近年来V型滤池在自来水厂得到了较为普遍的应用，为使水厂稳定运行，对滤池中的关键设备——滤后水调节阀的工作特性进行了研究。该设备的动作频率非常高，某水厂V型滤池运行不到半年，4台滤后水调节阀的气缸、阀体等构件均出现了不同程度的磨损，通过校正该蝶阀的流量特性曲线等手段，优化了该阀门的整体性能，降低了阀门的动作频率，从而达到了稳定生产、降低维修成本的目的。 1滤后水调节阀的工作原理
V型滤池是采用恒水位过滤控制方式运行的，图1显示了恒水位过滤的工作过程。过滤时通过超声波液位计实时监测滤池的水位变化，根据水位的变化控制滤后水调节阀的开度，以达到恒水位控制的目的。该水厂滤池的工作液位为石英砂以上1.20m，液位计显示此液位值为2.40m。当滤池液位上升（>2.40m）或下降时（<2.40m），通过PID运算使滤后水调节阀开启度增大或减小，使滤床之上的水位保持恒定（稳定在2.40m）。可以看出，滤后水调节阀及阀门定位器是水��滤池稳定运行的关键设备。滤后水调节阀的这种工作方式，决定了阀门频繁动作的特性，这就要求进一步提高技术水平和延长阀门的使用寿命。
图1 恒水位过滤“液位计—滤后水调节阀”PID调节示意图
2 运行中出现的问题
在实际运行中，对滤后水调节阀的动作频率进行了统计，结果如图2所示。
图2 滤后水调节阀动作频率统计图
在此工况下，滤池液位的恒定效果比较好（±1.8cm）。在15min内阀门动作了85次，动作频率高达5.7次/min，每天动作8160次，动作角行程为1102°，按照这个动作频率计算，该阀门相当于每天全开、全关1057次。实际运行结果证明，这种频繁动作对阀门的损伤是非常大的。水厂运行不到半年，阀门各部分构件均出现了不同程度的磨损，驱动蝶阀的双作用气缸的缸体橡胶密封圈2个多月就出现磨损并开始泄漏，继续运行到3个月时，气缸的动作就变得缓慢，必须更换橡胶圈才能恢复使用；而蝶
阀阀体本身的磨损也较严重，阀门转轴出现严重磨损，长期这样运行将很快损坏。
3蝶阀流量特性曲线在液位调节中的应用
3.1蝶阀使用状态下流量特性曲线的测量
使用的蝶阀公称直径为DN350，为了解阀门在实际使用状态下的流量特性，实地测定了安装后蝶阀的流量特性曲线。采用的方法是：通过定位器将阀门的开启度设定在某一数值（如5%、10%），测定液位从2.60～2.40m下降的时间，通过体积变化计算出该开启度下的流量，然后改变阀门开启度，采用同样的方法测量从5%～100%的流量，绘制成如图3所示的蝶阀在使用状态下的流量特性曲线。
图3 蝶阀流量特性曲线
3.2智能型阀门定位器对流量曲线的校正
对于V型滤池来说，采用PID控制方式对蝶阀进行开度调节可以达到恒定液位的目的，而PID控制是典型的线性调节，但从实际所测得的流量特性曲线来看，蝶阀实际工作状态的特性为快开，主要工作范围为10%～50%，在此区段蝶阀的开启度变化40%，流量变化57.2%，这会导致控制系统的超调，即其流量特性的畸变是比较严重的。对于PID调节来说，蝶阀理想的工作特性曲线应该是直线，但目前因为阀门的流量特性畸变，直接影响了系统的控制质量。阀门流量特性的畸变使控制系统的输出变得不可预计，因此有必要对蝶阀的畸变进行校正，而该水厂采用了西门子的智能型电气阀门定位器，具有对阀门流量特性校正的功能。在其功能菜单中，SL0～SL20可以设定数值转折点，每个设定点可以从5%的行程上赋予流量特性值。这些点组成一个多边形，共由20条直线组成，从而导出一个理想的阀门特性曲线。采用这种方法，能够实现对阀门流量特性的畸变进行补偿，如表1所示。
表1 采用智能定位器对蝶阀流量特性的校正（实际测量数据）
续表1
表1的畸变补偿方式，在定位器得到PLC给定的开度信号后，通过储存在智能定位器中的理想状态阀门流量特性曲线数据，转换得到相对应的理想相对流量，再据此算出实际需要的开度行程信号控制蝶阀，这样由PLC给定的阀门相对开度与蝶阀的实际输出流量校正为直线的关系，如图3所示。
3.3阀门调节性能的综合优化
采取上述措施后，对PLC编程软件进行了优化，认识到在维持滤池恒水位的基础上降低阀体动作频率是解决问题的*根本方法。对PID调节后的输出增加了一些限制条件：
①原恒水位稳定带设定为±2cm，为使恒水位过滤达到一定精度，同时又不使出水比例阀频繁动作，将恒水位稳定带调整为±5cm；
② 增大PID调节的死区，当滤池液位在设定液位的±3cm内波动时，不输出阀门动作指令；
③ 当P ID运算后，阀门动作幅度<3°时，不输出阀门动作指令；
④调整PID的各项系数，减小比例项常数，增大积分项常数，减小阀门的动作幅度，也降低阀门动作的灵敏度，反复试验调整寻找合适的参数；
⑤ 降低阀门动作指令的输出频率，上述情况下每30s输出一次PID指令；
⑥ 如果水位变化在±5cm以外，每5s输出一次PID指令。
通过采取以上的综合处理与优化措施，大幅减少了滤后水调节阀的动作频率，调整后该阀门每天动作不足1000次，半年多来的使用证明，其故障率大大降低，稳定性能提高很多。
4 结语
综上所述，为减少滤后水调节阀的动作频率，测量了蝶阀在V型滤池使用工况下的流量特性曲线，通过西门子智能型阀门定位器对蝶阀流量特性曲线进行校正，并结合PLC编程软件的优化，将V型滤池滤后水调节阀的动作频率从8000次/d减少至1000次/d以下，水位的变化在±5cm左右，大大降低了设备维护费用，延长了阀门使用寿命，提高了供水稳定性。