水廠老式氣動蝶閥及其自動化控制的改造

韓 陽 孫大軍　孫志民　

　　提要 原老式氣動蝶閥密封不嚴，開關不自如且自動化程度低，吉林市三水廠通過對其機械、氣動、電氣三方面進行改造，提高了閥門的性能和自動化控制程度。
　　關鍵詞 雙偏心 聚四氟活密封 氣動改造 電氣改造

1 原氣動閥門及開關操作情況

　　吉林市三水廠沉淀池共有24個排泥閥門，原閥門為DN300老式中線型橡膠套死密封氣動蝶閥，于1997年5月投入使用。原氣動裝置有V—0.6/7C型注油空壓機1臺，Φ600×1138×8貯氣罐1個，408型二位五通電磁閥24個，電磁閥前氣路為DN20鍍鋅鋼管，電磁閥后氣路為氧氣帶。
　　 閥門開關操作步驟：(1)當開啟氣動閥門時，先啟動空壓機，壓縮空氣通過鋼管進入貯氣罐，當貯氣罐氣壓達到0.4Mpa以上時，打開貯氣罐出氣閥門，壓縮空氣進入電磁閥。按下電氣操作臺開啟按鈕使電磁閥動作，壓縮空氣從電磁閥出來通過氧氣帶進入閥門氣動頭開啟氣嘴，在壓縮空氣的作用力下，閥門打開。(2)排泥結束后，按下操作臺關閉按鈕使電磁閥動作，壓縮空氣從電磁閥出來通過氧氣帶進入閥門氣動頭關閉氣嘴。在壓縮空氣的作用下，閥門關閉。

2 閥門及其控制系統改造的原因

2.1 閥門本身機械問題
　　 由于閥門本身質量和長時間頻繁開關的原因，閥門橡膠密封套老化磨損變形，大部分閥門關閉不嚴漏水，有的閥門間或出現打不開的現象。
2.2 自動化控制問題
　　 因為電磁閥內氣孔很細小，而壓縮空氣由于以下原因經常堵塞電磁閥內氣孔：(1)空壓機為機油型，長時間運行后產生的氣體有時帶機油且機油中含雜質。(2)氣路中鍍鋅鋼管時間長出現銹蝕，隨氣體進入電磁閥。(3)壓縮空氣潮濕含水且水中攜帶雜質。
　　 由于電磁閥堵塞不能動作，造成崗位人員無法在值班室操作臺對閥門氣動實現自動控制，只能人為下到排泥井閥門旁用氧氣帶插入氣動頭開啟和關閉氣嘴進行閥門開關，非常麻煩且危險不安全。

3 具體改造方法

　　2002年８月，我們在閥門本體、氣動裝置、電氣控制三方面對閥門及自控系統進行了全面改造。
3.1 閥門本身機械部分
3.1.1 把蝶閥驅動方式由老中線式改成新雙偏心式
　　 （1） 改造方法
　　通過更換閥板件來達到改變原閥的中線型結構，具體做法是首先在閥板的兩個閥座軸線上設計出一個偏心值，其次是對閥板與閥座原同軸心的設計更改為偏心設計，即閥板的厚度中心與傳動軸的中心在閥體的軸向設計出一個偏心值，從而實現雙偏心結構。
　 (2)雙偏心結構的工作原理

圖1 雙偏心結構原理圖

　　工作原理：通過A和B產生雙偏心，當閥板以O′為中心旋轉時，形成凸輪效應，結果使閥板與閥座產生自緊作用，同時減少了密封面的磨損，增加了使用壽命，使操作力矩更小。
　　 （3） 老中線結構和新雙偏心結構優缺點對比
　　中線式蝶閥閥板與閥板軸同心，閥門開關時，閥板與橡膠套始終保持著摩擦狀態。多次開關后，在閥軸根部，磨損部位易產生滲漏，有時橡膠套甚至卡住閥板，使閥門無法開關。
　　 雙偏心式蝶閥在開啟時，閥板與閥座的密封面自動脫離并保持一定距離，兩個密封件不再做無用功磨損，故密封面不易受損和老化。
　　 （4）雙偏心結構的其它優點
　　 ①結構簡單、緊湊、可靠性強。②開閉性能好、省力、輕巧。③密封性好，氣體試驗漏氣量為零。④流量特性趨于直線，調節性能好。
3.1.2 把橡膠套死密封改成聚四氟活密封
　　（1）聚四氟具有的優點：良好的塑性和韌性、耐腐蝕、抗老化、摩擦系數低、無毒。
　　（2）活密封的優點：把密封圈改成用螺絲固定在閥體上可拆卸的活密封圈，可以很方便地進行修復和更換，而更換一個密封圈的費用僅是購買一個新閥門的1/10。
　　（3）為增強密封的剛度，四氟塑料環在經機械加工后，又車制出一件鋼骨架，使兩個部件通過過盈配合達到緊密結合。
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鍍層進行防腐，在介質的腐蝕和密封套的接觸磨擦下，鍍層容易發生脫落，使蝶板銹蝕，造成閥門漏水。改造時，我們對蝶板密封面進行焊銅，然后再進行機械加工，使密封面達到規定的光潔度要求，確保密封面的磨損降到最低，從而增強了蝶板防腐蝕的效果。
3.2 氣動部分
3.2.1 在氣動部分，我們主要做了以下改造：
　　(1)把閥門的氣缸拆卸下來進行清洗，對氣缸內的易損部件進行更換。
　　(2)把空壓機改成WW－0.6/7型全無油空壓機。利用壓力繼電器，使空壓機運行實現自動化，確保貯氣罐內氣壓始終在所需數值。當貯氣罐內氣壓降到0.4Mpa，空壓機自動啟動運行；當貯氣罐內氣壓升到0.7Mpa，空壓機自動停運。貯氣罐穩定的氣壓保證了崗位人員隨時可以進行排泥，改變了以前在排泥前先啟動空壓機并待貯氣罐氣壓達到所需數值時才能進行排泥的狀況。
　　(3)把空壓機至電磁閥間的氣路改成Φ15鋁塑管，把電磁閥至閥門氣動頭間的氣路改成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，干燥機前配有1臺C—001—D型精密過濾器，干燥機后配有T—001—D型過濾器1臺、AF4000—04D自動排水器1臺。
3.2.2 壓縮空氣路徑

圖2 壓縮空氣路徑圖

表1 氣動設備、材料表(對應圖2)

序號

名稱

型號、規格

序號

名稱

型號、規格

1

空壓機

WW-0.6/7

6

過 濾 器

T-001-D

2

貯氣罐

Φ600×1138×8

7

電 磁 閥

00165

3

過濾器

C-001-D

8

氣動閥門

DN300

4

干燥機

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一個，操作臺配有：
　　 ①空壓機電流表、電壓表各一塊
　　 ②空壓機開啟和關閉按鈕各一個
　　 ③每個閥門開啟和關閉按鈕各一個，共48個
　　 ④每個閥門開啟指示燈(綠色)和關閉指示燈(紅色)各一個，共48個
　　(3)在氣動頭上開啟和關閉位置各設有一個微動開關分別和操作臺上指示燈連接，閥門打開綠燈亮，閥門關閉紅燈亮，使崗位人員在值班室即可知道閥門開關情況。
　　 3.3.2 電氣線路圖

圖3 氣動閥門自控電氣線路圖

　　說明：圖3中只畫出4個氣動閥門的電氣線路圖，其它20個閥門的電氣線路與此相同，故省略。

表2 電氣設備表(對應圖3)

符號

名稱

型號

符號

名稱

型號

QA

啟動按鈕

LA18-22

RD

熔斷器

RD-20

TA

停止按鈕

LA18-22

CJ

交流接觸器

CJ10-10

LD

綠色信號燈

XD5

D

電磁閥

00165

HD

紅色信號燈

XD5

A

微動開關

SW1TCH

3.3.3電氣控制工作過程
　　(1)當按下啟動按鈕QA時，接觸器CJ得電，電磁閥D動作，壓縮空氣通過電磁閥D進入閥門氣動頭開啟氣嘴，閥門打開。氣動頭上方指示桿逆時針旋轉90度，與開方向的微動開關A彈性金屬片接觸，微動開關A的開方向節點閉合，與之連接的綠色信號燈LD亮。
　　(2)當按下停止按鈕TA時，接觸器CJ失電，電磁閥D動作，壓縮空氣通過電磁閥D進入閥門氣動頭關閉氣嘴，閥門關閉。氣動頭上方指示桿順時針旋轉90度，與關方向的微動開關A彈性金屬片接觸，微動開關A的關方向節點閉合，與之連接的紅色信號燈HD亮。

4 結語

4.1 通過上述氣動閥門和自控的改造取得了如下效果：
　　(1)每個老閥門通過改造比買新閥門節省3000元，24個閥門共節省資金72000元。
　　(2)改造后的運行使用效果較好。半年來，閥門和控制系統未出現任何故障。
　　(3)閥門改造后，開關自如且嚴密不漏水。
　　(4)氣動部分改造后，保證了壓縮空氣的干燥清潔且氣壓可以隨時進行閥門開關。
　　(5)電動部分改造后，崗位人員只需在值班室按動電鈕就可對閥門開關進行控制并通過觀察指示燈掌握開關情況，無需其它任何操作，實現了足不出戶的自動化。
4.2 改造后發現的問題
　　氣動裝置中壓縮空氣干燥器為冷凍式，需要用器皿對過濾器和自動排水器進行接水和排水，比較麻煩。我們計劃以后把干燥器改成硅膠填料式干燥器，通過硅膠吸水進行干燥，這樣只需定期對硅膠填料進行干燥和更換即可，可大大降低勞動強度。

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

※注：

1、此文發表于國家核心期刊《給水排水》2003年第8期P74—76頁。
2、此文被評為2002年度東北給水排水技術情報網年會論文一等獎。
3、此文還被收錄于《中國科技發展經典文庫》第三輯。