近年來V型濾池在自來水廠得到了較為普遍的應用，為使水廠穩(wěn)定運行，對濾池中的關鍵設備——濾后水調節(jié)閥的工作特性進行了研究。該設備的動作頻率非常高，某水廠V型濾池運行不到半年，4臺濾后水調節(jié)閥的氣缸、閥體等構件均出現(xiàn)了不同程度的磨損，通過校正該蝶閥的流量特性曲線等手段，優(yōu)化了該閥門的整體性能，降低了閥門的動作頻率，從而達到了穩(wěn)定生產、降低維修成本的目的。 1濾后水調節(jié)閥的工作原理
V型濾池是采用恒水位過濾控制方式運行的，圖1顯示了恒水位過濾的工作過程。過濾時通過超聲波液位計實時監(jiān)測濾池的水位變化，根據(jù)水位的變化控制濾后水調節(jié)閥的開度，以達到恒水位控制的目的。該水廠濾池的工作液位為石英砂以上1.20m，液位計顯示此液位值為2.40m。當濾池液位上升（>2.40m）或下降時（<2.40m），通過PID運算使濾后水調節(jié)閥開啟度增大或減小，使濾床之上的水位保持恒定（穩(wěn)定在2.40m）。可以看出，濾后水調節(jié)閥及閥門定位器是水??濾池穩(wěn)定運行的關鍵設備。濾后水調節(jié)閥的這種工作方式，決定了閥門頻繁動作的特性，這就要求進一步提高技術水平和延長閥門的使用壽命。
圖1 恒水位過濾“液位計—濾后水調節(jié)閥”PID調節(jié)示意圖
2 運行中出現(xiàn)的問題
在實際運行中，對濾后水調節(jié)閥的動作頻率進行了統(tǒng)計，結果如圖2所示。
圖2 濾后水調節(jié)閥動作頻率統(tǒng)計圖
在此工況下，濾池液位的恒定效果比較好（±1.8cm）。在15min內閥門動作了85次，動作頻率高達5.7次/min，每天動作8160次，動作角行程為1102°，按照這個動作頻率計算，該閥門相當于每天全開、全關1057次。實際運行結果證明，這種頻繁動作對閥門的損傷是非常大的。水廠運行不到半年，閥門各部分構件均出現(xiàn)了不同程度的磨損，驅動蝶閥的雙作用氣缸的缸體橡膠密封圈2個多月就出現(xiàn)磨損并開始泄漏，繼續(xù)運行到3個月時，氣缸的動作就變得緩慢，必須更換橡膠圈才能恢復使用；而蝶
閥閥體本身的磨損也較嚴重，閥門轉軸出現(xiàn)嚴重磨損，長期這樣運行將很快損壞。
3蝶閥流量特性曲線在液位調節(jié)中的應用
3.1蝶閥使用狀態(tài)下流量特性曲線的測量
使用的蝶閥公稱直徑為DN350，為了解閥門在實際使用狀態(tài)下的流量特性，實地測定了安裝后蝶閥的流量特性曲線。采用的方法是：通過定位器將閥門的開啟度設定在某一數(shù)值（如5%、10%），測定液位從2.60～2.40m下降的時間，通過體積變化計算出該開啟度下的流量，然后改變閥門開啟度，采用同樣的方法測量從5%～100%的流量，繪制成如圖3所示的蝶閥在使用狀態(tài)下的流量特性曲線。
圖3 蝶閥流量特性曲線
3.2智能型閥門定位器對流量曲線的校正
對于V型濾池來說，采用PID控制方式對蝶閥進行開度調節(jié)可以達到恒定液位的目的，而PID控制是典型的線性調節(jié)，但從實際所測得的流量特性曲線來看，蝶閥實際工作狀態(tài)的特性為快開，主要工作范圍為10%～50%，在此區(qū)段蝶閥的開啟度變化40%，流量變化57.2%，這會導致控制系統(tǒng)的超調，即其流量特性的畸變是比較嚴重的。對于PID調節(jié)來說，蝶閥理想的工作特性曲線應該是直線，但目前因為閥門的流量特性畸變，直接影響了系統(tǒng)的控制質量。閥門流量特性的畸變使控制系統(tǒng)的輸出變得不可預計，因此有必要對蝶閥的畸變進行校正，而該水廠采用了西門子的智能型電氣閥門定位器，具有對閥門流量特性校正的功能。在其功能菜單中，SL0～SL20可以設定數(shù)值轉折點，每個設定點可以從5%的行程上賦予流量特性值。這些點組成一個多邊形，共由20條直線組成，從而導出一個理想的閥門特性曲線。采用這種方法，能夠實現(xiàn)對閥門流量特性的畸變進行補償，如表1所示。
表1 采用智能定位器對蝶閥流量特性的校正（實際測量數(shù)據(jù)）
續(xù)表1
表1的畸變補償方式，在定位器得到PLC給定的開度信號后，通過儲存在智能定位器中的理想狀態(tài)閥門流量特性曲線數(shù)據(jù)，轉換得到相對應的理想相對流量，再據(jù)此算出實際需要的開度行程信號控制蝶閥，這樣由PLC給定的閥門相對開度與蝶閥的實際輸出流量校正為直線的關系，如圖3所示。
3.3閥門調節(jié)性能的綜合優(yōu)化
采取上述措施后，對PLC編程軟件進行了優(yōu)化，認識到在維持濾池恒水位的基礎上降低閥體動作頻率是解決問題的*根本方法。對PID調節(jié)后的輸出增加了一些限制條件：
①原恒水位穩(wěn)定帶設定為±2cm，為使恒水位過濾達到一定精度，同時又不使出水比例閥頻繁動作，將恒水位穩(wěn)定帶調整為±5cm；
② 增大PID調節(jié)的死區(qū)，當濾池液位在設定液位的±3cm內波動時，不輸出閥門動作指令；
③ 當P ID運算后，閥門動作幅度<3°時，不輸出閥門動作指令；
④調整PID的各項系數(shù)，減小比例項常數(shù)，增大積分項常數(shù)，減小閥門的動作幅度，也降低閥門動作的靈敏度，反復試驗調整尋找合適的參數(shù)；
⑤ 降低閥門動作指令的輸出頻率，上述情況下每30s輸出一次PID指令；
⑥ 如果水位變化在±5cm以外，每5s輸出一次PID指令。
通過采取以上的綜合處理與優(yōu)化措施，大幅減少了濾后水調節(jié)閥的動作頻率，調整后該閥門每天動作不足1000次，半年多來的使用證明，其故障率大大降低，穩(wěn)定性能提高很多。
4 結語
綜上所述，為減少濾后水調節(jié)閥的動作頻率，測量了蝶閥在V型濾池使用工況下的流量特性曲線，通過西門子智能型閥門定位器對蝶閥流量特性曲線進行校正，并結合PLC編程軟件的優(yōu)化，將V型濾池濾后水調節(jié)閥的動作頻率從8000次/d減少至1000次/d以下，水位的變化在±5cm左右，大大降低了設備維護費用，延長了閥門使用壽命，提高了供水穩(wěn)定性。