蝶阀流量特性曲线在V形滤池恒水位控制中的应用

文章编号:1002 5855(2007)03 0023 03

作者简介:袁泉(1969-),男,从事给水厂和污水厂的设备安装及运营管理工作。

蝶阀流量特性曲线在V 形滤池恒水位控制中的应用

袁泉

(金科(北京)环保工程有限公司,100015)

摘要 为减少V 形滤池滤后水调节阀的动作频率,通过采用SIPARTPS2智能型定位器,对蝶阀的流量特性曲线进行校正,同时对PLC 程序优化调整,使蝶阀工作在良好的状态下,降低

了维护费用,保证了滤池系统稳定运行。

关键词 智能型电气阀门定位器;蝶阀;流量特性;调节阀 中图分类号:TH137152 文献标识码:A

Application of curve of butterfly valve flow characteristics in V type filter bed in the control of invariableness water level

YU AN Quan

(Jinke (Beijing )Environment pr otection Engineer ing Co.L td,100015,China)

Abstract:In order to decrease movement frequency of water modulating valve after filtering in V type filter bed,through adopting SIPART PS2intelligent localizer,curve of butterfly valve flow character istics is proofreaded,and meanwhile,PLC program is optim ized and adjusted,to make the butterfly v alve w orks in a good condition,and decease the cost on maintenance and ensure smoothly operation of filter bed system.

Key words:intelligent electric valve localizer;butterfly valve;flow characteristic;modulating valve 1 概述

近年来V 形滤池在自来水厂得到了较为普遍的应用,该滤池中的关键设备 滤后水调节阀因实际使用中动作频率非常高,使水厂运行不到半年,4台滤后水调节阀的气缸、阀体等构件均出现了不同程度的磨损。通过采用校正该蝶阀的流量特性曲线等手段,优化了阀门的整体性能,降低了阀门的动作频率,从而达到了稳定生产、降低维修成本的目的。

2 滤后水调节阀工作原理

V 形滤池的过滤是采用 恒水位过滤控制!的方式运行(图1)。过滤时通过超声波液位计实时监测滤池水位变化,根据水位的变化控制滤后水调节阀的开度,以达到恒水位控制的目的,该水厂滤池的工作液位为石英砂上1 20m ,液位计显示此液位值为2 40m 。当滤池液位上升(>2 40m)或下降(<2 40m)时,通过PID 运算使滤后水调节阀开启度增大或减小,使滤床之上的水位保持恒定

(稳定在2 40m )。因此,滤后水调节阀及阀门定位器是水厂滤池稳定运行的关键设备。滤后水调节阀的工作方式,决定了阀门动作频繁。

图1 恒水位过滤 液位计-滤后水调节阀!PI D 调节

3 滤后水调节阀运行中出现的问题

滤后水调节阀动作频率测试结果如图2所示。

23 2007年第3期 阀 门

从图2中反映的数据可知,在15m in 内,阀门动作了85次,动作频率高达5 7次/min,每天动作8160次,动作角行程为1102∀,按照这个动作频率计算,该阀门相当于每天全开、全关1057次。这种频繁动作的情况对阀门损伤非常大,水厂运行约半年时间,阀门各部分构件均出现了不同程度的磨损。驱动蝶阀的双作用气缸,因动作频繁,缸体橡胶密封圈2个多月就出现磨损并开始泄漏,继续运行到3个月时,气缸的动作就变得缓慢,必须更换橡胶圈才能正常使用。而蝶阀阀体的磨损也比较严重,阀门转轴因为转动频繁,出现严重磨损,长

期这样运行将会很快损坏。

图2 滤后水调节阀动作频率

4 蝶阀流量特性曲线调整

根据实际工况,通过采取对蝶阀流量特性曲线的测量和校正及修改PLC 控制程序等手段,减少了阀门的动作频率,稳定了水厂供水系统的运行。4 1 蝶阀流量特性曲线测量

蝶阀型号为D643X-10,公称直径为DN350,为了解阀门在实际使用状态下的流量特性,实地测定了安装后蝶阀的流量特性曲线。首先通过定位器将阀门的开启度设定在某一数值(如5%、10%),测定液位在滤池中从2 60~2 40m 下降的时间,通过体积变化计算出该开启度下的流量。然后改变阀门开启度,采用同样的方法测量从5%~100%的流量,绘制成如图3所示的蝶阀在使用状态下的流量特性曲线。

4 2 智能型阀门定位器对流量曲线的校正V 形滤池装置采用PID 的控制方式对蝶阀进行开度调节以达到恒定液位的目的,而PID 控制是典型的线性调节,但蝶阀实际工作状态的特性为快开特性,蝶阀的主要工作范围为10%~50%,在此区段蝶阀的开启度变化40%,而流量变化

57 2%,这会导致控制系统的超调。就是说,其流

量特性的畸变是比较严重的,这种畸变严重影响自动控制系统的工作性能。

对于PID 调节来说,蝶阀理想的工作特性应该是直线的,但因为阀门的流量特性畸变影响到系统的控制质量,使控制系统的输出变得不可预计,因此有必要对蝶阀的畸变进行校正。

SIPART PS2智能型电气阀门定位器,具有对阀门流量特性校正的功能。在其功能菜单中,SL0~SL20可以设定数值转折点,每个设定点可以从5%的行程上赋予流量特性值。这些点组成一个多边形,共由20条直线组成,从而导出一个理想的阀门特性曲线。采用这种方法,能够实现对阀门流量特性的畸变进行补偿(表1)。

图3 蝶阀流量特性曲线

表1的畸变补偿方式是在定位器得到PLC 所给定的开度信号后,通过储存在智能定位器中的理想状态阀门流量特性曲线数据,转换得到相对应的理想相对流量,再根据理想的相对流量算出实际需要的开度行程信号控制蝶阀,这样由PLC 给定的阀门相对开度与蝶阀的实际输出流量之间校正为一条直线的关系,如图3中2#曲线所示。4 3 阀门调节性能的综合优化

采取定位器对蝶阀流量校正后,又对PLC 编程软件进行了优化。由于在维持滤池恒水位的基础上降低阀体动作频率是解决问题的最根本方法,所以对PID 调节后的输出增加了一些限制条件。

#原来的恒水位稳定带设定为∃2cm,为了使恒水位过滤达到一定精度,同时又不使出水比例阀频繁动作,将恒水位稳定带调整为∃5cm 。

%增大PID 调节的死区,当滤池的液位在设定液位的∃3cm 之内波动时,不输出阀门动作指

令。

&当PID 运算后,阀门动作幅度小于3∀时,

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