智能电液执行装置在出水阀门上的应用

    为响应“资源节约型、环境友好型”的号召和贯彻国家“十一五”规划纲要提出的节能减排要求，第三水厂和光明泵站取消了传统设计中的1号出水机组系统管路中的单向阀。单向阀功能由出水机组系统管路中的出水阀来替代，以此节约能耗，减少水头损失。
    1 水厂和泵站应用现状
    第三水厂主要担负着上水奉贤公司下属各水厂原水的取水（约为55万m3/d），供水能力为35万m3/d，供水范围为奉贤中西部和西南部地区，有35kV变配电室一座，二泵房总共8台供水机组（六用二备）。本次改造的为1号机组，技术指标如表1所示。
    光明泵站（水库增压）于2001年下半年开始建设，2003年正式投入运行。主要担负着光明地区杨王、湾张、工农、解放等12个村的用水。现有1300t水库一座、变配电室一个、水泵机组控制室一个、二台出水机组（1#和2#，一用一备）。本次改造的为1号机组，技术指标如表2所示。

表1 第三水厂供水1号机组技术指标

表2 光明泵站供水1号机组技术指标

    2 技术改造方案
    第三水厂和光明泵站1号机组原是传统的工艺设计，主要工艺设备有进水阀，水泵、电机、单向阀、出水阀和检修阀等组成（见图1）。因单向阀和出水阀都已使用很多年，其相关功能和技术指标已远离出厂的要求和标准值，如止回阀[1]的止回水流能力很差，出现倒流。止回阀流阻系数特别大导致水头损失非常大，用电量增大。新设计打破自来水厂二泵房和泵站（水库或增压）供水（或称出水）泵的出水管路上设置单向阀的传统规范设计。供水泵出水管路上的三大管配件中，单向阀的水头损失最大，此次设计中在出水管路上省去一个单向阀，如图2所示。由智能电液执行装置控制的出水阀门来实现单向阀的功能，减少出水管路上的水头损失，智能电液执行装置的“快闭加缓闭”功能避免了水锤的产生。在设备安全运行的前提下节约了电能，是一种创新的设计。

图1 改造前示意图

    智能型电液执行装置下接阀门

图2 改造后示意图

    图1、图2是1号水泵机组改造前后的工艺图。两者主要区别：（1）原单向阀现用直管段替代；（2）原蝶阀流阻系数较大，现采用EKNDN700PN10和FBEX-0300-10的蝶阀，流阻系数较小；（3）阀门电动执行机构改为智能电液执行装置（MHPQ－12SS）。
    智能电液执行装置的主要部件由外壳、电机、液压泵、控制器、数字显示屏、就地开关、手泵、位置变送器、模拟指示器、液压缸等组成，是集内装液压发生装置和控制及通信功能的一体式液压执行机构。液压发生装置由电机和液压泵装置，手动装置在异常状态下也能进行阀门操作。控制部分通过先进的电子微处理器进行智能控制，驱动部分采用液压驱动。当通过控制台发给智能电液执行装置开或关指令时，执行机构根据指令，启动内部电机。电机转动带动液压泵泵出高压油，高压油推动液压缸内的活塞动作，活塞将液压力转化成扭力传导给阀杆，从而带动阀门开或关（见图3）。利用内置的微处理器（CPU）进行智能控制，内置的液压系统采用先进的等量泵入/吐出原理进行工作。当阀门运行至指定位置时，电机及液压泵停转，液压缸自身处于压力平衡状态，无需电机及泵的驱动即可保位，解决了重锤阀液压系统高负荷工作的漏油及阀位不稳定的问题，并且能延长电机的寿命。遇到信号不稳定时，CPU具有正常误差调整的功能，也可根据客户要求进行死区设定，解决了重锤阀控制性能不稳定的问题。

图3 工作原理框图

    采用二路单相电源（一用一备）并通过UPS市电模式向智能电液执行装置供电（220V、约1kW）。如一路电源失电，另一路电源进行自动切换。当二路电源都因故障突然停电，由UPS自动供电。如UPS不正常，最后可用手动操作，所以安全可靠。
    3 技术改造后试运行效果
    光明泵站1号水泵机组调试运行效果（见表3）及节能分析（见表4）。

表3 光明泵站1号水泵机组调试运行效果分析

表4 光明泵站1号机组节能分析

    第三水厂供水1号机组技术指标（见表5）及节能分析（见表6）。

表5第三水厂供水1号机组技术指标

表6第三水厂供水1号机组节能分析

    由表5可知1号泵改造前泵房单泵出水管采集水损数据为0.9m，改造后1#泵出水管测量水损为0.1m。数据比较表明智能电液执行装置所配的一体阀节约了0.9-0.1=0.8m的泵房单泵出水管水头损失的能耗。表6为第三水厂1号机组的节能分析。
    4 结论
    智能电液执行装置在第三水厂及光明泵站的应用表明节电效果显著。第三水厂每年可节省58110元、光明泵站每年可节省8049元。除此之外，还可节省购买一个单向阀的费用，同时节约了检修费用。尽管机械式的“一阀二用”阀门早已在生产上用且有节能效果。但职能电液执行装置在出水阀门上的使用，是一项更为有效的节能措施，它是以计算机技术为基础的产品，适合各种阀门口径的电液操作阀门的控制，为水行业节能提供新思路。