智能水表閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計和試驗方法

1、智能水表閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和試驗方法內(nèi)容來源自網(wǎng)絡(luò)智能水表開發(fā)至現(xiàn)在已經(jīng)有很多年的時間。很多年時間在市場上投入使用的智能水表出現(xiàn)一些質(zhì)量、技術(shù)問題。這些問題最終集中在執(zhí)行器上。開發(fā)商對執(zhí)行器多多少少都做過基本功能的實驗，來驗證其功能在實際使用中的可靠智能水表開發(fā)至現(xiàn)在已經(jīng)有很多年的時間。 很多年時間在市場上投入使用的智 能水表出現(xiàn)一些質(zhì)量、技術(shù)問題。這些問題最終集中在執(zhí)行器上。開發(fā)商對執(zhí)行器多多少少 都做過基本功能的實驗，來驗證其功能在實際使用中的可靠性。為什么經(jīng)過驗證的執(zhí)行器在 用戶正式的使用中會出現(xiàn)意想不到的問題呢？我以為有設(shè)計結(jié)構(gòu)、試驗方法、試驗環(huán)境上的 綜合問題。以下就閥門的綜合性問題闡述

2、我個人的觀點。一、結(jié)構(gòu)設(shè)計： (一) 、閥門的結(jié)構(gòu) 設(shè)計：1. 閥門工作的基本原理 目前市場上閥門的種類包括：電磁先導(dǎo)閥、電機先導(dǎo)閥、電機球閥、平面疊閥。1) 、電磁先導(dǎo)閥的工作原理： 電磁閥開啟時， 對閥封壓力腔進行泄壓， 管道內(nèi)的水壓將閥封 推開，智能水表就正常工作；電磁閥關(guān)閉時，即關(guān)閉了泄壓腔的孔，此時在閥封上的腔內(nèi)的 水壓迅速上升，直至將閥封壓住閥口，關(guān)閉了出水口。 2) 、電機先導(dǎo)閥是采用減速機構(gòu)，為 了解決運動件的密封問題，運動桿采用了磁驅(qū)動原理操縱泄壓孔的開啟與關(guān)閉，從而達到閥 封的開與關(guān)。它與電磁先導(dǎo)閥原理相像，只是時間和反應(yīng)速度比電磁先導(dǎo)閥慢。出現(xiàn)的問題 與電磁先導(dǎo)閥是一樣的

3、。 3) 、電機球閥工作原理：由減速機構(gòu)將電機的轉(zhuǎn)速減慢，將扭矩加 大用以推動球閥進行旋轉(zhuǎn)，達到開啟與關(guān)閉的功能。對于球閥本身的制造工藝要求比較高， 球閥的旋轉(zhuǎn)力度要有一個很標準的參數(shù)，即旋轉(zhuǎn)球閥必須控制在一組工藝參數(shù)的范圍內(nèi)。并 且，驅(qū)動球運轉(zhuǎn)桿的密封也是一個關(guān)鍵，其中采用的基本是O 型橡膠圈進行密封，所以，橡膠圈過于緊將增加扭矩，過于松將會導(dǎo)致密封不嚴而泄漏。4) 、平面疊閥工作原理：由減速機構(gòu)將電機的轉(zhuǎn)速減慢，將扭距加大用以推動平面疊閥進行旋轉(zhuǎn)，達到開啟與關(guān)閉的功能。 密封性是由水壓上片來保證。平面疊閥對閥片的摩擦平面的平面度和光潔度要求相當?shù)母撸?而且對于采用的材料要求也有很高的要求。

4、為了解決這些問題，平面疊閥下疊片采用了陶瓷 基材，上片采用了其它強度高的耐磨損材料，完全按化工機械密封的原理制造與加工，既保 證了合理的接觸面，又保證了最小的摩擦系數(shù)。2. 結(jié)構(gòu)分析：電磁先導(dǎo)閥和電機先導(dǎo)閥在自來水管道實際使用中，已經(jīng)出現(xiàn)了由于長時間水質(zhì)問題導(dǎo)致 先導(dǎo)孔的堵塞、泄壓閥桿吸附鐵質(zhì)微粒造成閥桿被卡死等問題，通過市場的使用與反饋的信 息，開發(fā)商已經(jīng)了解到這種結(jié)構(gòu)的執(zhí)行器不適宜我國水司目前的水質(zhì)使用。由此，開發(fā)商又 轉(zhuǎn)向了球閥和平面疊閥?，F(xiàn)在使用球閥的更多一點。以下對球閥、平面疊閥的結(jié)構(gòu)進行綜合 分析：1) 、電機球閥： 在球閥的結(jié)構(gòu)上， 提高工藝水平， 將球閥的扭矩控制在一個不會泄漏

5、又在一 定的扭矩參數(shù)范圍。這一項工藝要求包含兩個方面的要求，第一，球閥與密封壓緊圈之間的 松緊程度，既要保持在一定壓力下關(guān)閉時不會泄漏；又要在外作用力下旋轉(zhuǎn)所使用的扭矩在 一個參數(shù)范圍。這個參數(shù)值應(yīng)：F>f1+f2+f3式中：F電機驅(qū)動減速機構(gòu)輸出的扭矩力；f1 球旋轉(zhuǎn)的扭矩力； f2 旋轉(zhuǎn)桿橡膠密封的扭矩力； f3 管道動態(tài)水壓對球閥的作 用力；目前市場電機球閥的開關(guān)時間從：8 秒至 14 秒有幾種，其中對 8 秒左右結(jié)構(gòu)的電機球閥和14秒左右的電機球閥進行過試驗。 試驗的環(huán)境為I.OMPa,供電方式是電池直接供給。試驗用 的是新電池。試驗的結(jié)果：8秒電機球閥在 0.6MPa的

6、動態(tài)環(huán)境關(guān)閥很困難， 有時甚至關(guān)不上；14秒電機球閥在1.0MPa 的動態(tài)環(huán)境關(guān)閥比較正常，沒有出現(xiàn)關(guān)閥失誤現(xiàn)象。根據(jù)兩種試驗的結(jié)果， 我們可以看出， 扭矩對球閥是很重要的。 我們假設(shè)： 電機是相同的參 數(shù)， 那么如果 8 秒時間的比速是 1，則 14 秒時間的比速則是 1.75 。所以， 電機球閥的關(guān)鍵是 減速機構(gòu)的比速大小問題，但是前面說的幾個工藝問題也是很重要的。2) 、平面疊閥： 在機械密封結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種閥門。閥門的特點是水平式的，流向是上進下出，因此閥門關(guān)閉時水的壓力對上閥片是起很大作用的，壓力越高密封性能越 好。工作時閥片是作平面旋轉(zhuǎn)運動，需要克服的是閥片之間的摩擦系數(shù)

7、，而水壓對它的影響 沒有球閥那樣大。但要克服上疊片在水壓強下的摩擦力。疊片之間得摩擦力通過實際試驗， 幾孚沒有增加多少的力。試驗是在同一只水表上進行并按下列方法：將電流表串接在開關(guān)電路內(nèi)，操縱開閥、關(guān)閥開關(guān)進行控制；IC卡水表安裝在105m揚程的水泵管路中，水表接口前接壓力表和三通安裝閥門用以調(diào)節(jié)管路供水的壓力；開啟 水泵將壓力調(diào)整在 1.0MPa左右時，對閥門進行開關(guān)的運行試驗；通過調(diào)整閥門將壓力逐步 調(diào)整至 1.5MPa。試驗是在動態(tài)環(huán)境中進行， 與實際使用工礦完全一致， 在水壓 1.0MPa 時所需要的電流是： 關(guān)閥起步50mA當將要關(guān)閉時，電流突然上升至110mA左右；開閥時電流：開閥

8、起步時電流110mA左右，當閥門一開啟電流迅速下降至50mA在水壓1.5MPa時所需要的電流是：關(guān)閥起步55mA當將要關(guān)閉時，電流突然上升至120mA 左右；開閥時電流：開閥起步時電流120mA左右，當閥門開啟水從表內(nèi)流出電流迅速下降至55mA。從試驗結(jié)果看到，水壓對疊片閥的影響是很小的，反應(yīng)在電流上的變化也就是 5mA至 10mA水壓從1.0MPa升至1.5MPa增加了 50%電流從50mA升至55mA和從110mA升至120mA左右，增加了 10%左右， 因此，在疊片閥中水壓升高對閥門開啟的力影響是比較小的，關(guān)系是 1： 5。當然這必須是在特定的材料與摩擦系數(shù)的基礎(chǔ)上。平面疊閥的減速機構(gòu)開

9、關(guān)時間為 8 秒和 14秒。對兩種時間的閥門進行了試驗，試驗環(huán)境為1.0MPa,供電方式是電池直供給。試驗用的是新電池。試驗結(jié)果：8秒平面疊閥在1.0MPa的動態(tài)環(huán)境開關(guān)正常；14秒平面疊閥在1.5MPa的動態(tài)環(huán)境開關(guān)正常。3. 小結(jié)從試驗的結(jié)果和理論計算的結(jié)果， 我們已經(jīng)知道， 平面疊閥的結(jié)構(gòu)更適應(yīng)智能水表所用執(zhí)行器。在山區(qū)城市水司供水壓力高與普通平原城市的供水壓力，而目前城市的高層建筑供水壓 力也會高于普通樓層的水壓，沒有經(jīng)過嚴密驗證的閥門在水壓高的環(huán)境失去了應(yīng)有的功能。 智能水表是現(xiàn)代高科技產(chǎn)品，代表了自動化儀表發(fā)展的水平，作為開發(fā)商，智能水表開發(fā)能 滿足用戶使用的要求放在第一位，產(chǎn)品應(yīng)

10、能覆蓋所有的使用環(huán)境。（ 二 ） 、閥門驅(qū)動結(jié)構(gòu)：在平面疊閥結(jié)構(gòu)中，目前用于閥門驅(qū)動的結(jié)構(gòu)是：1. 直立桿加雙道丁晴橡膠 O型密封圈防止水的泄漏； 2.上下采用強磁的磁驅(qū)動，以防止水 的泄漏。這兩種方法在結(jié)構(gòu)上看， 進行密封應(yīng)該是磁驅(qū)動方法比較合理， 而且目前的密封效果還是很 好。但是，我們國家的水司輸送給用戶的自來水水質(zhì)并不是純凈水， 在水中還有很多的雜質(zhì)， 在雜質(zhì)中還含有相當?shù)暮F物質(zhì)。由于水質(zhì)的原因，在不到6 年的時間里，水中的鐵質(zhì)材料就會將被驅(qū)動齒輪的強磁吸引，并將齒輪緊緊的包裹，最后水中帶強磁的齒輪旋轉(zhuǎn)的摩察系 數(shù)加大，甚至會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)遲滯。這種情況已經(jīng)在電機先導(dǎo)閥上出現(xiàn)多次案例。所以

11、，現(xiàn)在仍 使用電機先導(dǎo)閥的產(chǎn)品基本沒有了。直立桿O型圈密封，對帶壓力的液體進行密封是不可能的，尤其是對IC卡水表使用那更是有難度，第一，采用的電機本身功率小，扭矩也小，O 型圈過緊會迅速增加摩察系數(shù)，開關(guān)閥門電流加大；第二， O型圈過松會造成密封效果，容易產(chǎn)生泄漏。如果要加工成不緊不松 的話，工藝要求就提高了，這樣導(dǎo)致制造成本上升。即使加工工藝很成熟，O 型密封圈長期在水的壓力作用下，會產(chǎn)生變形，一般水司的水壓，會在兩年左右的時間，O 型密封圈密封處就會產(chǎn)生泄漏。A、目前，IC卡水表的產(chǎn)品質(zhì)量，已經(jīng)越做越好，困擾質(zhì)量問題往往是在安裝以后，使用了 一兩年時間，出現(xiàn)閥門關(guān)不上或泄漏等問題。如果是磁

12、驅(qū)動的閥門，則會在更長的時間出現(xiàn) 由于摩察系數(shù)的加大而關(guān)開閥門失靈。如何解決問題，我認為：在IC 卡水表中，不擬采用 O型密封圈和磁驅(qū)動的結(jié)構(gòu)方式， 在有壓力的管網(wǎng)中， 對水的密封應(yīng)采用機械密封的結(jié)構(gòu)方式， 用以長時間進行密封，這樣才能保證在 6 年的使用中確保不會漏水，同時保證閥門功能得到 實現(xiàn)。B、目前出現(xiàn)在用戶使用過程中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題，主要是漏水、閥門不能完全關(guān)閉、閥 門失去功能等。這些質(zhì)量問題的關(guān)鍵是由于閥門驅(qū)動采用的密封結(jié)構(gòu)方式而引發(fā)的，如果將 閥門驅(qū)動的密封結(jié)構(gòu)方式進行改進，則可以徹底解決漏水問題和導(dǎo)致失去閥門執(zhí)行功能的技 術(shù)問題。機械密封是一種動密封，在化工行業(yè)中普遍采用。其密封

13、的可靠性很好，在IC卡水表行業(yè)引進機械密封是提升 IC 卡水表技術(shù)的一個重要舉措，同時也是解決 IC 卡水表泄漏、在一定時間內(nèi)喪失執(zhí)行功能的最佳方法。二、試驗方法：智能水表是一只安裝在千家萬戶老百姓家里的計量儀表，具有自動計量、控制欠費等功能， 平時無需人去進行看護及保養(yǎng)， 完全依靠 IC 卡在進行數(shù)據(jù)和信息的傳輸， 實行現(xiàn)代化的管理。 作為一只出廠的產(chǎn)品，具有的每一項功能都是要進過可靠試驗設(shè)備的檢驗驗證是合格的才能 出廠。一般的試驗及試驗設(shè)備都有，因為計量器具制造許可證取證時時必須要的，但是，閥 門動態(tài)試驗的設(shè)備由于取證時沒有具體的要求，所以一般廠家都不會準備的，這樣就造成了 閥門動態(tài)試驗設(shè)

14、備根本沒有廠家會去研發(fā)和加工制造，造成了根本沒有閥門動態(tài)的試驗，使 得 IC 卡水表閥門在出廠時沒有進行動態(tài)的檢驗就在用戶家里安裝。造成了目前出現(xiàn)的閥門泄漏、關(guān)不了閥門等質(zhì)量和技術(shù)上的問題。如果想要制造好一個產(chǎn)品，所有的檢測手段都不能 缺少。閥門動態(tài)試驗， 是一種模擬在正常使用狀態(tài)的檢驗。 這種狀態(tài)應(yīng)該是可以覆蓋所有水司環(huán)境 的。檢驗閥門動態(tài)的執(zhí)行功能還有很重要的一點就是檢驗的電壓， 采用什么樣的電壓最合適？智能水表中每一家都有一個相同的功能，即當電池電壓低于設(shè)定值時，單片機會指令閥門 進行關(guān)閉的功能動作，此時的電池電壓是智能水表中最低的電壓，也就是說，最后的關(guān)閥動 作是在電池電壓最低環(huán)境。這

15、樣可以設(shè)定試驗、檢驗的條件：1. 供水壓力： 1.0Mpa；2. 電壓：智能水表設(shè)置的極限電壓的80%穩(wěn)壓電源；或者是模擬電池最低電壓的工況作為試驗、 檢驗的電源。 作為計量器具制造許可證考核部門 應(yīng)將智能水表取證的設(shè)備增加閥門動態(tài)檢測的專用設(shè)備，這樣才能確保出廠的產(chǎn)品質(zhì)量滿足 使用的要求。采購前閥門選型的步驟和依據(jù)：在流體管道系統(tǒng)中，閥門是控制元件，其主要作用是隔離設(shè)備和管道系統(tǒng)、調(diào)節(jié)流量、防止 回流、調(diào)節(jié)和排泄壓力。由于管道系統(tǒng)選擇最適合的閥門顯得非常重要，所以，了解閥門的 特性及選擇閥門的步驟和依據(jù)也變得至關(guān)重要起來。閥門行業(yè)到目前為止，已能生產(chǎn)種類齊全的閘閥、截止閥、節(jié)流閥、旋塞閥、

16、球閥、電動閥、 隔膜閥、止回閥、安全閥、 減壓閥、蒸汽疏水閥和緊急切斷閥等 12大類、 3000 多個型號、4000多個規(guī)格的閥門產(chǎn)品；最高工作壓力為600MPa最大公稱通徑達 5350mm最高工作溫度為1200C，最低工作溫度為-196C，適用介質(zhì)為水、蒸汽、油品、天然氣、強 腐蝕性介質(zhì) （如濃硝酸、 中濃度硫酸等） 、易燃介質(zhì) （如笨、 乙烯等）、有毒介質(zhì) （如硫化氫） 、 易爆介質(zhì)及帶放射性介質(zhì)（金屬鈉、- 回路純水等） 。閥門承壓件材質(zhì)鑄銅、鑄鐵、球墨鑄鐵、高硅鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼、高、低合金 鋼、不銹耐酸鋼、哈氏合金、因科鎳爾、蒙乃爾合金、雙相不銹鋼、鈦合金等。并且能夠生 產(chǎn)各種電動、氣

17、動、液動閥門驅(qū)動裝置。面對如此眾多的閥門品種和如此復(fù)雜的各種工況， 要選擇管道系統(tǒng)最適合安裝的閥門產(chǎn)品，我以為，首先應(yīng)了解閥門的特性；其次應(yīng)掌握選擇 閥門的步驟和依據(jù)；再者應(yīng)遵循選擇閥門的原則。1 閥門的特性一般有兩種，使用特性和結(jié)構(gòu)特性。使用特性：它確定了閥門的主要使用性能和使用范圍， 屬于閥門使用特性的有： 閥門的類別 （閉路閥門、 調(diào)節(jié)閥門、 安全閥門等） ；產(chǎn)品類型 （閘閥、 截止閥、 蝶閥、球閥等）； 閥門主要零件（閥體、閥蓋、閥桿、閥瓣、密封面）的材料；閥門傳動方式等。結(jié)構(gòu)特性： 它確定了閥門的安裝、維修、保養(yǎng)等方法的一些結(jié)構(gòu)特性，屬于結(jié)構(gòu)特性的有：閥門的結(jié)構(gòu) 長度和總體高度、與管

18、道的連接形式（法蘭連接、螺紋連接、夾箍連接、外螺紋連接、焊接 端連接等）；密封面的形式（鑲?cè)?、螺紋圈、堆焊、噴焊、閥體本體） ；閥桿結(jié)構(gòu)形式（旋轉(zhuǎn) 桿、升降桿）等。2 選擇閥門的步驟和依據(jù)大體如下：選擇步驟1.明確閥門在設(shè)備或裝置中的用途，確定閥門的工作條件：適用介質(zhì)、工作壓力、工作溫度等等。2. 確定與閥門連接管道的公稱通徑和連接方式：法蘭、螺紋、焊接等。3. 確定操作閥門的方式：手動、電動、電磁、氣動或液動、電氣聯(lián)動或電液聯(lián) 動等。4. 根據(jù)管線輸送的介質(zhì)、工作壓力、工作溫度確定所選閥門的殼體和內(nèi)件的材 料：灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、碳素鋼、合金鋼、不銹耐酸鋼、銅合金等。5. 確定閥門的

19、型式：閘閥、截止閥、球閥、蝶閥、節(jié)流閥、安全閥、減壓閥、 蒸汽疏水閥、等。6. 確定閥門的參數(shù)： 對于自動閥門， 根據(jù)不同需要先確定允許流阻、 排放能力、背壓等，再確定管道的公稱通徑和閥座孔的直徑。7. 確定所選用閥門的幾何參數(shù)：結(jié)構(gòu)長度、法蘭連接形式及尺寸、開啟和關(guān)閉后閥門高度方向的尺寸、連接的螺栓孔尺寸和數(shù)量、整個閥門外型尺寸等。8. 利用現(xiàn)有的資料：閥門產(chǎn)品目錄、閥門產(chǎn)品樣本等選擇適當?shù)拈y門產(chǎn)品。選擇閥門的依據(jù)在了解掌握選擇閥門步驟的同時，還應(yīng)進一步了解選擇閥門 的依據(jù)。1. 所選用閥門的用途、使用工況條件和操縱控制方式。2. 工作介質(zhì)的性質(zhì)：工作壓力、工作溫度、腐蝕性能，是否含有固體顆

20、粒，介 質(zhì)是否有毒，是否是易燃、易爆介質(zhì)，介質(zhì)的黏度等等。3. 對閥門流體特性的要求：流阻、排放能力、流量特性、密封等級等等。4. 安裝尺寸和外形尺寸要求：公稱通徑、與管道的連接方式和連接尺寸、外形 尺寸或重量限制等。 對閥門產(chǎn)品的可靠性、 使用壽命和電動裝置的防爆性能等的附加要求。 （在選定參數(shù)時應(yīng)注意：如果閥門要用于控制目的，必須確定如下額外參數(shù)：操作方法、最 大和最小流量要求、 正常流動的壓力降、 關(guān)閉時的壓力降、 閥門的最大和最小進口壓力。 ）根 據(jù)上述選擇閥門的依據(jù)和步驟，合理、正確地選擇閥門時還必須對各種類型閥門的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 進行詳細了解，以便能對優(yōu)先選用的閥門做出正確的抉擇。管道的

21、最終控制是閥門。閥門啟 閉件控制著介質(zhì)在管道內(nèi)的流束方式，閥門流道的形狀使閥門具備一定的流量特性，在選擇 管道系統(tǒng)最適合安裝的閥門時必須考慮到這一點。如下為選擇閥門應(yīng)遵循的原則：截止和開放介質(zhì)用的閥門流道為直通式的閥門，其流阻較小，通常選擇作為 截止和開放介質(zhì)用的閥門。向下閉合式閥門（截止閥、柱塞閥）由于其流道曲折，流阻比其 他閥門高，故較少選用。在允許有較高流阻的場合，可選用閉合式閥門?？刂屏髁坑玫拈y門通常選擇易于調(diào)節(jié)流量的閥門作為控制流量用。向下閉合 式閥門（如截止閥）適于這一用途，因為它的閥座尺寸與關(guān)閉件的行程之間成正比關(guān)系。旋 轉(zhuǎn)式閥門（旋塞閥、 蝶閥、球閥）和撓曲閥體式閥門 （夾緊閥、 隔膜閥）也可用于節(jié)流控制， 但通常只能在有限的閥門口徑范圍內(nèi)適用。閘閥是以圓盤形閘板對圓形閥座口做橫切運動， 它只有在接近關(guān)閉位置時，才能