机电一体化在锅炉给水泵的应用

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摘要：水资源是社会发展的基础资源，我们每日的生活都离不开水。但是水资源也是一种不可再生资源，大量污水的排放造成了水质的严重污染，严重影响身体健康，所以实现水的循环再利用是我们所要解决的难题。随着机电一体化技术的发展，各机电相关行业都在逐渐应用这种新型技术，也包括锅炉给水泵这种机械设备。机电一体化技术在锅炉给水泵自动再循环装置上的运用，在保证器械功能的基础上降低了人工的劳动强度，减少了能耗，增加了设备的利用率。本文针对机电一体化在锅炉给水泵自动再循环上的应用为研究课题，基于对问题的分析研究，形成解决方案，通过反复实验，最终证明该方案有效。

关键词：机电一体化；锅炉给水泵；应用；自动再循环

随着时代的飞速发展，我国的城市步伐也在不断的加快。给水工程是我国市政建设的主要工程，关乎市民的生产生活。但是随着城市人口的不断增多，城市的供水压力也在不断增大。目前使用的大型锅炉给水泵大多采用的是纯机械原理实现的再循环装置，这种装置存在结构复杂、价格昂贵、可靠性低的缺点，需要寻找新的方式加以改进和优化。机电一体化是当代随着科技发展诞生的新技术，具有施工简单、供水安全、节能环保的特点，随着大家节能环保、节约用水的意识加强，该产品拥有广阔的发展空间。

1锅炉给水泵自动再循环系统存在的问题

锅炉给水泵主要用于传输清水及物理化学性质类似于水的液体，其流量一般在25-150m3/h,扬程基本在480到1100米的范围之间。具体的，锅炉给水泵可以用于传输280℃以下的高温清水，适合锅炉给水，工厂和城市供水的用途；也可以传送低于110°C的清水或类似于清水的无腐蚀性的物理化学物质或液体，事业单位的锅炉给水和城市供水经常使用此设备，对我们的生产生活有巨大的便利作用。锅炉给水泵自动再循环系统就是在锅炉给水泵的出口处设置一个回流装置，通过这个装置的运作，保证给水泵在运行的时候存在一个最小流量，防止给水泵在启动的时候因为出力太小产生气化或者给水泵过热的问题。此流量锅炉给水泵的制造商计算出的防止由于轴承过热及叶片卡死造成过热膨胀进而导致锅炉给水泵造成损坏的最小流速。此设备的运用还能有效防止低流量条件下气体腐蚀和不稳定现象的发生。为了增加锅炉给水泵使用的可靠性，防止故障的发生，目前大型的锅炉给水泵出口基本都安装了自动循环的装置。此装置在不增加锅炉水泵负荷的前提下，借助机械力打开再循环阀门，保证锅炉给水泵最小流量的供给；在给水泵增加负荷时，利用机械中的制动原理关闭再循环阀，避免因人为操作不当带来的机械损耗。但是目前纯机械式的自动循环阀装置故障发生率极高，经常发生自动循环阀卡住无法打开或无法关闭的问题。这种问题一旦出现，不但不能帮助提高系统运行的可靠性，反而为锅炉给水泵的使用埋下巨大的隐患。

2锅炉给水泵自动再循环系统存在的问题分析研究

本文针对锅炉给水泵的纯自动循环系统开展了故障研究分析，发现造成卡涩的主要原因是机械器件之间配合不灵活。首先想到的方案是在机械材质和机械配合上进行调整和优化，通过联系一些国内的机械制造商进行测绘，使用不锈钢材质进行仿制，但发现仿制品要么无法安装，要么卡住。即使使用外国进口的零部件，过一段时间仍然会出现各类故障，影响锅炉给水泵的正常使用，无法满足生产的需求。随着仪表技术的发展，各类电子产品的灵敏度和可靠性也在不断加强，技术也愈发成熟，很多纯机械的机械设备已经被机械一体化设备取代。所以参照这个思路，摈弃纯机械化设备的设计思路，从锅炉给水泵自动再循环系统的设计目的出发，由机电一体化技术完成原有的机械控制流程。由于使用了机电控制技术，除了需要考虑自动循环阀的精密控制和配合外，还要考虑其他机械部件的协调配合。但是由于其他部件的配合精密度要求降低，所以生产的成本也显著降低。且器械部件是通过获取仪表的数据和信号进行动作控制的，不是传统的机械滑动方式，减少了卡顿的可能性，增加了自动再循环阀的可靠性。目前大多数锅炉结构，锅炉给水泵的再循环装置若打开逆止阀，给水泵给锅炉供水达到或超过给水泵的最小流量时，再循环阀就必须是关闭状态，否则会导致给水泵的效率降低。但是在给水泵开启的初始阶段，还没向锅炉供水的时候，逆止阀是半关闭状态，需要将逆止阀打开，使水通过再循环阀进入到除氧器中，进而保证水泵最小流量的供给。所以，通过监控逆止阀打开/关闭状态才能达到控制再循环阀起闭的目的。想要达到以上目的最简单的方式就是给逆止阀上安装流量计，通过获取流量计的信号来控制再循环阀的状态。但是由于锅炉给水泵使用的是纯水，其导电率很低，价格低廉的电磁流量计在此情况下无法使用。而若使用孔板或流量喷嘴式流量计，则需要前后很长的一段时间来稳定流速，否则就会产生很大的误差，达不到精确控制再循环阀的要求。另外就是其造价相对较高，所以造成其成本较高，难以实现工业化推广。

3锅炉给水泵自动再循环系统问题解决方案

通过以上分析可知，逆止阀通常使用的流量信号装置并不适用，这时考虑能否获取水的流速信号，使用流速信号转换为流量信号。因为逆止阀的开启关闭都会引起水流速的剧烈变化，虽然这些变化并不是均匀的，准确判断流量的大小存在一定难度，但是可以准确反应出逆止阀是开始还是关闭状态，这就足够对自动循环阀进行控制，以此来控制自动循环阀的开启关闭状态可靠性大大增强。为了防止瞬间流速增大或者减少对信号的影响，把信号的扫描周期设置为1秒，若是发现不稳定可以在信号控制器上增加两三秒的延时，以保证系统运作的可靠性。测量流体流速的最常见的机械器件就是毕托管，其使用的原理是利用静压和动压的压差确定流体流速。通过此管前端口，迎接水流进入，另一个端口水流流出，分别在两个端口检测出两个压力值，通过此压差经传感器传出可以计算出介质的流量数据。为了更好了解测量截面上的流量，可以按照管路上的速度分布情况，设置多个特定的点（一般设置四到六个），将这些特定的点进行连通，分别获取对应的数值后进行平均，这接近测量出来的实际流量，一般可通过这个值进行信号控制。均速管的安装、维护都非常简单，仅需要在管道上打上孔，然后把均速管插入管道进行密封。而均速管作为可以反映管道介质流速变化的仪器，对入口的流速是否稳定要求不高，可以直接安装在水泵的出口逆止阀的周围。当然，作为测量仪器，水流越稳定，其测量误差也会越小，反之，水流越不稳定，其误差也会相应的增大。所以均速管的安装位置选择2-3倍的管经长度为最好，下游端举例弯头1-2倍的管径长度。现在锅炉给水泵出口的逆止阀都是重力式的逆止阀，所以阀门和出口管段需要垂直进行安装。而均速管的使用位置恰恰是垂直管道安装精度的最高处，所以非常适用该系统。从逆止阀获取流量速度的信号数据后，可以通过控制器将其转变为流量信号，通过这个流量信号的数据控制再循环装置上面的电动调节阀，则可以达到控制锅炉给水泵自动再循环系统的需求。针对以上理论，为确定系统可靠性，做了以下工业试验：将本系统的装置安装在130t/h的电压锅炉给水泵上，并针对锅炉给水泵在各种工作状况下使用机电一体化自动再循环系统进行了试验分析，实现结果见表1。重复以上实验三次，结果均一致。为了保证自动再循环调节阀的严密性，专门做了严密性实验：（1）启动锅炉给水泵，使其正常运转，此时自动再循环阀门关闭且严密无内漏，实际观察其运转正常。（2）关闭再循环手动截止阀，手动开启自动再循环阀。（3）观察锅炉给水泵的压力情况（高于给水泵联动值110MPa）,缓慢开启手动截止阀，使给水泵再循环管路有一定的流量。（4）将自动在循环控制器投入自动，自动再循环阀自动关闭且严密无内泄漏。（5）反复试验两次结果完全一致。通过本次实验可知，此套系统可靠性、严密性均较好，而且不容易产生纯机械自动循环机制的卡涩、内漏等问题。而且成本较纯进口的机械系统拥有极大的优势，只有其成本低的一半。虽然此研究成功并不复杂，但是鉴于国内的锅炉给水泵自动循环系统均有此问题，其发展前景广阔，值得在电力行业和化工行业大范围的推广。除了以上所描述的止逆阀本身外，还可以从水路系统中其它配套器件中着手。（1）增加电导率传感器可以在水路系统中增加电导率传感器，电导率传感器根据测量原理与方法的不同可以分为电极型电导率传感器、电感型电导率传感器以及超声波电导率传感器三种类型。所谓电极型电导率传感器其原理为根据点解导电原理采用电阻测量法对电导率实现测量；所谓电感型电导率传感器其原理是依据电磁感应原理实现对液体电导率的测量；至于超声波电导率传感器则是根据超声波在液体中变化对电导率进行测量的。加了传感器就能采集到的水流中杂质的相对含量，从而及时清理和维护水系统过滤器，可以保持水的纯度。（2）增加PH传感器可以在水泵出水管路系统中增加PH传感器，PH传感器俗称PH探头，由玻璃电极和参比电极两部分组成。玻璃电极由玻璃支杆、玻璃膜、内参比溶液、内参比电极、电极帽、电线等组成。参比电极具有已知和恒定的电极电位，常用甘汞电极或银/氯化银电极。由于PH值与温度有关，所以，一般还要增加一个温度电极进行温度补偿，组成三极复合电极，从而监控水质的PH值，以此来判断水质的酸碱度。这样就可以及时调整水源净化配方，以减少水垢的产生和水流对设备本身的腐蚀，这样既可以延长设备使用寿命也可以减少设备故障率。（3）增加Y型过滤器在水路净化系统中增加Y型过滤器，可以很大程度上过滤掉水流中的残渣杂质，以减小水中残渣对管路和设备的摩擦，从而保障设备正常运行。这种过滤器安装方便、所需空间小、容易维护、成本低，是水路系统中常用过滤装置。（4）替换为电磁球阀电动球阀水路系统中会有很多开关球阀，每次操作都需要人工去开启或关闭，费时费力，效率不高。可以将部分手动球阀替换为电动球阀。电动球阀主要由电动执行机构和球阀组成，旋塞体为球体，具有旋转90度的动作。电动球阀可以节流、截止、切断、通断、转流，是流量调节系统中的首选品。它有耐压、耐温、耐腐、流动阻力小、使用寿命长、应用范围广等多种特点。电动球阀主要靠电动执行器里电流量的调节来操作球阀。电动执行器输入输出信号4-20ma及220vac电源的标准信号，电机组带动齿轮涡轮蜗杆转角力矩来控制球阀的开关、分配和改变介质的流动方向或调节阀芯旋转的比例程度（即阀的开度与控制流体成比例）。通过以上器件的变更，整个水路系统的运行都可以通过一个主控模块去智能控制，只需提前写入相关程序即可，提高了整个系统的运行效率。

4结语

综上所述，本文围绕机电一体化在锅炉给水泵自动再循环上的应用进行开展的，使用机电一体化的设计思路，可以有效的解决自动循环阀装置故障发生率极高，经常发生自动循环阀卡住无法打开或无法关闭的问题。增加锅炉给水泵自动循环阀智能自动控制，一方面可减少设备的故障率，增加控制的灵敏度，另一方面可以有效的提高机械设备的使用寿命，减少水资源的浪费，促进能源的可持续发展，这在国内范围内具有极高创新意义，处于国内先进水平，具有极高的应用价值。

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作者：赵新伟 单位：新疆煤田地质局综合地质勘查队