一种新型气动阀门在自动加药系统中的应用

魏国富

(洛阳坤宇矿业有限公司)

随着工业生产自动化程度的提高，选矿厂药剂添加系统大部分采用程控加药机实现自动加药，阀门或计量泵等仪器是控制加药量的执行机构。尽管各种阀门种类繁多、性能各异、可选择范围广，但在一些特定环境中往往很难找到完全适合自动化生产控制的阀门，根据特定生产环境设计专门的阀门成为自动加药系统选择阀门的需要。根据钼、钨等选矿厂生产实际，设计了一种新型专用电磁气动阀门，并在其自动加药系统中得到良好应用。现对该阀门及其应用进行介绍，以期为其他生产环境下的自动化生产系统中的专用阀门设计与应用提供参考。

1 设计背景

根据入选矿石性质的不同，浮选生产所需的选矿药剂也不相同，药剂性质也差别较大。其中很多液体药剂较为黏稠，不易流动，还有一些液体药剂里含有一定量的固体颗粒，流动性差。实际生产中药剂添加量一般较小，如果保持自动加药系统中的阀门常开，阀门通径需控制在很小范围内，极易堵塞阀门和管道。因此通过加大阀门通径、保持阀门间歇打开和关闭来解决该问题，既能保证较小的药剂流量，又避免堵塞，但阀门频繁打开和关闭大大减小了其使用寿命。

实际浮选生产中使用的程控加药机采用电磁流量计进行计量，配合电动阀控制药剂流量，完成自动化系统的闭环控制，实现药剂的精确添加。但电动阀门动作缓慢，完成1次开闭需要数十秒；阀门开关过程中，药剂流量不稳定，很难做到准确计量和控制；电动阀门频繁动作，也极易损坏阀门，且成本高昂。

为此，设计出一种通径较合理，用于流动性差、用量较小的液态药剂添加，配合自动化系统实现添加量精确控制，且开关动作迅速、成本低廉、经济实用的阀门，成为浮选自动加药系统的一种迫切需求。

2 新型气动阀门

2.1 阀门结构

设计的新型气动阀门从外形到内部结构均与传统阀门不同。该阀门上部为气缸，中部为阀体，下部为液态物质的流入口和流出口，阀门中间通过一根阀芯连杆带动阀芯上下移动，实现阀门开关。阀门阀体根据使用环境的不同，可设计为耐腐蚀的不锈钢型或普通型。阀芯和阀座需采用专用有机材料制成，能承受较大的冲击力，在阀门关闭时能紧密结合、不泄漏。阀门压盖并未将上部严密封堵，圆周留有均布小孔，保证阀门在使用过程中，阀体内部不形成负压，流量稳定。阀门安装时，上部压盖应高于药剂池中的液位。新型气动阀门结构见图1。

2.2 工作原理

通过加药自动控制系统PLC发出开关指令，新型气动阀门二位五通电磁阀线圈相应动作，压缩空气从阀门进气口进入气缸上部或下部，推动气缸内活塞上下移动，带动固定在活塞上的阀芯连杆上下移动，完成阀门的打开或关闭。压缩空气由生产系统提供，压力由调节阀控制在0.3～0.4 MPa，阀门只有全开和全关两种状态。

阀门控制采用气动而不采用电动控制，可瞬间开启阀门，阀门动作快速，使阀门可采用通断的持续时间来精确控制药剂流量。

图1 新型气动阀门结构

2.3 阀门型号

气动阀门型号根据控制管路入口处的管道通径确定，入口管径和出口锥形部最小处直径相同。阀门通径不宜过小，但药剂添加量有限，因此通径一般设计在DN15至DN65之间。

3 应用实践

气动阀门配合电控操作系统，完成阀门开关功能，无需手动操作。药剂添加量控制系统组成见图2。

图2 药剂添加量控制系统组成

3.1 药剂池

浮选药剂存放于药剂储罐内，药剂储罐安放在最高位置，药剂储罐内的液态药剂通过药剂管道可自流到药剂池内。药剂管道与药剂池连接位置安装一个无压力型浮球阀，浮球直径在20 cm以上，浮球阀开关只与药剂池液位有关。正常使用时，所有手动阀门打开(手动阀门供非生产时检修使用)，药剂储罐内的液体药剂流向药剂池。当药剂池内液位上升至设定的浮球阀安装位置时，浮球浮起，浮球阀自动关闭；液位下降时，浮球下落，浮球阀自动打开，从而保持药剂池内液位相对稳定，流经气动阀的液体压力稳定，流速可控。

3.2 控制线路

系统上位机通过工业以太网或其他通讯方式与PLC实现通讯，PLC同控制箱内继电器通过硬接线连接，继电器触点通过硬接线连接至气动阀门二位五通阀线圈。

3.3 控制原理

在PLC中编写软件程序，由PLC输出点控制电控箱内固态继电器接通和断开，固态继电器再控制气动阀门上的二位五通电磁阀，完成气动阀门的开关动作。通过PLC计算，固态继电器接通和断开的时间可控，气动阀门的开和关即可控，再测量标定出每秒流经气动阀门的液体流量，即可实现液体流量的精确控制。但不能使用普通继电器，原因是普通继电器频繁动作时极易烧坏。固态继电器为半导体结构的无接点继电器，可实现高速高频率动作，适用于控制器I/O信号的传输。

每个生产系统药剂池深度和液体药剂性质不同，液体药剂流速也不同。药剂添加量控制系统使用前需根据不同的工作环境进行测量标定，并根据运行情况和生产状况的变化进行重复标定，以保证药剂流量的准确性。

3.4 人机界面

根据药剂添加量控制系统所需功能，编写PLC控制程序。以洛阳龙安白钨选矿公司自动加药系统为例，人机界面见图3。

界面中“阀容”即药剂流量的标定值，由工艺技术员测量标定，即每分钟阀门始终常开时流经阀门的液体药剂流量。操作员不可随便更改标定值，但可在输入域内输入设定值，即生产中实际需要的液体药剂。

系统中每个气动阀门对应1个开关，各阀门可单独开关。系统运行时，根据设定值，在人机界面上点击对应阀门开关，由PLC控制相应阀门按设定程序进行精确加药。

4 结 论

设计的新型电磁气动阀门由二位五通电磁阀线圈接收PLC发出的开关指令，通过气动控制阀门的开闭，可实现阀门的瞬间开启或关闭，动作快速，通过改变阀门通断的持续时间控制浮选液体药剂流量的精确控制。根据特定工作环境和浮选药剂的黏稠度与用量，阀门通径一般设计在DN15至DN65之间。该气动阀门应用于钼、钨选矿厂浮选自动加药系统效果较好，能实现浮选药剂添加量的精确控制。根据实际应用情况改进后，可推广到其他选矿厂。

图3 龙安白钨选矿公司自动加药系统人机界面