浅析智能水表的心脏阀门结构和试验方法

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浅析智能水表的心脏阀门结构和试验方法
智能水表开发至现在已经有近8年的时间。8年时间在市场上投入使用的智能水表出现一些质量、技术问题。这些问题最终集中在执行器上。开发商对执行器多多少少都做过基本功能的实验，来验证其功能在实际使用中的可靠性。为什么经过验证的执行器在用户正式的使用中会出现意想不到的问题呢？我以为有设计结构、试验方法、试验环境上的综合问题。以下就执行器的综合性问题阐述我个人的观点。
一、 设计结构
1. 执行器工作的基本原理
目前市场上执行器的种类包括：电磁先导阀、电机先导阀、电机球阀、平面叠阀。
电磁先导阀的工作原理：电磁阀开启时，对阀封压力腔进行泄压，管道内的水压将阀封推开，智能水表就正常工作；电磁阀关闭时，即关闭了泄压腔的孔，此时在阀封上的腔内的水压迅速上升，直至将阀封压住阀口，关闭了出水口。
电机先导阀是采用减速机构，为了解决运动件的密封问题，运动杆采用了磁驱动原理操纵泄压孔的开启与关闭，从而达到阀封的开与关。它与电磁先导阀原理相像，只是时间和反应速度比电磁先导阀慢。出现的问题与电磁先导阀是一样的。
电机球阀工作原理：由减速机构将电机的转速减慢，将扭矩加大用以推动球阀进行旋转，达到开启与关闭的功能。对于球阀本身的制造工艺要求比较高，球阀的旋转力度要有一个很标准的参数，即旋转球阀必须控制在一组工艺参数的范围内。并且，驱动球运转杆的密封也是一个关键，其中采用的基本是O型橡胶圈进行密封，所以，橡胶圈过于紧将增加扭矩，过于松将会导致密封不严而泄漏。
平面叠阀工作原理：由减速机构将电机的转速减慢，将扭距加大用以推动平面叠阀进行旋转，达到开启与关闭的功能。密封性是由水压上片来保证。平面叠阀对阀片的摩擦平面的平面度和光洁度要求相当的高，而且对于采用的材料要求也有很高的要求。为了解决这些问题，平面叠阀下叠片采用了陶瓷基材，上片采用了其它强度高的耐磨损材料，完全按化工机械密封的原理制造与加工，既保证了合理的接触面，又保证了最小的摩擦系数。
2. 结构分析
电磁先导阀和电机先导阀在自来水管道实际使用中，已经出现了由于长时间水质问题导致先导孔的堵塞、泄压阀杆吸附铁质微粒造成阀杆被卡死等问题，通过市场的使用与反馈的信息，开发商已经了解到这种结构的执行器不适宜我国水司目前的水质使用。由此，开发商又转向了球阀和平面叠阀。现在使用球阀的更多一点。以下对球阀、平面叠阀的结构进行综合分析：
电机球阀：在球阀的结构上，提高工艺水平，将球阀的扭矩控制在一个不会泄漏又在一定的扭矩参数范围。这一项工艺要求包含两个方面的要求，第一，球阀与密封压紧圈之间的松紧程度，既要保持在一定压力下关闭时不会泄漏；又要在外作用力下旋转所使用的扭矩在一个参数范围。这个参数值应：
F>f1+f2+f3
式中：F――电机驱动减速机构输出的扭矩力；
f1――球旋转的扭矩力；
f2――旋转杆橡胶密封的扭矩力；
f3――管道动态水压对球阀的作用力；
目前市场电机球阀的开关时间从：8秒至14秒有几种，其中对8秒左右结构的电机球阀和14秒左右的电机球阀进行过试验。试验的环境为1.0MPa，供电方式是电池直接供给。试验用的是新电池。试验的结果：
8秒电机球阀在0.6MPa的动态环境关阀很困难，有时甚至关不上；
14秒电机球阀在1.0MPa的动态环境关阀比较正常，没有出现关阀失误现象。
根据两种试验的结果，我们可以看出，扭矩对球阀是很重要的。我们假设：电机是相同的参数，那么如果8秒时间的比速是1，则14秒时间的比速则是1.75。所以，电机球阀的关键是减速机构的比速大小问题，但是前面说的几个工艺问题也是很重要的。
平面叠阀：在机械密封结构的基础上发展起来的一种阀门。阀门的特点是水平式的，流向是上进下出，因此阀门关闭时水的压力对上阀片是起很大作用的，压力越高密封性能越好。工作时阀片是作平面旋转运动，需要克服的是阀片之间的摩擦系数，而水压对它的影响没有球阀那样大。但要克服上叠片在水压强下的摩擦力。叠片之间得摩擦力通过实际试验，几孚没有增加多少的力。试验是在同一只水表上进行并按下列方法：
⑴将电流表串接在开关电路内，操纵开阀、关阀开关进行控制；
⑵IC卡水表安装在105m扬程的水泵管路中，水表接口前接压力表和三通安装阀门用以调节管路供水的压力；
⑶开启水泵将压力调整在1.0MPa左右时，对阀门进行开关的运行试验；
⑷通过调整阀门将压力逐步调整至1.5MPa。
试验是在动态环境中进行，与实际使用工矿完全一致，在水压1.0MPa时所需要的电流是：关阀起步50mA，当将要关闭时，电流突然上升至110mA左右；开阀时电流：开阀起步时电流110mA左右，当阀门一开启电流迅速下降至50mA。
在水压1.5MPa时所需要的电流是：关阀起步55mA，当将要关闭时，电流突然上升至120mA左右；开阀时电流：开阀起步时电流120mA左右，当阀门开启水从表内流出电