試析動態扭矩儀在水處理控制閥扭矩實現上的應用

（浙江三方控制閥股份有限公司，浙江富陽 311400）

動態扭矩儀是一種以動態扭矩傳感器為核心，用于端面密封水處理的扭矩動態控制的儀器，在水處理控制閥的扭矩中已經得到了廣泛地應用。因此需要切實加強對水處理控制閥的動態扭矩儀的應用要點梳理，以更好地促進其應用成效的提升。

1.水處理控制閥動態扭矩技術現狀梳理

在傳統水處理控制閥扭矩控制過程中，主要是采取簡易螺旋母裝置，把螺母快速地旋轉一定位置之后，采用手工的方式對每個撥叉進行逐一調整，才能達到動片旋轉扭矩，整個過程主要是通過人工自身的主觀感覺來決定，不僅效率慢，而且扭矩難以固定和量化控制。因此，為徹底改變這一現狀，需要切實加強對現有技術現狀的梳理，才能針對性地在設計中進行改進和優化[1]。

目前的水處理控制閥以多功能控制閥為主，而動態扭矩儀作為其核心的部件，功能主要是對水流動方向進行優化后促進特定功能的實現。目前的水處理控制閥已經從傳統的手動控制向自動控制發展，尤其是隨著近年來的物聯網技術水平的不斷提升，使得很多水處理控制閥已經朝著物聯網控制的方向發展，不僅有智能反沖技術，而且還有防泄漏技術，使得水處理技術水平得到不斷地發展。但是在產品技術不斷發展和創新過程中，不管是產品控制，還是動力系統，以及機械結構，其前提是否是以穩定性為前提。目前的水處理控制閥的動態扭矩技術已經相對成熟，在實際應用中，主要是從可測量和可控制以及可自動化3個方面發展。

2.水處理控制閥動搖扭矩技術實現中的應用要點

2.1 采用端面密封技術實現水處理控制閥扭矩動態控制的原理分析

端面密封技術是在具有一定面積的高平面度上，將兩個平面進行貼合后達到密封阻流的效果，所以其最大的優勢就在于具有較強的密封性與阻流效果，使得多個不同的閥門可以在一個閥體上緊密集中，并以平面圓周的方式布置。具體詳見圖1所示，在圖1中，閥體的內徑是固定，水處理控制閥中設置一個平面度較高的定密封片，當手柄（電機）將撥叉啟動后，帶動動密封片（一般利用陶瓷制作，不僅平面度較高，而且硬度較高）和定密封片旋轉。在整個旋轉過程中，為實現水處理控制閥扭矩動態控制，需要對其受力情況進行分析。一般而言，在閥體撥叉在旋轉之后，后受到來自壓緊螺母密封圈的摩擦力，撥叉會將動密封圈帶動旋轉，并與定密封圈形成摩擦力，動密封圈與定密封圈之間的摩擦力隨著水壓在動密封片上作用的力而變化，同時還會受到定密封片和閥體密封橡膠回彈力的變化而變化，進而形成撥叉旋轉扭矩，但是控制閥不同時，其扭矩也不同，通常扭矩位于3到10N·m這一范圍之間。

圖1 某水處理控制閥閥體示意圖

2.2 如何實現扭矩測控與自動化控制的技術方案分析

在水處理控制閥運行過程中，為確保動態控制扭矩的效果得以實現，在掌握其閥體運行原理的基礎上，還要緊密結合動態扭矩儀測量與使用的要求，并在水處理控制閥的動態扭矩控制中應用，所以需要對扭矩的測控和自動化控制的技術方案進行設計。一般而言，就是在水處理控制閥中裝配壓緊螺母時，首先需要進行預緊且在這一環節中動態測量云控制閥體撥叉旋轉扭矩，其次是采用全自動的裝配設備而實現，在全自動裝配設備中，主要包含的組件有：（1）壓緊螺母的止轉裝置；（2）閥體的旋轉組件；（3）測試扭矩的組件；（4）撥叉扳手組件。其中，組件（1）中包含了伺服電機，主要是用于帶動閥體轉動，及其相關組件與定片；而組件（2）中包含了彈簧和連接軸，通過連續轉動而與撥叉花鍵連接，將閥體組件及其動片帶動；組件（3）中包含了齒形扳手，用于固定壓緊螺母，并旋如閥體，確保動定片得以壓緊；而組件（4）主要是在進行壓緊時，對旋轉撥叉電動動片形成的扭矩進行動態測試，一旦達到設定的扭矩時，就會及時地停止閥體旋轉組件，每個動作也會相應地復位。最后，在全自動裝配裝置中借助PLC技術和光電尺、汽缸、伺服電機來提供自動動作信號與動力。其中，伺服電機主要是待定工作盤旋轉的同時，還會帶動閥體自動旋轉，而汽缸則帶動螺母詞性扳手下降，同時還會自動地與旋轉的閥體螺母的相關位置相配合，確保螺母閥體旋轉而達到自動安裝螺母的目的。而伺服電機在快速旋轉過程中，當處于設定的位置之后，會下降扭矩檢測系統，并通過自身的旋轉功能，自動地與閥體撥叉工件的對應位置相配合，使得閥體拔插被帶動并旋轉。再利用扭矩測試儀對測試的相關數據信息進行采集，而采集的數據信息需要與人機界面中的設定值進行對比，從而控制伺服電機是否需要繼續運行，亦或是根據設定速度來運行，直到處于設定數值之后，從而實現標準化的安裝閥體[2]。

2.3 自動控制中的控制系統運行分析

一般而言，在水處理控制閥中，為實現扭矩得到動態控制，尤其是為實現自動控制，在控制系統中往往需要采用PLC技術，其中，扭矩測試與閥體旋轉組件中主要是采用伺服電機，而壓緊螺母的止退裝置主要是采用移動的汽缸，并在上位設置觸摸顯示屏，從而便于對工作區域的監控與操作。例如圖2是常見的雙工位控制系統，在控制系統運行中，其運行要點如下，也是實現扭矩得以自動化和動態化控制的前提所在。

圖2 雙工位控制系統

從圖2可以看出，能對A和B兩個不同的工位進行獨立控制。且每個工位都能結合控制閥的扭矩要求來來設定，使得位置與速度具有可調性，每個工位中均設置了一套雙控與復位開關。汽缸主要是控制壓緊螺母的止退裝置，伺服電機主要是用于閥體旋轉控制的組件，且能對旋緊時的位置與速度進行有效的控制，而且在壓緊螺母和閥體旋緊時，能對撥叉扭矩利用測試組件對其扭矩進行連續測試。當達到設定的扭矩之后，每個動作就能及時地復位，比如扭矩測試組件、壓緊螺母止退組件、閥體旋轉組件均能及時地復位。此外，當發生異常之后，就能對輸入異常報警信息，比如移動到最大限位時，以及扭矩大于上限時，均能及時地自動急停。

由此可見，在實際應用中，應緊密結合產品裝配的特點來進行相關流程的設計，按照上述的方案，為了滿足不同類型閥體裝配的需要，只要采取更換螺母齒形扳手與撥叉齒形套即可，因此具有較強的通用性。但是在實際應用時，需要確保撥叉在裝配之后不僅要能帶動動片旋轉，而且要實現其扭矩值的量化，同時具有較強的可控性，這樣在采用手動的水處理控制閥時，不僅有著良好的旋轉手感，而且還要確保在自動水處理控制閥電機負載得到有效的優化，在設計中注重節能技術的應用。

3.結語

本文緊密結合水處理產業鏈未來的多元化發展需求，具有水處理控制閥設計的視角，就如何實現水處理控制閥扭矩的動態化、智能化控制提出了一種初步設計思路與方案。在實踐中，還要通過不斷的改進和優化，以更好地抓住“十四五”時期的發展機遇并迎接挑戰，實現企業的可持續發展。