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国内外组合风阀执行器应用现状


  风阀是工业流体控制系统(通风系统)中的一种调节机构,用于调节流体介质(空气)的流量大小。根据其结构型式及作用可分类为组合风阀、单体风阀、防火排烟阀及其它。因此,风阀执行器也分为组合风阀执行器、单体风阀执行器、防火排烟阀执行器。地铁、隧道通风因行业的特殊性(耐高温、速度快)及行业本身发展年代较短,其所用风阀执行器也是几十年才兴起。
  一、发展历史
  目前,国内地铁、隧道通风行业用组合风阀执行器的厂商大多以前从事工控行业,组合阀执行器延续了工控执行器的技术特点,改造适应地铁通风环境;单体风阀和防火排烟阀用执行器厂商大多从事暧通行业,水暧用执行器要防止阀门出现水锤需运行速度较慢,而风阀执行器需空气流动快,防火排烟为保证安全需要动作更快。行业不同,产品特点不同导致技术领域不同,也由此导致国内几乎无一家厂商将所有风阀执行器生产齐全。
  国外厂商与国内情况大致相同,但因其公司技术、资金实力雄厚,跨行业技术渗透较快;不过由于欧州与国内目前地铁、隧道行业应用标准不同,需求量不同,各国外厂商当前尚无一家专门针对国内此行业定制产品,致使国外很多产品不能在国内直接使用。
  重庆广达仪表有限公司自1996年成立以来,一直从事工业自动化系统用电动执行器的研发、制造与销售。自2004年接触地铁、隧道行业开始,公司致力于研制专用的地铁、隧道用耐高温组合风阀执行器。现拥用近20个专利技术,为国家高新技术企业,地铁产品为国家高新技术产品。十余年来已在北京、上海、广州、深圳、天津、南京、成都、合肥、南昌、南宁、苏州、青岛、乌鲁木齐等50多条地铁线广泛使用,为国内知名品牌。
  组合风阀执行器目前国内品牌有“重庆广达”、“上仪流体”等;国外品牌“博力谋”、“霍尼韦尔”、“西门子”等。
  二、产品特点
  角位移电动执行器按结构型式主要分两大类:多回转式和部分回转式;部分回转式又可分为底座摇臂式、直连式。多回转式主要用于闸阀、截止阀的开启;底座摇臂式用于挡板、风门的开启;直连式用于球阀、蝶阀的开启;
  1.结构型式的区别
  多回转式执行器因所驱动阀杆是直线位移,结构型式不适用于风阀;
底座摇臂式执行器可与底面直接相连,通过平面连杆机构同时驱动多个阀杆,适用于风阀;
  直连式执行器与阀门直接相连,不需辅助连杆机构,适用于单体风阀。
 
  当前国内几家厂商的组合风阀执行器均采用底座摇臂式结构。国外品牌“博力谋”、“霍尼韦尔”、“西门子”等专做暧通行业的公司并无底座摇臂式结构产品,导致国内地铁、隧道应用只要选用这类品牌均需风阀厂家自行制造高温罩壳、支架、摇臂等零件将直连式再转换为底座摇臂式结构。也就是说这些国际品牌产品只做为地铁、隧道通风用组合风阀执行器的一个部件。
  2.耐高温的区别
 
  前文已述,因进口产品均为通用型产品,而并非针对国内地铁、隧道通风特点定制产品,其产品自身并不耐高温,均需风阀厂家自行制耐高温隔热罩,但风阀厂家又无权将进口产品内部改造实施耐高温措施。目前普遍做法是制做一个很大的高温罩,将进口执行器完全包裹,而将联接部分与手轮部分引出。因产品减速器部分无需耐高温保护设计,这种做法成本较高,且二次拆装,部分零件容易损坏,这也是风阀厂家不愿使用这种方案的主要原因。
  重庆广达仪表有限公司的DKJ耐高温系列组合风阀执行器是针对国内地铁、隧道组合风阀的特殊要求(环境温度为280摄氏度下,正常工作一小时)而专门研发与制造。其产品结构及具体耐高温措施如下:
  (1)、产品主要部件
 
  (2)、方案说明
  参见上图,组合风阀执行器主要有减速器部件、手轮部件、电机部件、微动开关部件、继电器盒部件及隔热部件组成。
  其中减速器部件与手轮部件在隔热部件外;电机部件、微动开关部件及继电器盒部件在隔热部件内安装。相当于电机部件、微动开关部件及继电器盒部件与减速器部件之间增加了隔热部件的隔热垫零件进行隔离。
  减速器部件与手轮部件均采用优质碳素结构钢、合金钢、铸铁等金属材料制成。这保证了减速器部件与手轮部件在280度环境温度下、一小时内可正常工作。
  隔热部件由隔热垫、外罩、内罩及隔热材料组成。隔热垫为专用隔热材料;外罩与内罩均为金属材料。中间填充隔热材料;经耐高温试验,此隔热部件可保证当环境温度在280度时,其内部温度不高于110度。
  电机部件的电机绝缘等级为B级,它在不高于130度的环境温度下可正常工作。
  微动开关部件的微动开关采用耐热型开关,使用环境温度为(-25 ~ +120度)。
  继电器盒部件是用钢板制成的盒子,内部安装有电机启动电容和故障报警继电器电路板。电机启动电容为定制电容,使用环境温度为-20 ~ +105度。故障报警继电器电路板上电子元件均采用工业级,使用环境温度为-30 ~ +105度。为保证其可靠性,在继电器盒内腔,除故障报警继电器电路板与电容外的空间均填充隔热材料,实现二次隔热。对外的接线端子台安装在继电器盒部件上方,接线端子台采用高级尼龙工程塑胶,使用环境温度在不高于120度下正常工作。
  在电机部件、微动开关部件及继电器盒部件间所有连线均采用耐高温导线,使用环境温度为-65 ~ +200度。
  总结以上措施,电机部件、微动开关部件及继电器盒部件在隔热部件内安装,与使用环境进行一次隔热。继电器盒部件内的电机启动电容、故障报警继电器与使用环境进行了二次隔热。从而保证了整机产品在环境温度突然升至280度的情况下,可正常工作一小时。
  综上所述,重庆广达组合风阀执行器因在设计之初就考虑了地铁、隧道组合风阀的使用环境,其耐高温方案实施成本低,无需风阀厂商二次拆装,便于现场安装等特点均优于以进口执行器为主要部件的组合风阀执行装置。
  3、运行速度的区别
  因进口品牌执行器为通用型产品,但水暧系统与通风系统所用执行器因流体介质不同,无法做到执行器完全通用。如前所说的水锤效应在水暧系统中非常明显,而通风系统中就可忽略。以博力谋的SY产品系列为例,因其主要与蝶阀、球阀相配用于水暧系统中,为防止水锤效应,执行器需要慢速旋转。阀门口径与阀门两端压差越大,水锤效应越明显,需要执行器的输出力矩越大,运行速度就越慢。
  执行器的输出功率与输出力矩成正比,与运行速度成反比,故水暧系统用执行器因功率都较小而整机体积较小。而通风系统则与此相反。SY产品系列中输出力矩在500Nm以下的执行器90度运行时间均小于30秒,而500Nm以上的均大于30秒,这即是水暧系统的特点所决定。
  当前国内某些面积较大的组合风阀需要输出力矩大于500Nm的执行器时,国外产品采取一台组合风阀用两台执行器的方法,但因为机械连接、传动与电信号等不可能做到完全同步而导致事故多发。
  技术在发展、行业也在进步,随着《排烟系统组合风阀应用技术规程》标准的实施,组合风阀驱动安全系数的提高,这种通用型执行器将更加不适合在地铁、隧道组合风阀中使用。
  重庆广达仪表有限公司的DKJ耐高温系列组合风阀执行器紧跟行业技术,从早期运行时间25秒,到现在90度运行时间20秒,输出力矩从20Nm、40Nm、180Nm、250Nm、400Nm、600Nm、800Nm至1000Nm,规格齐全,方便客户选用。
  4、电机刹车的区别
  对于交流电机来说,电机制动一般有阻尼制动、电磁制动、能耗制动、反接制动。前两种属于机械制动,一般用于微特电机;后两者属于电气制动,一般用于大型设备的电机。
  博力谋SY系列执行器采用阻尼制动,其原理如下:该电机输出轴一端于齿轮连接将电机的力矩传递至减速箱,而另一端连接一块圆形摩擦片,电机背面有几颗(一般是四颗)尼龙柱通过弹簧压在摩擦片上。当电机通电运行时,首先克服尼龙柱与摩擦片间的摩擦力,再将其余的力传递至减速箱。当电机断电时,因尼龙柱与摩擦片间的摩擦力降低电机的运行惯性,并最终停止。
  重庆广达的DKJ系列组合风阀执行器采用电磁制动,其原理如下:电机轴与阻尼制动类似,一端为力矩输出端,另一端连接摩擦片。将尼龙柱改为尼龙片,并与电磁铁固定,并通过四根弹簧将尼龙片与摩擦片压紧。当电机通电时,电磁铁得电,将尼龙片与摩擦片分离;当电机断电时,尼龙片受弹簧压力与摩擦片压接在一起,起到制动作用。
  从原理上讲,阻尼制动因尼龙柱与摩擦片始终压接在一起,同样的电机输出功率,其消耗电能要较大。并且当电机长期使用后,因尼龙柱或摩擦片的机械磨损,电机的制动性能要降低。电磁制动的尼龙片只有在电机断电时才与摩擦片压接在一起,同样的电机输出功率,其消耗电能较小,且机械磨损也大大降低。
  任何电动执行器的设计必须满足机械锁闭力的要求,也即当执行器电机断电时防止执行输出轴所驱动的调节机构来带动执行器输出轴及电机倒转。这也是组合风阀满足泄漏量要求,达到所需密封力,执行器设计的基本要素。阻尼制动因摩擦件长期接触,且电机要克服此摩擦力运行,一般此制动力较小,且随着电机运行,摩擦件长期磨损,此制动力会随之减小,因此在后期会存在风阀密封不严的可能。这也是工控系统中阻尼制动的执行器配套软密封阀门后期泄漏量大的原因。
  5、手动操作区别
  博力谋的手轮传动部分设计在整个减速器的中间级,其手动至输出间的减速比较小,转动手轮可快速打开风阀,但所需手轮力很大,尤其组合风阀面积较大时,通过手轮来转动风阀并使其密封几乎不可能。
  重庆广达的DKJ系列组合风阀执行器手轮设计在高速级,手动操作时通过拉动离合器,手动齿轮直接与电机轴联接传动,无论何种情况,开启、关闭风阀都很省力。
  6、辅助功能的区别
  当前国内地铁、隧道通风系统,某些系统中会需要组合风阀执行器具务故障报警或三档调节等功能。中国南北方气温变化较大,北方某些城市需要组合风阀执行器的工作环境温度很低。在这些情况下,一种通用型产品更是无法满足使用,必须针对某些城市,某些线路进行专门的设计。
  重庆广达的DKJ系列组合风阀执行器可根据客户需求,故障报警功能、三档调节功能、耐低温功能,既可单独选用,也可组合选用。在订货时还可备注风阀型式(立式、卧式)。本公司在出厂前全部按客户需求调试,测试出厂,现场只需接线与微调即可,便于使用。
  7、与国产执行器的比较
  见右图,该产品为工业自动化用普通型DKJ电动执行机构,是前苏联几十年前协助中国开发的,中国最早期的电动执行机构,当年为全国统一设计。二十世纪中国工业发展缓慢,几十年来被大量用于工业自动化领域,至今也仍有应用,国内这种产品的生产厂商也非常之多。
  当前,国内几家生产组合风阀执行器的厂家也大多借鉴了此产品的结构。除重庆广达外的国内厂商对此产品仅针对地铁、隧道应用的技术要求忽视了两种产品因应用场合不同造成的操作不同。如工业普通DKJ产品是接收220VAC开关信号,反馈4 – 20mA模拟量电流信号,内部不带凸轮及微动开关限位功能,零点和满点信号调节电位器的调试方向向正上方设置。因电位器较小且方向向上,在产品调试中利用电机与手轮间的空间是满足的。
  地铁组合风阀执行器必须带限位开关及反馈开关,对其调试必须通过操作凸轮及微动开关。从上图中可看出,普通DKJ产品上方是电机与手轮装置,已没有调试凸轮的空间(扳手空间),用户只能从后方,也就是说必须爬着才能看清凸轮调试。这就是重庆广达的产品较国内其他厂家的优越之处。
  此外,其余厂家的产品这种结构在手动操作转动速度快时,握住手轮的手经常碰到电机,产生损伤。重庆广达的DKJ系列组合风阀执行器是建立在长期跟踪客户反馈,积累的大量经验基础上设计而成。将手轮部件移至执行器上方,即释放了控制部件的空间,让客户调试方便,运转手轮也不伤手,充分体现了人性化设计。国内同行厂家故障报警器不满足地铁三位端子的要求,其接线方式使用航空插头不能满足地铁耐高温要求,防护等级仅为IP54,重庆广达可达到IP65。重庆广达在产品研发、技术创新、制造实力、市场占有方面均比国内同行厂家具有领先的优势。
  以上针对地铁组合风阀电动执行机构产品结构、性能及特点进行了比较分析。从战略上考虑使用国产品牌有利于带动产业链上下游联动,拉动内需提高国产化率,支持民族工业的发展是十分有益的。而国内地铁组合风阀电动执行机构重庆广达品牌以其结构、性能优、可靠性好,使用维护方便,性价比高,业绩突出,处于国内领先。
  选用国内品牌由于价廉、质优、适用性好、无需全款提货、实行滚动付款、资金使用成本低、无需风阀厂家改动、使用方便且售后服务快捷,所以深受国内风阀生产厂家喜爱。
 
  重庆广达自动化设备有限公司
  2017年10月9日

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