水厂老式气动蝶阀及其自动化控制的改造

水厂老式气动蝶阀及其自动化控制的改造

韩 阳 孙大军　孙志民　

　　提要 原老式气动蝶阀密封不严，开关不自如且自动化程度低，吉林市三水厂通过对其机械、气动、电气三方面进行改造，提高了阀门的性能和自动化控制程度。
　　关键词 双偏心 聚四氟活密封 气动改造 电气改造

1 原气动阀门及开关操作情况

　　吉林市三水厂沉淀池共有24个排泥阀门，原阀门为DN300老式中线型橡胶套死密封气动蝶阀，于1997年5月投入使用。原气动装置有V—0.6/7C型注油空压机1台，Φ600×1138×8贮气罐1个，408型二位五通电磁阀24个，电磁阀前气路为DN20镀锌钢管，电磁阀后气路为氧气带。
　　 阀门开关操作步骤：(1)当开启气动阀门时，先启动空压机，压缩空气通过钢管进入贮气罐，当贮气罐气压达到0.4Mpa以上时，打开贮气罐出气阀门，压缩空气进入电磁阀。按下电气操作台开启按钮使电磁阀动作，压缩空气从电磁阀出来通过氧气带进入阀门气动头开启气嘴，在压缩空气的作用力下，阀门打开。(2)排泥结束后，按下操作台关闭按钮使电磁阀动作，压缩空气从电磁阀出来通过氧气带进入阀门气动头关闭气嘴。在压缩空气的作用下，阀门关闭。

2 阀门及其控制系统改造的原因

2.1 阀门本身机械问题
　　 由于阀门本身质量和长时间频繁开关的原因，阀门橡胶密封套老化磨损变形，大部分阀门关闭不严漏水，有的阀门间或出现打不开的现象。
2.2 自动化控制问题
　　 因为电磁阀内气孔很细小，而压缩空气由于以下原因经常堵塞电磁阀内气孔：(1)空压机为机油型，长时间运行后产生的气体有时带机油且机油中含杂质。(2)气路中镀锌钢管时间长出现锈蚀，随气体进入电磁阀。(3)压缩空气潮湿含水且水中携带杂质。
　　 由于电磁阀堵塞不能动作，造成岗位人员无法在值班室操作台对阀门气动实现自动控制，只能人为下到排泥井阀门旁用氧气带插入气动头开启和关闭气嘴进行阀门开关，非常麻烦且危险不安全。

3 具体改造方法

　　2002年８月，我们在阀门本体、气动装置、电气控制三方面对阀门及自控系统进行了全面改造。
3.1 阀门本身机械部分
3.1.1 把蝶阀驱动方式由老中线式改成新双偏心式
　　 （1） 改造方法
　　通过更换阀板件来达到改变原阀的中线型结构，具体做法是首先在阀板的两个阀座轴线上设计出一个偏心值，其次是对阀板与阀座原同轴心的设计更改为偏心设计，即阀板的厚度中心与传动轴的中心在阀体的轴向设计出一个偏心值，从而实现双偏心结构。
　 (2)双偏心结构的工作原理

图1 双偏心结构原理图

　　工作原理：通过A和B产生双偏心，当阀板以O′为中心旋转时，形成凸轮效应，结果使阀板与阀座产生自紧作用，同时减少了密封面的磨损，增加了使用寿命，使操作力矩更小。
　　 （3） 老中线结构和新双偏心结构优缺点对比
　　中线式蝶阀阀板与阀板轴同心，阀门开关时，阀板与橡胶套始终保持着摩擦状态。多次开关后，在阀轴根部，磨损部位易产生渗漏，有时橡胶套甚至卡住阀板，使阀门无法开关。
　　 双偏心式蝶阀在开启时，阀板与阀座的密封面自动脱离并保持一定距离，两个密封件不再做无用功磨损，故密封面不易受损和老化。
　　 （4）双偏心结构的其它优点
　　 ①结构简单、紧凑、可靠性强。②开闭性能好、省力、轻巧。③密封性好，气体试验漏气量为零。④流量特性趋于直线，调节性能好。
3.1.2 把橡胶套死密封改成聚四氟活密封
　　（1）聚四氟具有的优点：良好的塑性和韧性、耐腐蚀、抗老化、摩擦系数低、无毒。
　　（2）活密封的优点：把密封圈改成用螺丝固定在阀体上可拆卸的活密封圈，可以很方便地进行修复和更换，而更换一个密封圈的费用仅是购买一个新阀门的1/10。
　　（3）为增强密封的刚度，四氟塑料环在经机械加工后，又车制出一件钢骨架，使两个部件通过过盈配合达到紧密结合。
3.1.3 把原蝶板采用的电镀层防腐改成焊铜。
　　原蝶板的密封面是通过镀层进行防腐，在介质的腐蚀和密封套的接触磨擦下，镀层容易发生脱落，使蝶板锈蚀，造成阀门漏水。改造时，我们对蝶板密封面进行焊铜，然后再进行机械加工，使密封面达到规定的光洁度要求，确保密封面的磨损降到最低，从而增强了蝶板防腐蚀的效果。
3.2 气动部分
3.2.1 在气动部分，我们主要做了以下改造：
　　(1)把阀门的气缸拆卸下来进行清洗，对气缸内的易损部件进行更换。
　　(2)把空压机改成WW－0.6/7型全无油空压机。利用压力继电器，使空压机运行实现自动化，确保贮气罐内气压始终在所需数值。当贮气罐内气压降到0.4Mpa，空压机自动启动运行；当贮气罐内气压升到0.7Mpa，空压机自动停运。贮气罐稳定的气压保证了岗位人员随时可以进行排泥，改变了以前在排泥前先启动空压机并待贮气罐气压达到所需数值时才能进行排泥的状况。
　　(3)把空压机至电磁阀间的气路改成Φ15铝塑管，把电磁阀至阀门气动头间的气路改成φ4尼龙管。
　　(4)在贮气罐后、电磁阀前新增2套(1用1备)JCD—5SG型冷冻式干燥机，干燥机前配有1台C—001—D型精密过滤器，干燥机后配有T—001—D型过滤器1台、AF4000—04D自动排水器1台。
3.2.2 压缩空气路径

图2 压缩空气路径图

表1 气动设备、材料表(对应图2)

序号

名称

型号、规格

序号

名称

型号、规格

1

空压机

WW-0.6/7

6

过 滤 器

T-001-D

2

贮气罐

Φ600×1138×8

7

电 磁 阀

00165

3

过滤器

C-001-D

8

气动阀门

DN300

4

干燥机

JCD-5SG

9

铝 塑 管

Φ15

5

排水器

AF4000-04D

10

尼 龙 管

6mm×4mm

3.3 电气部分
3.3.1 在电气部分，我们主要做了以下改造：
　　 (1) 把电磁阀改成00165型二位五通电磁阀。
　　 (2) 在值班室新安装电气操作台一个，操作台配有：
　　 ①空压机电流表、电压表各一块
　　 ②空压机开启和关闭按钮各一个
　　 ③每个阀门开启和关闭按钮各一个，共48个
　　 ④每个阀门开启指示灯(绿色)和关闭指示灯(红色)各一个，共48个
　　(3)在气动头上开启和关闭位置各设有一个微动开关分别和操作台上指示灯连接，阀门打开绿灯亮，阀门关闭红灯亮，使岗位人员在值班室即可知道阀门开关情况。
　　 3.3.2 电气线路图

图3 气动阀门自控电气线路图

　　说明：图3中只画出4个气动阀门的电气线路图，其它20个阀门的电气线路与此相同，故省略。

表2 电气设备表(对应图3)

符号

名称

型号

符号

名称

型号

QA

启动按钮

LA18-22

RD

熔断器

RD-20

TA

停止按钮

LA18-22

CJ

交流接触器

CJ10-10

LD

绿色信号灯

XD5

D

电磁阀

00165

HD

红色信号灯

XD5

A

微动开关

SW1TCH

3.3.3电气控制工作过程
　　(1)当按下启动按钮QA时，接触器CJ得电，电磁阀D动作，压缩空气通过电磁阀D进入阀门气动头开启气嘴，阀门打开。气动头上方指示杆逆时针旋转90度，与开方向的微动开关A弹性金属片接触，微动开关A的开方向节点闭合，与之连接的绿色信号灯LD亮。
　　(2)当按下停止按钮TA时，接触器CJ失电，电磁阀D动作，压缩空气通过电磁阀D进入阀门气动头关闭气嘴，阀门关闭。气动头上方指示杆顺时针旋转90度，与关方向的微动开关A弹性金属片接触，微动开关A的关方向节点闭合，与之连接的红色信号灯HD亮。

4 结语

4.1 通过上述气动阀门和自控的改造取得了如下效果：
　　(1)每个老阀门通过改造比买新阀门节省3000元，24个阀门共节省资金72000元。
　　(2)改造后的运行使用效果较好。半年来，阀门和控制系统未出现任何故障。
　　(3)阀门改造后，开关自如且严密不漏水。
　　(4)气动部分改造后，保证了压缩空气的干燥清洁且气压可以随时进行阀门开关。
　　(5)电动部分改造后，岗位人员只需在值班室按动电钮就可对阀门开关进行控制并通过观察指示灯掌握开关情况，无需其它任何操作，实现了足不出户的自动化。
4.2 改造后发现的问题
　　气动装置中压缩空气干燥器为冷冻式，需要用器皿对过滤器和自动排水器进行接水和排水，比较麻烦。我们计划以后把干燥器改成硅胶填料式干燥器，通过硅胶吸水进行干燥，这样只需定期对硅胶填料进行干燥和更换即可，可大大降低劳动强度。

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◇作者通讯处：132001　 吉林市松江东路67号　 吉林市自来水三厂
E-mail:　hanyang898@163.com
孙大军　 孙志民　　132011 吉林市自来水总公司

※注：

1、此文发表于国家核心期刊《给水排水》2003年第8期P74—76页。
2、此文被评为2002年度东北给水排水技术情报网年会论文一等奖。
3、此文还被收录于《中国科技发展经典文库》第三辑。