一種智能液位檢測(cè)排水金屬閥門(mén)防腐蝕設(shè)計(jì)與應(yīng)用

程 松

（南京恩瑞特實(shí)業(yè)有限公司，江蘇 南京 210000）

空氣經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)以后形成高壓的氣體輸送給應(yīng)用高氣壓的機(jī)器設(shè)備，不過(guò)在這過(guò)程中，輸送高壓氣體經(jīng)過(guò)管道后溫度會(huì)降低，從而產(chǎn)生一些冷凝液體。這些冷凝液長(zhǎng)時(shí)間堆積會(huì)對(duì)管路造成氣堵，還容易銹蝕管道，造成一些安全隱患，所以需要定期排出這些冷凝液。但是如果排放不得當(dāng)，很容易將有用的氣體排出管道，造成氣壓降低，空壓機(jī)負(fù)荷增加，用電量增加。本文針對(duì)不同管道所凝結(jié)的不同成分的冷凝液設(shè)計(jì)出能夠進(jìn)行精準(zhǔn)排放的智能排水金屬閥門(mén)，金屬閥門(mén)在排除冷凝液同時(shí)也保證有用的高氣壓空氣不被排除[1]。

1 傳統(tǒng)排水閥門(mén)與智能液位檢測(cè)排水金屬閥門(mén)比較

空氣壓縮機(jī)冷凝水排放一般情況是由人工定時(shí)排放，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，由專(zhuān)人看管維護(hù)，所以耗時(shí)費(fèi)力。并且冷凝水有時(shí)候排水量隨著季節(jié)天氣等影響改變，人工很難把握好排水節(jié)奏，有可能造成排放不及時(shí)，從而引起管道氣堵。隨著技術(shù)的進(jìn)步，定時(shí)排水閥門(mén)被生產(chǎn)出來(lái)，但是定時(shí)排放的節(jié)奏很難控制得當(dāng)，往往引起不必要的排氣，造成整體系統(tǒng)的氣壓損失。

智能液位檢測(cè)排水金屬閥門(mén)則無(wú)需人工定時(shí)檢查和排放，極大節(jié)約人力成本，只需定期維護(hù)檢查是否工作正常，尤其適合無(wú)人值守的空壓機(jī)站或者有大量空壓機(jī)的工廠。另外智能液位檢測(cè)排水金屬閥門(mén)可以經(jīng)可能減少由于冷凝液排放所造成的管道壓力損失與變化，使管道壓力平穩(wěn)運(yùn)行，并且排放冷凝液效率更高。下表就是三種排水方式的比較說(shuō)明[2]。

表1 三種排水方式比較表

從上表可以看到，人工排水方式對(duì)人力消耗最高，目前在目前人力成本頗高的今天已經(jīng)較為不合適了，材料成本最低，維護(hù)成本主要是工人工資上很高，而且在實(shí)時(shí)性和故障率方面都不理想，氣體的壓力損耗也較高，綜合起來(lái)在三中方案中是較差的方式。智能液位檢測(cè)排水器方式對(duì)人力消耗最低，材料成本最高，維護(hù)成本主要是智能液位檢測(cè)排水器的采購(gòu)，雖然初始投入較高，但在實(shí)時(shí)性和故障率方面都很理想，氣體的壓力損耗也很低，綜合起來(lái)在三中方案中是最合適的方案。

2 智能液位檢測(cè)排水金屬閥門(mén)的結(jié)構(gòu)與原理

智能型非接觸式液位感應(yīng)器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)液位感應(yīng)器）采用了先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)及高速信號(hào)處理芯片，突破了容器壁厚的影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)密閉容器內(nèi)液位高度的真正非接觸檢測(cè)。液位傳感器（探頭）安裝于被測(cè)容器內(nèi)U型孔套內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓密閉容器內(nèi)的各種有毒物質(zhì)、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及各種液體的液位進(jìn)行檢測(cè)。

2.1 金屬閥門(mén)設(shè)計(jì)特性

①非接觸式液位傳感器，由于非接觸測(cè)量，不會(huì)受到強(qiáng)酸強(qiáng)堿等腐蝕性液體的腐蝕，不受水垢或其他雜物影響；②智能化液位基準(zhǔn)調(diào)整及液位記憶功能；③檢測(cè)準(zhǔn)確穩(wěn)定，可檢測(cè)沸水液面；④純電子電路結(jié)構(gòu)，非機(jī)械工作方式，性能穩(wěn)定壽命耐久；⑤高穩(wěn)定性，高靈敏度，剛干擾能力強(qiáng)，不受外界電磁干擾，針對(duì)工頻干擾及共模干擾有做特殊處理，以兼容市面上所有的5～24V電源適配器。

2.2 工作原理

智能型非接觸式液位感應(yīng)器是利用水的感應(yīng)電容來(lái)檢測(cè)是否有液體存在，在沒(méi)有液體接近感應(yīng)器時(shí)，感應(yīng)器上由于分布電容的存在。因此感應(yīng)器對(duì)地存在一定的靜態(tài)電容，當(dāng)液面慢慢升高接近感應(yīng)器時(shí)，液體的寄生電容將耦合到這個(gè)靜態(tài)電容上，使感應(yīng)器的最終電容值變大，該變化的電容信號(hào)再輸入到控制集成電路中進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，將變化的電容量轉(zhuǎn)換成某種電信號(hào)的變化量，再由一定的算法來(lái)檢測(cè)和判斷這個(gè)變化量的程度，當(dāng)這個(gè)變化量超過(guò)一定的閾值時(shí)就認(rèn)為液位到達(dá)感應(yīng)點(diǎn)。具體測(cè)量公式如下。

上式中，C1是測(cè)量液位的感應(yīng)電容，這個(gè)電容大小隨著水位變化改變，從而造成了脈沖寬度TL和脈沖寬度TH的改變，整個(gè)電路的頻率也就隨之改變，這個(gè)頻率電壓U被單片機(jī)計(jì)算后給出具體水位變化。這里主要采用的測(cè)量頻率電路由一塊NE555芯片和其周?chē)娐方M成，具體如下圖1所示。

圖1 水位低于電極時(shí)

隨著冷凝水進(jìn)入排水器的儲(chǔ)存罐，達(dá)到低水位線時(shí)，與低水位電極接觸，這里是隔著套管接觸。這時(shí)候低位電極與水接觸，電容變小，使得一片NE555輸出的頻率改變，51單片機(jī)就能識(shí)別改變的頻率，從而發(fā)現(xiàn)低液位的積水發(fā)生。不過(guò)這時(shí)候不需要排水，因?yàn)榉e水還很少，經(jīng)常排放會(huì)造成氣壓不穩(wěn)。隨著冷凝液的積聚，殼體內(nèi)液位的升高。逐漸接近高液位電極，當(dāng)接觸到高液位電極時(shí)，高液位電極的電容變小，高液位信號(hào)產(chǎn)生。在智能排水器中，單片機(jī)運(yùn)行程序按照如下的循環(huán)狀態(tài)，可以看到總共分成五個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)有特定的觸發(fā)條件，程序的狀態(tài)機(jī)在五種狀態(tài)中切換。隨著不同的觸發(fā)條件，它們會(huì)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)狀態(tài)。通過(guò)整個(gè)外圍循環(huán)過(guò)程，完成了整個(gè)智能排水的步驟。

2.3 智能排水金屬閥門(mén)防腐設(shè)計(jì)

排水閥門(mén)是屬于防腐閥門(mén)領(lǐng)域和氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)及手輪機(jī)構(gòu)方面的發(fā)明創(chuàng)造。它的任務(wù)是針對(duì)現(xiàn)有的特種不銹鋼材料控制閥，其防腐效果差，成本造價(jià)高，使用壽命短等不利因素。此外與該控制閥配套的氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)時(shí)，活塞缸內(nèi)壁則需要經(jīng)過(guò)鍍硬鉻處理，故制造成本大，不經(jīng)濟(jì)適用。因此針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種防腐蝕、強(qiáng)密封，程控智能化，帶氟波紋管的控制閥，并在活塞缸內(nèi)壁設(shè)有氟塑料襯層，以保護(hù)其內(nèi)壁光滑，抗腐蝕，對(duì)活塞密封起到保壓作用。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能齊全，手動(dòng)／自動(dòng)均可實(shí)現(xiàn)控制，其手輪機(jī)構(gòu)整體布局合理，操作方便、省力。本發(fā)明設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)合理，動(dòng)作可靠，適用性強(qiáng)，是一種應(yīng)用較廣的新型防腐控制閥

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要提出了一種基于非接觸液位感應(yīng)的智能排水器，該排水器采用螺紋電容作為測(cè)量液位的主要方式，并結(jié)合NE555電路和測(cè)頻單片機(jī)技術(shù)，能夠很好的解決水位測(cè)量的問(wèn)題，從而在儲(chǔ)水罐過(guò)滿(mǎn)之前排水，接著在水位低過(guò)預(yù)設(shè)線之前關(guān)閉金屬閥門(mén)。通過(guò)該方案設(shè)計(jì)，單片機(jī)與電磁閥門(mén)精密配合，可以達(dá)到及時(shí)有效排放冷凝水避免氣堵，并同時(shí)能夠減少系統(tǒng)內(nèi)氣壓損耗的目標(biāo)。