IC卡水表用阀门的选择

周岳健
宁波龙康智能仪表有限公司

　　二十一世纪是进入计算机网络化和信息化时代，信息技术已广泛地渗透到社会各个领域并发挥着越来越重要的作用。九十年代以来建设事业中IC卡智能产品发展迅猛并取得了可喜的成绩。
　　IC卡智能水表从其诞生之日起，至今已走过近十个年头，产品技术不断完善，已被广大用户所接受并大量应用于建设行业，特别是住宅中。但由于IC卡智能水表产品技术还没有达到完全成熟的阶段，各生产厂家产品在技术、结构、工艺上区别仍较大，执行标准不统一，特别是作为控制执行部件的阀门有多种，如先导阀、球阀、陶瓷阀、螺杆阀、电磁阀等，这些阀门特点多异，产品质量良莠不齐，选择时应特别注意。根据目前IC卡水表现状及我公司多年研制IC卡水表的经验，本文重点对应用较多的先导式阀门和球阀的特点及选型提出一些看法，与业内人士及用户探讨。

一、 阀门在IC卡水表中应具备的性能

　　IC卡水表是一种具有计量及控制功能为一体的水量计量仪表，作为计量装置它提供用水数量及收费依据；作为控制装置，它可实现预付费功能并准确控制供水量。阀门是其控制装置的执行终端，高质量的IC卡水表用阀门应具备以下性能：
　　(1)阀门开关应灵活可靠。打得开，关得严，到位准确，且开、关状态应稳定。
　　(2)按国家标准要求，IC卡水表总的结构长度不能超过相同公称通径基表的长度，因此阀门应体积小，结构紧凑。
　　(3)压损应尽量的小，小口径IC卡水表其基表加阀门总压损应小于0.1MPa。
　　(4)从功耗上要求，阀门的起动及运行力矩应尽量小。
　　(5)阀门耐压强度应达到在压力1.6MPa下持续15min（型式试验为2.0MPa下1min）无泄漏和阀体无变形、损坏。
　　(6)阀门密封性能好。在1.1PN下，其密封面不得有渗漏。
　　(7)开闭速度尽量快，且不得有水锤现象产生。
　　(8)按CJ/T133标准，阀门的开闭次数应超过1000次以上，此时阀门关闭后的内泄量不能超过标准要求，阀门使用寿命应超过10年以上。
　　(9)阀门的动作裕度应尽量大，在管道压力为0.02Mpa至其额定压力下，应能正常工作。
　　(10)阀门所用材料应耐腐蚀，且符合饮用水的卫生条件。

二、 阀门选型要求

1、IC卡水表用阀门存在的问题
　　在我国IC卡水表投放市场近十年，为自来水行业从传统的人工收费的管理模式转为预付费管理模式提供了物质条件，实现了城市安全、可靠、准确、方便的供水收费系统。因此IC卡水表受到自来水行业和用户的青睐。但是这种高科技产品的发展并不是一帆风顺，很多厂家见到IC卡水表市场广阔，利润丰厚，尽管没有掌握这项产品的技术，却急忙上马；有些IC卡水表厂家受到利益驱使，不重视产品质量，设计上没有充分考虑产品的可靠性，设计要求不明确，设计方案不充分；生产工艺上控制不严，试验、检测手段缺乏，致使产品质量低下，造成市场上的IC卡水表质量良莠不齐。据我们市场调查，IC卡水表出现的故障中阀门占有较大比例，主要故障为内、外泄，打不开、关不上或卡死等，其中打不开、关不上是十分严重的故障，直接影响用户的使用，使水表失去其最基本的使用功能。
2、选型
　　阀门选型应从以下几方面综合考虑：
　　(1)首先要全面了解IC卡冷水表标准CJ/T133对阀门性能、技术要求方面的规定，被选阀门是否符合这些规定。
　　(2)阀门的结构特点是否能满足用户要求，包括潜在要求。
　　(3)对IC卡水表生产厂家的技术实力、开发过程、质量保证体系进行调查，详细了解企业产品开发的技术细节，是否有能力并认真研究解决传统阀门存在的弊端，并不断改进产品的性能和质量。
　　(4)进行市场调研，了解产品在其用户中使用情况。

三、 对球阀、先导阀门结构原理和技术特点的分析对比

1、球阀
　　(1)结构原理：目前IC卡水表采用的球阀多为电机驱动球阀。它由电机、减速器、阀杆、球体、阀体组成，结构上与普通球阀基本相同。动作原理非常简单，当电机接到控制器指令，启动后经减速器减速，通过阀杆运动带动球体旋转，球体中间开孔，当孔与阀体通孔同轴时，阀门全部打开，当球体再转动90⁰时阀门关闭，实现对水流通断的控制。
　　(2)优点：
　　a、球阀结构简单，动作也不复杂，零件少，生产制造容易，成本较低；
　　b、压损很小。（见图一）

图一

　　(3)缺点及需要解决的问题
　　a、起动力矩及工作力矩大，电机工作电流大，一般在80～120mA范围。阻力主要来源于球体与阀体间的密封面，和阀杆与阀体间的密封面，阻力随着管道流体压力的增大而增大。由于电机起动电流大，压降也很大，严重时会造成单片机低压死机。
　　b、开关阀时间长：厂家为提高电机的负载力矩，常采用提高减速器的速比，这样又造成开关阀时间加长，耗电增加。
　　c、防泄漏困难：球面与阀体间的密封因开关阀时球体旋转运动而磨损，造成阀门内泄，关不严；阀杆与阀体间的动密封因转动磨损而造成阀门外泄。
　　d、阀门动作失灵、卡死：球面与阀体间密封被磨损后，两者间隙增大，当水中有杂质及水垢会将球体卡死，从而造成阀门关不上、打不开。
2、先导式阀门
　　(1)结构原理：当前IC卡水表行业广泛采用的先导式阀门结构形式分为先导活塞式、先导波纹管式和先导薄膜式。驱动方式上多采用直流微型电机驱动，这种阀门我们称其为电机驱动先导式截止阀门（以下简称先导式阀门）。
　　先导式阀门由主阀、导阀、电机、减速器、阀芯等组成，先导阀门是利用阀门进出口压力差通过导阀放大来控制主阀开关动作。下面以膜片作为压力分区部件的先导阀门为例说明其工作原理。
　　阀门由阀瓣与阀座、皮膜与上盖将主阀分割为A、B、C三个压力区，通过控制导阀来改变A、B、C三个区域间的压力差，即可控制主阀可靠、平稳开启与关闭。
　　开阀：打开导阀2，关闭导阀1，阀门C区的水通过泄流管进入B区，C区的压力与B区相等，A区进口压力远远高于C区，阀瓣受向上的压力，使阀芯上移将阀门打开。
　　关阀：打开导阀1，关闭导阀2，阀门进口A区的水经引流管进入C区，使C区压力与A区相等，由于膜片受力面积大于阀座面积，使阀芯向下移动，直至关闭阀门。（见图二）

　　(2)优点：
　　a、阀门的开启和关闭的主要驱动力来源于管道内介质的压力，因此阀门开、关所需起动力矩及工作力矩很小，类似晶体管放大原理或杠杆原理。
　　b、阀瓣是橡胶的，属软密封，留有一定压量，因此密封性好，开关可靠，滴水不漏，且使用寿命长。
　　c、耗电省，有利于电池供电，甚至公称通径几百mm的大口径阀门，一节3.6V的锂电池都能使其正常工作。
　　(3)缺点：
　　a、先导孔较小，易堵塞。
　　b、结构较复杂。
　　c、成本稍高。

四、 改进型先导式阀门

　　(1)先导孔堵塞问题：这个问题是应用先导式阀门的用户最为担心问题，采取三项技术加以解决，一是在导孔上游加装过滤器，过滤器的滤孔小于导阀引流孔，可滤除水中颗粒形杂质和水垢等；二是采用防结垢材料制造引流孔器件；三是将引流孔设计在阀芯的膜片上，这样在阀门开关动作时可冲洗引流孔，通过以上设计彻底解决了先导孔堵塞问题。

　　(2)采用膜片作为敏感元件，解决了活塞式间隙大，易被杂物和水垢卡死和小压差时不动作问题。
　　(3)采用电机驱动方式，阀门运行平稳可靠。自行设计的低功耗、大扭矩电机，工作电流小，抗干扰能力强。
　　(4)采用磁力、水力相结合技术，使阀门在零压差下也可单独通过磁力开关阀门，因其靠磁力非接触性传动，没有传动轴的动密封环节，彻底解决阀门外泄问题，并且使阀门水路与电控部分彻底隔离，确保控制线路运行安全。
　　(5)选用具有耐氧化性能好的磁钢：经过多年摸索和大量试验，我们选用耐氧化性能好的钐钴和铁氧体磁钢作为阀门采样磁钢和传动磁钢。且磁钢的B值选择要考虑其温度特性和随时间逐渐降低的问题，经优化设计使其既能使IC卡水表可靠运行，且留有充分余地，确保十年内稳定工作。
　　(6)独特的驱动装置：电机减速后，通过驱动器将旋转运动变成直线运动，驱动外磁钢就可带动阀门内磁钢上下运动，从而控制阀芯运动，完成阀门的开关动作。驱动器到位开关选择优质鼠标开关，位置控制准确、寿命长。
　　(7)阀座密封面不易积垢，防内泄效果好。

　　通过上述分析，希望能对IC卡水表用户有所启迪，使IC卡水表能更好的满足用户需求。

---

宁波龙康智能仪表有限公司 总裁周岳健
联络方式：[email protected]