淺議閥門電動裝置選型時所須注意的要點

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1.概述

電動閥門廣泛應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)結附件、控制箱等組成。電動閥門的電動裝置是實現(xiàn)閥門程控、自控和遙控不可缺少的驅動設備。

電動閥門一般是由給排水專業(yè)選型的。給排水專業(yè)技術人員在工程設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行選型。然而，在實際工程中經常會發(fā)生在現(xiàn)場安裝時，閥門電動驅動裝置與控制系統(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進行了討論和分析，可作為實際工程中應用的參考。

2.閥門電動裝置的組成

電動裝置一般由下列部分組成：專用電動機減速機構，用以減低電動機的輸出轉速；行程控制機構，用以調節(jié)和準確控制閥門的啟閉位置；轉矩限制機構，用以調節(jié)轉矩(或推力)并使之不超過預定值；手動﹑電動切換機構，進行手動或電動操作的聯(lián)鎖機構；開度指示器，用以顯示閥門在啟閉過程中所處的位置。其中，行程控制機構、轉矩限制機構、手動﹑電動切換機構、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

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防護等級、電動裝置的電源電壓、確定電動裝置的90°運行時間、確定電動執(zhí)行器的形式等。

3.1確定電動裝置的IP防護等級

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

IP防護等級標準

IP standards

IP防護類別是用兩個數(shù)字標記的：

例如一個防護類別           IP       4       4

標記字母

第1個標記數(shù)字

第2個標記數(shù)字

接觸保護和外來物保護等級

第1個標記數(shù)字

防水保護等級

第2個標記數(shù)字

第1個標記數(shù)字

防護范圍

第2個標記

數(shù)字

防護范圍

名稱

說明

名稱

說明

0

無防護

--

0

無防護

--

1

防護50mm

直徑和更大

的外來物體

探測器，

球體直徑為50mm，

不應完全進入

1

水滴防護

垂直落下的水滴不應引起損害。

2

防護12.5mm

直徑和更大

的外來物體

探測器，

球體直徑為12.5mm，

不應完全進入

2

箱體傾斜15º時，防護水滴

箱體向任何一側至傾斜15º角時，垂直落下的水滴不應引起損害。

3

防護2.5mm

直徑和更大

的外來物體

探測器，

球體直徑為2.5mm，

不應完全進入

3

防護濺出的水

以60º角從垂直線兩側濺出的水不應引起損害。

4

防護1.0mm

直徑和更大

的外來物體

探測器，

球體直徑為1.0mm，

不應完全進入

4

防護噴水

從每個方向對準箱體的射水都不應引起損害。

5

防護灰塵

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

5

防護射水

從每個方向對準箱體的射水都不應引起損害。

6

灰塵封閉

想體內在20毫巴的低壓時不應侵入灰塵

6

防護強射水

從每個方向對準箱體的強射水都不應引起損害。

7

防護短時間浸入水中

箱體在標準壓力下短時間浸入水中時，不應有能引起有害作用的水量浸入

8

防護長期浸入水中

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，不應有能引起有害作用的水量浸入。但這些條件必須比標記數(shù)字7所規(guī)定的復雜。

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

電動裝置的IP防護等級應由給排水專業(yè)技術人員提出并確定。

3.2電動裝置的電源電壓

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

3.3確定電動裝置的90°運行時間

所謂電動裝置的90°運行時間，也就是電動閥門開到位、關到位所需的時間。閥門口徑越大，閥門驅動裝置的90°運行時間越是長。90°運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°運行時間可從7.5~30s不等，但同時應符合水系統(tǒng)工藝的要求。90°運行時間越短，電動裝置電機功率越大，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°運行時間應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，易產生水擊現(xiàn)象。

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

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).開關型（開環(huán)控制）

開關型電動執(zhí)行器一般實現(xiàn)對閥門的開或關控制，閥門要么處于全開位置，要么處于全關位置，此類閥門不需對介質流量進行精確控制。 

開關型電動執(zhí)行器因結構形式的不同還可分為分體結構和一體化結構。選型時必需對此做出說明，不然經常會發(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).分體結構

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

b).一體化結構

一體化結構通常稱為整體型，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)實就地操作，遠程只需輸出相關控制信息就可對其進行操作。

 2).調節(jié)型（閉環(huán)控制） 

調節(jié)型電動執(zhí)行器不僅具有開關型一體化結構的功能，還能對閥門進行精確控制，調節(jié)介質流量。

a).控制信號類型

控制信號包括電流、電壓，調節(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、電關型）

調節(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信號對應的是閥關，20mA對應的是閥開），另一種為電關型（以4-20mA的控制為例，電開型是指4mA信號對應的是閥開，20mA對應的是閥關）。 

c).失信號保護

失信號保護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定的保護值，常見的保護值為全開、全關、保持原位三種情況。

開關型電動執(zhí)行器也有失信號保護。

3.4.2確定電動執(zhí)行器的形式

1).開關型和調節(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閉水管路，因此最常用的應是開關型電動執(zhí)行器。

但在工礦企業(yè)工藝設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、壓力的變化對設備的生產條件產生很大的影響，因此在這種情況下使用的電動閥門應配備調節(jié)型的電動執(zhí)行器。

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

關于調節(jié)型控制型號類型和工作形式的確定，應根據(jù)工藝設備的具體生產條件和工況確定。

2).分體結構和一體化結構形式的確定

分體式結構的電動執(zhí)行器的缺點是不便于系統(tǒng)整體安裝，增加接線及安裝費用，且容易出現(xiàn)故障，當故障發(fā)生時不便于診斷和維修，性價比不理想。

一體化結構的電動執(zhí)行器的優(yōu)點是方便系統(tǒng)整體安裝，減少接線及安裝費用，容易診斷并排除故障。但傳統(tǒng)的一體化結構產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及計算機程序控制，并具備CRT畫面顯示。水系統(tǒng)的控制通常集中設置于水系統(tǒng)控制室或電氣室，電氣室內設PLC柜和MCC柜。所有現(xiàn)場電裝設備現(xiàn)場僅設操作箱，操作箱與電氣室內PLC柜相聯(lián)，然后將信號送至MCC柜，最終控制現(xiàn)場的設備。在這種工況條件下，采用分體式結構的電動執(zhí)行器是比較合理的。如果采用一體化結構的電動執(zhí)行器，其自身的功能可能與水系統(tǒng)控制的整體設計不能完全匹配，反而容易產生故障。另外，分體式結構的電動執(zhí)行器的價格也比一體化結構的電動執(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構的電動執(zhí)行器。

3).關于失信號保護的確定

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

大功率水泵出水管上的電動閥門，應要求故障時閥門保持原位狀態(tài)。因為該電動閥門是與水泵連鎖控制的，泵開閥開，泵關閥關。如果該閥門因故障關閉，而水泵未能及時關閉，將對水泵設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)各生產用水點特別是冷卻水用戶處的電動閥門，在電動閥門故障時，也應要求其能保持原位狀態(tài)，以免因為突然斷水對工藝設備造成損害。

3.5其它

閥門電動裝置另有操作力矩、操作推力、輸出軸轉動圈數(shù)、閥桿直徑、輸出轉速、電機功率等主要參數(shù)。該部分參數(shù)均應由專業(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.結論

電動閥門的電動裝置的選型是否合理，對于實現(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)制造廠家進行的，但在選型之前，應由給排水專業(yè)技術人員提出合理功能需求。

5.參考文獻

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

 

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