥間的氣路改成Φ15鋁塑管，把電磁閥至閥門(mén)氣動(dòng)頭間的氣路改成φ4尼龍管。
　　(4)在貯氣罐后、電磁閥前新增2套(1用1備)JCD—5SG型冷凍式干燥機(jī)，干燥機(jī)前配有1臺(tái)C—001—D型精密過(guò)濾器，干燥機(jī)后配有T—001—D型過(guò)濾器1臺(tái)、AF4000—04D自動(dòng)排水器1臺(tái)。
3.2.2 壓縮空氣路徑

圖2 壓縮空氣路徑圖

表1 氣動(dòng)設(shè)備、材料表(對(duì)應(yīng)圖2)

序號(hào)

名稱(chēng)

型號(hào)、規(guī)格

序號(hào)

名稱(chēng)

型號(hào)、規(guī)格

1

空壓機(jī)

WW-0.6/7

6

過(guò) 濾 器

T-001-D

2

貯氣罐

Φ600×1138×8

7

電 磁 閥

00165

3

過(guò)濾器

C-001-D

8

氣動(dòng)閥門(mén)

DN300

4

干燥機(jī)

JCD-5SG

9

鋁 塑 管

Φ15

5

排水器

AF4000-04D

10

尼 龍 管

6mm×4mm

3.3 電氣部分
3.3.1 在電氣部分，我們主要做了以下改造：
　　 (1) 把電磁閥改成00165型二位五通電磁閥。
　　 (2) 在值班室新安裝電氣操作臺(tái)一個(gè)，操作臺(tái)配有：
　　 ①空壓機(jī)電流表、電壓表各一塊
　　 ②空壓機(jī)開(kāi)啟和關(guān)閉按鈕各一個(gè)
　　 ③每個(gè)閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉按鈕各一個(gè)，共48個(gè)
　　 ④每個(gè)閥門(mén)開(kāi)啟指示燈(綠色)和關(guān)閉指示燈(紅色)各一個(gè)，共48個(gè)
　　(3)在氣動(dòng)頭上開(kāi)啟和關(guān)閉位置各設(shè)有一個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)分別和操作臺(tái)上指示燈連接，閥門(mén)打開(kāi)綠燈亮，閥門(mén)關(guān)閉紅燈亮，使崗位人員在值班室即可知道閥門(mén)開(kāi)關(guān)情況。
　　 3.3.2 電氣線路圖

圖3 氣動(dòng)閥門(mén)自控電氣線路圖

　　說(shuō)明：圖3中只畫(huà)出4個(gè)氣動(dòng)閥門(mén)的電氣線路圖，其它20個(gè)閥門(mén)的電氣線路與此相同，故省略。

表2 電氣設(shè)備表(對(duì)應(yīng)圖3)

符號(hào)

名稱(chēng)

型號(hào)

符號(hào)

名稱(chēng)

型號(hào)

QA

啟動(dòng)按鈕

LA18-22

RD

熔斷器

RD-20

TA

停止按鈕

LA18-22

CJ

交流接觸器

CJ10-10

LD

綠色信號(hào)燈

XD5

D

電磁閥

00165

HD

紅色信號(hào)燈

XD5

A

微動(dòng)開(kāi)關(guān)

SW1TCH

3.3.3電氣控制工作過(guò)程
　　(1)當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕QA時(shí)，接觸器CJ得電，電磁閥D動(dòng)作，壓縮空氣通過(guò)電磁閥D進(jìn)入閥門(mén)氣動(dòng)頭開(kāi)啟氣嘴，閥門(mén)打開(kāi)。氣動(dòng)頭上方指示桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，與開(kāi)方向的微動(dòng)開(kāi)關(guān)A彈性金屬片接觸，微動(dòng)開(kāi)關(guān)A的開(kāi)方向節(jié)點(diǎn)閉合，與之連接的綠色信號(hào)燈LD亮。
　　(2)當(dāng)按下停止按鈕TA時(shí)，接觸器CJ失電，電磁閥D動(dòng)作，壓縮空氣通過(guò)電磁閥D進(jìn)入閥門(mén)氣動(dòng)頭關(guān)閉氣嘴，閥門(mén)關(guān)閉。氣動(dòng)頭上方指示桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，與關(guān)方向的微動(dòng)開(kāi)關(guān)A彈性金屬片接觸，微動(dòng)開(kāi)關(guān)A的關(guān)方向節(jié)點(diǎn)閉合，與之連接的紅色信號(hào)燈HD亮。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 通過(guò)上述氣動(dòng)閥門(mén)和自控的改造取得了如下效果：
　　(1)每個(gè)老閥門(mén)通過(guò)改造比買(mǎi)新閥門(mén)節(jié)省3000元，24個(gè)閥門(mén)共節(jié)省資金72000元。
　　(2)改造后的運(yùn)行使用效果較好。半年來(lái)，閥門(mén)和控制系統(tǒng)未出現(xiàn)任何故障。
　　(3)閥門(mén)改造后，開(kāi)關(guān)自如且嚴(yán)密不漏水。
　　(4)氣動(dòng)部分改造后，保證了壓縮空氣的干燥清潔且氣壓可以隨時(shí)進(jìn)行閥門(mén)開(kāi)關(guān)。
　　(5)電動(dòng)部分改造后，崗位人員只需在值班室按動(dòng)電鈕就可對(duì)閥門(mén)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制并通過(guò)觀察指示燈掌握開(kāi)關(guān)情況，無(wú)需其它任何操作，實(shí)現(xiàn)了足不出戶的自動(dòng)化。
4.2 改造后發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題
　　氣動(dòng)裝置中壓縮空氣干燥器為冷凍式，需要用器皿對(duì)過(guò)濾器和自動(dòng)排水器進(jìn)行接水和排水，比較麻煩。我們計(jì)劃以后把干燥器改成硅膠填料式干燥器，通過(guò)硅膠吸水進(jìn)行干燥，這樣只需定期對(duì)硅膠填料進(jìn)行干燥和更換即可，可大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

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◇作者通訊處：132001　 吉林市松江東路67號(hào)　 吉林市自來(lái)水三廠
E-mail:　hanyang898@163.com
孫大軍　 孫志民　　132011 吉林市自來(lái)水總公司

※注：

1、此文發(fā)表于國(guó)家核心期刊《給水排水》2003年第8期P74—76頁(yè)。
2、此文被評(píng)為2002年度東北給水排水技術(shù)情報(bào)網(wǎng)年會(huì)論文一等獎(jiǎng)。
3、此文還被收錄于《中國(guó)科技發(fā)展經(jīng)典文庫(kù)》第三輯。