淺議閥門電動裝置選型時所須注意的要點(diǎn)

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1.概述

電動閥門廣泛應(yīng)用于市政和工礦企業(yè)的給排水系統(tǒng)。電動閥門由電動裝置、閥門本體、聯(lián)結(jié)附件、控制箱等組成。電動閥門的電動裝置是實(shí)現(xiàn)閥門程控、自控和遙控不可缺少的驅(qū)動設(shè)備。

電動閥門一般是由給排水專業(yè)選型的。給排水專業(yè)技術(shù)人員在工程設(shè)計時須對閥門的電動裝置提出具體的功能要求，并由專業(yè)制造廠商對電動裝置進(jìn)行選型。然而，在實(shí)際工程中經(jīng)常會發(fā)生在現(xiàn)場安裝時，閥門電動驅(qū)動裝置與控制系統(tǒng)沖突等不匹配的現(xiàn)象。這通常是由于在確定電動裝置的功能需求時有不合理或是不完善的地方。

本文就給排水專業(yè)技術(shù)人員在閥門電動裝置選型、確定功能要求時所須注意的要點(diǎn)進(jìn)行了討論和分析，可作為實(shí)際工程中應(yīng)用的參考。

2.閥門電動裝置的組成

電動裝置一般由下列部分組成：專用電動機(jī)減速機(jī)構(gòu)，用以減低電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速；行程控制機(jī)構(gòu)，用以調(diào)節(jié)和準(zhǔn)確控制閥門的啟閉位置；轉(zhuǎn)矩限制機(jī)構(gòu)，用以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩(或推力)并使之不超過預(yù)定值；手動﹑電動切換機(jī)構(gòu)，進(jìn)行手動或電動操作的聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)；開度指示器，用以顯示閥門在啟閉過程中所處的位置。其中，行程控制機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)矩限制機(jī)構(gòu)、手動﹑電動切換機(jī)構(gòu)、開度指示器等合成為電動執(zhí)行器。

3.電動裝置選型、確定功能要求時所須注意的要點(diǎn)

在電動裝置選型、確定功能要求時，需要注意的包括確定電動裝置的IP防護(hù)等級、電動裝置的電源電壓、確定電動裝置的90°運(yùn)行時間、確定電動執(zhí)行器的形式等。

3.1確定電動裝置的IP防護(hù)等級

在進(jìn)行電動裝置選型時，首先要根據(jù)工作環(huán)境和使用要求確定電動裝置的IP防護(hù)等級。下表為IP防護(hù)等級標(biāo)準(zhǔn)。

IP防護(hù)等級標(biāo)準(zhǔn)

IP standards

IP防護(hù)類別是用兩個數(shù)字標(biāo)記的：

例如一個防護(hù)類別           IP       4       4

標(biāo)記字母

第1個標(biāo)記數(shù)字

第2個標(biāo)記數(shù)字

接觸保護(hù)和外來物保護(hù)等級

第1個標(biāo)記數(shù)字

防水保護(hù)等級

第2個標(biāo)記數(shù)字

第1個標(biāo)記數(shù)字

防護(hù)范圍

第2個標(biāo)記

數(shù)字

防護(hù)范圍

名稱

說明

名稱

說明

0

無防護(hù)

--

0

無防護(hù)

--

1

防護(hù)50mm

直徑和更大

的外來物體

探測器，

球體直徑為50mm，

不應(yīng)完全進(jìn)入

1

水滴防護(hù)

垂直落下的水滴不應(yīng)引起損害。

2

防護(hù)12.5mm

直徑和更大

的外來物體

探測器，

球體直徑為12.5mm，

不應(yīng)完全進(jìn)入

2

箱體傾斜15º時，防護(hù)水滴

箱體向任何一側(cè)至傾斜15º角時，垂直落下的水滴不應(yīng)引起損害。

3

防護(hù)2.5mm

直徑和更大

的外來物體

探測器，

球體直徑為2.5mm，

不應(yīng)完全進(jìn)入

3

防護(hù)濺出的水

以60º角從垂直線兩側(cè)濺出的水不應(yīng)引起損害。

4

防護(hù)1.0mm

直徑和更大

的外來物體

探測器，

球體直徑為1.0mm，

不應(yīng)完全進(jìn)入

4

防護(hù)噴水

從每個方向?qū)?zhǔn)箱體的射水都不應(yīng)引起損害。

5

防護(hù)灰塵

不可能完全阻止灰塵進(jìn)入,但是灰塵的進(jìn)入量不應(yīng)超過這樣的數(shù)量,即對裝置或安全造成損害

5

防護(hù)射水

從每個方向?qū)?zhǔn)箱體的射水都不應(yīng)引起損害。

6

灰塵封閉

想體內(nèi)在20毫巴的低壓時不應(yīng)侵入灰塵

6

防護(hù)強(qiáng)射水

從每個方向?qū)?zhǔn)箱體的強(qiáng)射水都不應(yīng)引起損害。

7

防護(hù)短時間浸入水中

箱體在標(biāo)準(zhǔn)壓力下短時間浸入水中時，不應(yīng)有能引起有害作用的水量浸入

8

防護(hù)長期浸入水中

箱體必須在由制造廠和用戶協(xié)商定好的條件下長期浸入水中浸入水中，不應(yīng)有能引起有害作用的水量浸入。但這些條件必須比標(biāo)記數(shù)字7所規(guī)定的復(fù)雜。

一般給排水系統(tǒng)電動閥門驅(qū)動裝置按照工作環(huán)境的不同可分為室外型、戶內(nèi)型。室外型電動閥門驅(qū)動裝置常用的IP防護(hù)等級是IP54或IP55，戶內(nèi)型電動閥門驅(qū)動裝置常用的IP防護(hù)等級是IP43或IP44。通常，給排水系統(tǒng)的閥門電動驅(qū)動裝置不采用潛水型的。

電動裝置的IP防護(hù)等級應(yīng)由給排水專業(yè)技術(shù)人員提出并確定。

3.2電動裝置的電源電壓

目前國內(nèi)用戶常用的電源電壓有380V和24V，具體應(yīng)根據(jù)外界所能提供的電源條件確定。

3.3確定電動裝置的90°運(yùn)行時間

所謂電動裝置的90°運(yùn)行時間，也就是電動閥門開到位、關(guān)到位所需的時間。閥門口徑越大，閥門驅(qū)動裝置的90°運(yùn)行時間越是長。90°運(yùn)行時間要符合閥門及電動裝置本身的要求，該要求是由閥門和電動裝置的專業(yè)制造廠家所確定的。常規(guī)90°運(yùn)行時間可從7.5~30s不等，但同時應(yīng)符合水系統(tǒng)工藝的要求。90°運(yùn)行時間越短，電動裝置電機(jī)功率越大，電流越高。

大功率水泵通常采用閉閥輕載啟動，以降低水泵啟動的電流。在水泵出水管上裝有止回閥、電動閥等。一般閉閥啟動的時間為10~30s，因此，水泵出水管電動閥門的電動裝置的90°運(yùn)行時間應(yīng)與給排水工藝所確定的閉閥啟動時間相一致。閥門的啟閉速度若過快，易產(chǎn)生水擊現(xiàn)象。

在工礦企業(yè)用水中，通常設(shè)有由安全水箱或水塔供水的事故應(yīng)急供水系統(tǒng)。事故應(yīng)急供水管上也常設(shè)有電動閥門，為確保生產(chǎn)的安全，事故供水管電動閥門要求開啟及時、反應(yīng)靈敏，因此，該閥門的電動裝置的90°運(yùn)行時間也應(yīng)盡量縮短。

3.4確定電動執(zhí)行器的形式

3.4.1電動執(zhí)行器的常見形式

1).開關(guān)型（開環(huán)控制）

開關(guān)型電動執(zhí)行器一般實(shí)現(xiàn)對閥門的開或關(guān)控制，閥門要么處于全開位置，要么處于全關(guān)位置，此類閥門不需對介質(zhì)流量進(jìn)行精確控制。 

開關(guān)型電動執(zhí)行器因結(jié)構(gòu)形式的不同還可分為分體結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)。選型時必需對此做出說明，不然經(jīng)常會發(fā)生在現(xiàn)場安裝時與控制系統(tǒng)沖突等不匹配現(xiàn)象。

a).分體結(jié)構(gòu)

分體結(jié)構(gòu)通常稱為普通型，控制單元與電動執(zhí)行器分離，電動執(zhí)行器不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)對閥門的控制，必需外加控制單元才能實(shí)現(xiàn)控制，一般外部采用控制器或控制柜形式進(jìn)行配套。 

b).一體化結(jié)構(gòu)

一體化結(jié)構(gòu)通常稱為整體型，控制單元與電動執(zhí)行器封裝成一體，無需外配控制單元即可現(xiàn)實(shí)就地操作，遠(yuǎn)程只需輸出相關(guān)控制信息就可對其進(jìn)行操作。

 2).調(diào)節(jié)型（閉環(huán)控制） 

調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行器不僅具有開關(guān)型一體化結(jié)構(gòu)的功能，還能對閥門進(jìn)行精確控制，調(diào)節(jié)介質(zhì)流量。

a).控制信號類型

控制信號包括電流、電壓，調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行器控制信號一般有電流信號(4～20mA、0～10mA)或電壓信號(0～5V、1～5V)，選型時需明確其控制信號類型及參數(shù)。 

b).工作形式（電開型、電關(guān)型）

調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行器工作方式一般為電開型（以4～20mA的控制為例，電開型是指4mA信號對應(yīng)的是閥關(guān)，20mA對應(yīng)的是閥開），另一種為電關(guān)型（以4-20mA的控制為例，電開型是指4mA信號對應(yīng)的是閥開，20mA對應(yīng)的是閥關(guān)）。 

c).失信號保護(hù)

失信號保護(hù)是指因線路等故障造成控制信號丟失時，電動執(zhí)行器將控制閥門啟閉到設(shè)定的保護(hù)值，常見的保護(hù)值為全開、全關(guān)、保持原位三種情況。

開關(guān)型電動執(zhí)行器也有失信號保護(hù)。

3.4.2確定電動執(zhí)行器的形式

1).開關(guān)型和調(diào)節(jié)型的確定

在市政和工礦企業(yè)的供水系統(tǒng)中，一般電動閥門的主要功能是打開或關(guān)閉水管路，因此最常用的應(yīng)是開關(guān)型電動執(zhí)行器。

但在工礦企業(yè)工藝設(shè)備的許多中間配管的冷卻水系統(tǒng)中，對于流量、壓力等供水要求的精度非常高，冷卻水流量、壓力的變化對設(shè)備的生產(chǎn)條件產(chǎn)生很大的影響，因此在這種情況下使用的電動閥門應(yīng)配備調(diào)節(jié)型的電動執(zhí)行器。

在確定電動執(zhí)行器是采用開關(guān)型還是調(diào)節(jié)型前，首先應(yīng)對所使用電動閥門的具體工況條件加以深入的了解，然后向?qū)I(yè)制造廠家提出合理的功能要求。

關(guān)于調(diào)節(jié)型控制型號類型和工作形式的確定，應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備的具體生產(chǎn)條件和工況確定。

2).分體結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)形式的確定

分體式結(jié)構(gòu)的電動執(zhí)行器的缺點(diǎn)是不便于系統(tǒng)整體安裝，增加接線及安裝費(fèi)用，且容易出現(xiàn)故障，當(dāng)故障發(fā)生時不便于診斷和維修，性價比不理想。

一體化結(jié)構(gòu)的電動執(zhí)行器的優(yōu)點(diǎn)是方便系統(tǒng)整體安裝，減少接線及安裝費(fèi)用，容易診斷并排除故障。但傳統(tǒng)的一體化結(jié)構(gòu)產(chǎn)品也有很多不完善的地方。

現(xiàn)今，市政和工礦企業(yè)的供水排水系統(tǒng)或循環(huán)水處理系統(tǒng)等的控制均采用PLC及計算機(jī)程序控制，并具備CRT畫面顯示。水系統(tǒng)的控制通常集中設(shè)置于水系統(tǒng)控制室或電氣室，電氣室內(nèi)設(shè)PLC柜和MCC柜。所有現(xiàn)場電裝設(shè)備現(xiàn)場僅設(shè)操作箱，操作箱與電氣室內(nèi)PLC柜相聯(lián)，然后將信號送至MCC柜，最終控制現(xiàn)場的設(shè)備。在這種工況條件下，采用分體式結(jié)構(gòu)的電動執(zhí)行器是比較合理的。如果采用一體化結(jié)構(gòu)的電動執(zhí)行器，其自身的功能可能與水系統(tǒng)控制的整體設(shè)計不能完全匹配，反而容易產(chǎn)生故障。另外，分體式結(jié)構(gòu)的電動執(zhí)行器的價格也比一體化結(jié)構(gòu)的電動執(zhí)行器的價格低。

對于一些水系統(tǒng)簡單、控制要求不高或是僅要求現(xiàn)場控制的工況，可以考慮采用一體化結(jié)構(gòu)的電動執(zhí)行器。

3).關(guān)于失信號保護(hù)的確定

因線路等故障造成控制信號丟失時，閥門究竟應(yīng)該是全開、全關(guān)或保持原位，應(yīng)根據(jù)具體的工藝條件確定，一般情況下，應(yīng)要求閥門保持原位。

大功率水泵出水管上的電動閥門，應(yīng)要求故障時閥門保持原位狀態(tài)。因?yàn)樵撾妱娱y門是與水泵連鎖控制的，泵開閥開，泵關(guān)閥關(guān)。如果該閥門因故障關(guān)閉，而水泵未能及時關(guān)閉，將對水泵設(shè)備和該電動閥門前管路、閥門等造成水錘損害。

對工礦企業(yè)各生產(chǎn)用水點(diǎn)特別是冷卻水用戶處的電動閥門，在電動閥門故障時，也應(yīng)要求其能保持原位狀態(tài)，以免因?yàn)橥蝗粩嗨畬に囋O(shè)備造成損害。

3.5其它

閥門電動裝置另有操作力矩、操作推力、輸出軸轉(zhuǎn)動圈數(shù)、閥桿直徑、輸出轉(zhuǎn)速、電機(jī)功率等主要參數(shù)。該部分參數(shù)均應(yīng)由專業(yè)制造廠家確定。

水系統(tǒng)閥門電動裝置工作的環(huán)境通常為常溫，而一般電動裝置的使用環(huán)境溫度是-20~55℃，所以可不提明確要求。

4.結(jié)論

電動閥門的電動裝置的選型是否合理，對于實(shí)現(xiàn)電動閥門的功能具有決定性的作用。電動裝置的具體選型固然是由專業(yè)制造廠家進(jìn)行的，但在選型之前，應(yīng)由給排水專業(yè)技術(shù)人員提出合理功能需求。

5.參考文獻(xiàn)

閥門電動裝置、電動執(zhí)行器、電裝、電動頭，閥門網(wǎng)，2007.9.15。

 

作者簡介：金亞飚(1975.12- )，男，漢族，籍貫江蘇省常熟市，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院給水排水工程專業(yè)本科畢業(yè)，學(xué)士學(xué)位，高級工程師，主要從事鋼鐵企業(yè)給排水設(shè)計工作。