淺議閥門電動(dòng)裝置選型時(shí)所須注意的要點(diǎn)

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1.概述

電動(dòng)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(dòng)閥門由電動(dòng)裝置、閥門本體、聯(lián)結(jié)附件、控制箱等組成。電動(dòng)閥門的電動(dòng)裝置是實(shí)現(xiàn)閥門程控、自控和遙控不可缺少的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

電動(dòng)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(jì)時(shí)須對(duì)閥門的電動(dòng)裝置提出具體的功能要求，并由專業(yè)制造廠商對(duì)電動(dòng)裝置進(jìn)行選型。然而，在實(shí)際工程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，閥門電動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置的功能需求時(shí)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(dòng)裝置選型、確定功能要求時(shí)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(dòng)裝置的組成

電動(dòng)裝置一般由下列部分組成：專用電動(dòng)機(jī)減速機(jī)構(gòu)，用以減低電動(dòng)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(dòng)﹑電動(dòng)切換機(jī)構(gòu)，進(jìn)行手動(dòng)或電動(dòng)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(dòng)﹑電動(dòng)切換機(jī)構(gòu)、開度指示器等合成為電動(dòng)執(zhí)行器。

3.電動(dòng)裝置選型、確定功能要求時(shí)所須注意的要點(diǎn)

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

3.1確定電動(dòng)裝置的IP防護(hù)等級(jí)

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

IP防護(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

IP standards

IP防護(hù)類別是用兩個(gè)數(shù)字標(biāo)記的：

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

標(biāo)記字母

第1個(gè)標(biāo)記數(shù)字

第2個(gè)標(biāo)記數(shù)字

接觸保護(hù)和外來物保護(hù)等級(jí)

第1個(gè)標(biāo)記數(shù)字

防水保護(hù)等級(jí)

第2個(gè)標(biāo)記數(shù)字

第1個(gè)標(biāo)記數(shù)字

防護(hù)范圍

第2個(gè)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(cè)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(cè)器，

球體直徑為12.5mm，

不應(yīng)完全進(jìn)入

2

箱體傾斜15º時(shí)，防護(hù)水滴

箱體向任何一側(cè)至傾斜15º角時(shí)，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(cè)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(cè)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(gè)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(duì)裝置或安全造成損害

5

防護(hù)射水

從每個(gè)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(shí)不應(yīng)侵入灰塵

6

防護(hù)強(qiáng)射水

從每個(gè)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(shí)間浸入水中

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

8

防護(hù)長(zhǎng)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(zhǎng)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(dòng)閥門驅(qū)動(dòng)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(dòng)閥門驅(qū)動(dòng)裝置常用的IP防護(hù)等級(jí)是IP54或IP55，戶內(nèi)型電動(dòng)閥門驅(qū)動(dòng)裝置常用的IP防護(hù)等級(jí)是IP43或IP44。通常，給排水系統(tǒng)的閥門電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置不采用潛水型的。

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

3.2電動(dòng)裝置的電源電壓

目前國(guó)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(dòng)裝置的90°運(yùn)行時(shí)間

所謂電動(dòng)裝置的90°運(yùn)行時(shí)間，也就是電動(dòng)閥門開到位、關(guān)到位所需的時(shí)間。閥門口徑越大，閥門驅(qū)動(dòng)裝置的90°運(yùn)行時(shí)間越是長(zhǎng)。90°運(yùn)行時(shí)間要符合閥門及電動(dòng)裝置本身的要求，該要求是由閥門和電動(dòng)裝置的專業(yè)制造廠家所確定的。常規(guī)90°運(yùn)行時(shí)間可從7.5~30s不等，但同時(shí)應(yīng)符合水系統(tǒng)工藝的要求。90°運(yùn)行時(shí)間越短，電動(dòng)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(dòng)，以降低水泵啟動(dòng)的電流。在水泵出水管上裝有止回閥、電動(dòng)閥等。一般閉閥啟動(dòng)的時(shí)間為10~30s，因此，水泵出水管電動(dòng)閥門的電動(dòng)裝置的90°運(yùn)行時(shí)間應(yīng)與給排水工藝所確定的閉閥啟動(dòng)時(shí)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(dòng)閥門，為確保生產(chǎn)的安全，事故供水管電動(dòng)閥門要求開啟及時(shí)、反應(yīng)靈敏，因此，該閥門的電動(dòng)裝置的90°運(yùn)行時(shí)間也應(yīng)盡量縮短。

3.4確定電動(dòng)執(zhí)行器的形式

3.4.1電動(dòng)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(dòng)執(zhí)行器一般實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)介質(zhì)流量進(jìn)行精確控制。 

開關(guān)型電動(dòng)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(shí)必需對(duì)此做出說明，不然經(jīng)常會(huì)發(fā)生在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)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(dòng)執(zhí)行器分離，電動(dòng)執(zhí)行器不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)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(duì)其進(jìn)行操作。

 2).調(diào)節(jié)型（閉環(huán)控制） 

調(diào)節(jié)型電動(dòng)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(duì)閥門進(jìn)行精確控制，調(diào)節(jié)介質(zhì)流量。

a).控制信號(hào)類型

控制信號(hào)包括電流、電壓，調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器控制信號(hào)一般有電流信號(hào)(4～20mA、0～10mA)或電壓信號(hào)(0～5V、1～5V)，選型時(shí)需明確其控制信號(hào)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(dòng)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(hào)對(duì)應(yīng)的是閥關(guān)，20mA對(duì)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(hào)對(duì)應(yīng)的是閥開，20mA對(duì)應(yīng)的是閥關(guān)）。 

c).失信號(hào)保護(hù)

失信號(hào)保護(hù)是指因線路等故障造成控制信號(hào)丟失時(shí)，電動(dòng)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(dòng)執(zhí)行器也有失信號(hào)保護(hù)。

3.4.2確定電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(dòng)閥門應(yīng)配備調(diào)節(jié)型的電動(dòng)執(zhí)行器。

在確定電動(dòng)執(zhí)行器是采用開關(guān)型還是調(diào)節(jié)型前，首先應(yīng)對(duì)所使用電動(dòng)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(hào)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(dòng)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(shí)不便于診斷和維修，性價(jià)比不理想。

一體化結(jié)構(gòu)的電動(dòng)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(jì)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(chǎng)電裝設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)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(hào)送至MCC柜，最終控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。在這種工況條件下，采用分體式結(jié)構(gòu)的電動(dòng)執(zhí)行器是比較合理的。如果采用一體化結(jié)構(gòu)的電動(dòng)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(jì)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(dòng)執(zhí)行器的價(jià)格也比一體化結(jié)構(gòu)的電動(dòng)執(zhí)行器的價(jià)格低。

對(duì)于一些水系統(tǒng)簡(jiǎn)單、控制要求不高或是僅要求現(xiàn)場(chǎng)控制的工況，可以考慮采用一體化結(jié)構(gòu)的電動(dòng)執(zhí)行器。

3).關(guān)于失信號(hào)保護(hù)的確定

因線路等故障造成控制信號(hào)丟失時(shí)，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(dòng)閥門，應(yīng)要求故障時(shí)閥門保持原位狀態(tài)。因?yàn)樵撾妱?dòng)閥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(shí)關(guān)閉，將對(duì)水泵設(shè)備和該電動(dòng)閥門前管路、閥門等造成水錘損害。

對(duì)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(dòng)閥門，在電動(dòng)閥門故障時(shí)，也應(yīng)要求其能保持原位狀態(tài)，以免因?yàn)橥蝗粩嗨畬?duì)工藝設(shè)備造成損害。

3.5其它

閥門電動(dòng)裝置另有操作力矩、操作推力、輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)裝置工作的環(huán)境通常為常溫，而一般電動(dòng)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(dòng)閥門的電動(dòng)裝置的選型是否合理，對(duì)于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)閥門的功能具有決定性的作用。電動(dòng)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(dòng)裝置、電動(dòng)執(zhí)行器、電裝、電動(dòng)頭，閥門網(wǎng)，2007.9.15。

 

作者簡(jiǎn)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(jí)工程師，主要從事鋼鐵企業(yè)給排水設(shè)計(jì)工作。