機(jī)電一體化在鍋爐給水泵的應(yīng)用

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摘要：水資源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)資源，我們每日的生活都離不開水。但是水資源也是一種不可再生資源，大量污水的排放造成了水質(zhì)的嚴(yán)重污染，嚴(yán)重影響身體健康，所以實現(xiàn)水的循環(huán)再利用是我們所要解決的難題。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，各機(jī)電相關(guān)行業(yè)都在逐漸應(yīng)用這種新型技術(shù)，也包括鍋爐給水泵這種機(jī)械設(shè)備。機(jī)電一體化技術(shù)在鍋爐給水泵自動再循環(huán)裝置上的運(yùn)用，在保證器械功能的基礎(chǔ)上降低了人工的勞動強(qiáng)度，減少了能耗，增加了設(shè)備的利用率。本文針對機(jī)電一體化在鍋爐給水泵自動再循環(huán)上的應(yīng)用為研究課題，基于對問題的分析研究，形成解決方案，通過反復(fù)實驗，最終證明該方案有效。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；鍋爐給水泵；應(yīng)用；自動再循環(huán)

隨著時代的飛速發(fā)展，我國的城市步伐也在不斷的加快。給水工程是我國市政建設(shè)的主要工程，關(guān)乎市民的生產(chǎn)生活。但是隨著城市人口的不斷增多，城市的供水壓力也在不斷增大。目前使用的大型鍋爐給水泵大多采用的是純機(jī)械原理實現(xiàn)的再循環(huán)裝置，這種裝置存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴、可靠性低的缺點，需要尋找新的方式加以改進(jìn)和優(yōu)化。機(jī)電一體化是當(dāng)代隨著科技發(fā)展誕生的新技術(shù)，具有施工簡單、供水安全、節(jié)能環(huán)保的特點，隨著大家節(jié)能環(huán)保、節(jié)約用水的意識加強(qiáng)，該產(chǎn)品擁有廣闊的發(fā)展空間。

1鍋爐給水泵自動再循環(huán)系統(tǒng)存在的問題

鍋爐給水泵主要用于傳輸清水及物理化學(xué)性質(zhì)類似于水的液體，其流量一般在25-150m3/h,揚(yáng)程基本在480到1100米的范圍之間。具體的，鍋爐給水泵可以用于傳輸280℃以下的高溫清水，適合鍋爐給水，工廠和城市供水的用途；也可以傳送低于110°C的清水或類似于清水的無腐蝕性的物理化學(xué)物質(zhì)或液體，事業(yè)單位的鍋爐給水和城市供水經(jīng)常使用此設(shè)備，對我們的生產(chǎn)生活有巨大的便利作用。鍋爐給水泵自動再循環(huán)系統(tǒng)就是在鍋爐給水泵的出口處設(shè)置一個回流裝置，通過這個裝置的運(yùn)作，保證給水泵在運(yùn)行的時候存在一個最小流量，防止給水泵在啟動的時候因為出力太小產(chǎn)生氣化或者給水泵過熱的問題。此流量鍋爐給水泵的制造商計算出的防止由于軸承過熱及葉片卡死造成過熱膨脹進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐給水泵造成損壞的最小流速。此設(shè)備的運(yùn)用還能有效防止低流量條件下氣體腐蝕和不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生。為了增加鍋爐給水泵使用的可靠性，防止故障的發(fā)生，目前大型的鍋爐給水泵出口基本都安裝了自動循環(huán)的裝置。此裝置在不增加鍋爐水泵負(fù)荷的前提下，借助機(jī)械力打開再循環(huán)閥門，保證鍋爐給水泵最小流量的供給；在給水泵增加負(fù)荷時，利用機(jī)械中的制動原理關(guān)閉再循環(huán)閥，避免因人為操作不當(dāng)帶來的機(jī)械損耗。但是目前純機(jī)械式的自動循環(huán)閥裝置故障發(fā)生率極高，經(jīng)常發(fā)生自動循環(huán)閥卡住無法打開或無法關(guān)閉的問題。這種問題一旦出現(xiàn)，不但不能幫助提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，反而為鍋爐給水泵的使用埋下巨大的隱患。

2鍋爐給水泵自動再循環(huán)系統(tǒng)存在的問題分析研究

本文針對鍋爐給水泵的純自動循環(huán)系統(tǒng)開展了故障研究分析，發(fā)現(xiàn)造成卡澀的主要原因是機(jī)械器件之間配合不靈活。首先想到的方案是在機(jī)械材質(zhì)和機(jī)械配合上進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，通過聯(lián)系一些國內(nèi)的機(jī)械制造商進(jìn)行測繪，使用不銹鋼材質(zhì)進(jìn)行仿制，但發(fā)現(xiàn)仿制品要么無法安裝，要么卡住。即使使用外國進(jìn)口的零部件，過一段時間仍然會出現(xiàn)各類故障，影響鍋爐給水泵的正常使用，無法滿足生產(chǎn)的需求。隨著儀表技術(shù)的發(fā)展，各類電子產(chǎn)品的靈敏度和可靠性也在不斷加強(qiáng)，技術(shù)也愈發(fā)成熟，很多純機(jī)械的機(jī)械設(shè)備已經(jīng)被機(jī)械一體化設(shè)備取代。所以參照這個思路，擯棄純機(jī)械化設(shè)備的設(shè)計思路，從鍋爐給水泵自動再循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計目的出發(fā)，由機(jī)電一體化技術(shù)完成原有的機(jī)械控制流程。由于使用了機(jī)電控制技術(shù)，除了需要考慮自動循環(huán)閥的精密控制和配合外，還要考慮其他機(jī)械部件的協(xié)調(diào)配合。但是由于其他部件的配合精密度要求降低，所以生產(chǎn)的成本也顯著降低。且器械部件是通過獲取儀表的數(shù)據(jù)和信號進(jìn)行動作控制的，不是傳統(tǒng)的機(jī)械滑動方式，減少了卡頓的可能性，增加了自動再循環(huán)閥的可靠性。目前大多數(shù)鍋爐結(jié)構(gòu)，鍋爐給水泵的再循環(huán)裝置若打開逆止閥，給水泵給鍋爐供水達(dá)到或超過給水泵的最小流量時，再循環(huán)閥就必須是關(guān)閉狀態(tài)，否則會導(dǎo)致給水泵的效率降低。但是在給水泵開啟的初始階段，還沒向鍋爐供水的時候，逆止閥是半關(guān)閉狀態(tài)，需要將逆止閥打開，使水通過再循環(huán)閥進(jìn)入到除氧器中，進(jìn)而保證水泵最小流量的供給。所以，通過監(jiān)控逆止閥打開/關(guān)閉狀態(tài)才能達(dá)到控制再循環(huán)閥起閉的目的。想要達(dá)到以上目的最簡單的方式就是給逆止閥上安裝流量計，通過獲取流量計的信號來控制再循環(huán)閥的狀態(tài)。但是由于鍋爐給水泵使用的是純水，其導(dǎo)電率很低，價格低廉的電磁流量計在此情況下無法使用。而若使用孔板或流量噴嘴式流量計，則需要前后很長的一段時間來穩(wěn)定流速，否則就會產(chǎn)生很大的誤差，達(dá)不到精確控制再循環(huán)閥的要求。另外就是其造價相對較高，所以造成其成本較高，難以實現(xiàn)工業(yè)化推廣。

3鍋爐給水泵自動再循環(huán)系統(tǒng)問題解決方案

通過以上分析可知，逆止閥通常使用的流量信號裝置并不適用，這時考慮能否獲取水的流速信號，使用流速信號轉(zhuǎn)換為流量信號。因為逆止閥的開啟關(guān)閉都會引起水流速的劇烈變化，雖然這些變化并不是均勻的，準(zhǔn)確判斷流量的大小存在一定難度，但是可以準(zhǔn)確反應(yīng)出逆止閥是開始還是關(guān)閉狀態(tài)，這就足夠?qū)ψ詣友h(huán)閥進(jìn)行控制，以此來控制自動循環(huán)閥的開啟關(guān)閉狀態(tài)可靠性大大增強(qiáng)。為了防止瞬間流速增大或者減少對信號的影響，把信號的掃描周期設(shè)置為1秒，若是發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定可以在信號控制器上增加兩三秒的延時，以保證系統(tǒng)運(yùn)作的可靠性。測量流體流速的最常見的機(jī)械器件就是畢托管，其使用的原理是利用靜壓和動壓的壓差確定流體流速。通過此管前端口，迎接水流進(jìn)入，另一個端口水流流出，分別在兩個端口檢測出兩個壓力值，通過此壓差經(jīng)傳感器傳出可以計算出介質(zhì)的流量數(shù)據(jù)。為了更好了解測量截面上的流量，可以按照管路上的速度分布情況，設(shè)置多個特定的點（一般設(shè)置四到六個），將這些特定的點進(jìn)行連通，分別獲取對應(yīng)的數(shù)值后進(jìn)行平均，這接近測量出來的實際流量，一般可通過這個值進(jìn)行信號控制。均速管的安裝、維護(hù)都非常簡單，僅需要在管道上打上孔，然后把均速管插入管道進(jìn)行密封。而均速管作為可以反映管道介質(zhì)流速變化的儀器，對入口的流速是否穩(wěn)定要求不高，可以直接安裝在水泵的出口逆止閥的周圍。當(dāng)然，作為測量儀器，水流越穩(wěn)定，其測量誤差也會越小，反之，水流越不穩(wěn)定，其誤差也會相應(yīng)的增大。所以均速管的安裝位置選擇2-3倍的管經(jīng)長度為最好，下游端舉例彎頭1-2倍的管徑長度。現(xiàn)在鍋爐給水泵出口的逆止閥都是重力式的逆止閥，所以閥門和出口管段需要垂直進(jìn)行安裝。而均速管的使用位置恰恰是垂直管道安裝精度的最高處，所以非常適用該系統(tǒng)。從逆止閥獲取流量速度的信號數(shù)據(jù)后，可以通過控制器將其轉(zhuǎn)變?yōu)榱髁啃盘枺ㄟ^這個流量信號的數(shù)據(jù)控制再循環(huán)裝置上面的電動調(diào)節(jié)閥，則可以達(dá)到控制鍋爐給水泵自動再循環(huán)系統(tǒng)的需求。針對以上理論，為確定系統(tǒng)可靠性，做了以下工業(yè)試驗：將本系統(tǒng)的裝置安裝在130t/h的電壓鍋爐給水泵上，并針對鍋爐給水泵在各種工作狀況下使用機(jī)電一體化自動再循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了試驗分析，實現(xiàn)結(jié)果見表1。重復(fù)以上實驗三次，結(jié)果均一致。為了保證自動再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的嚴(yán)密性，專門做了嚴(yán)密性實驗：（1）啟動鍋爐給水泵，使其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時自動再循環(huán)閥門關(guān)閉且嚴(yán)密無內(nèi)漏，實際觀察其運(yùn)轉(zhuǎn)正常。（2）關(guān)閉再循環(huán)手動截止閥，手動開啟自動再循環(huán)閥。（3）觀察鍋爐給水泵的壓力情況（高于給水泵聯(lián)動值110MPa）,緩慢開啟手動截止閥，使給水泵再循環(huán)管路有一定的流量。（4）將自動在循環(huán)控制器投入自動，自動再循環(huán)閥自動關(guān)閉且嚴(yán)密無內(nèi)泄漏。（5）反復(fù)試驗兩次結(jié)果完全一致。通過本次實驗可知，此套系統(tǒng)可靠性、嚴(yán)密性均較好，而且不容易產(chǎn)生純機(jī)械自動循環(huán)機(jī)制的卡澀、內(nèi)漏等問題。而且成本較純進(jìn)口的機(jī)械系統(tǒng)擁有極大的優(yōu)勢，只有其成本低的一半。雖然此研究成功并不復(fù)雜，但是鑒于國內(nèi)的鍋爐給水泵自動循環(huán)系統(tǒng)均有此問題，其發(fā)展前景廣闊，值得在電力行業(yè)和化工行業(yè)大范圍的推廣。除了以上所描述的止逆閥本身外，還可以從水路系統(tǒng)中其它配套器件中著手。（1）增加電導(dǎo)率傳感器可以在水路系統(tǒng)中增加電導(dǎo)率傳感器，電導(dǎo)率傳感器根據(jù)測量原理與方法的不同可以分為電極型電導(dǎo)率傳感器、電感型電導(dǎo)率傳感器以及超聲波電導(dǎo)率傳感器三種類型。所謂電極型電導(dǎo)率傳感器其原理為根據(jù)點解導(dǎo)電原理采用電阻測量法對電導(dǎo)率實現(xiàn)測量；所謂電感型電導(dǎo)率傳感器其原理是依據(jù)電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)對液體電導(dǎo)率的測量；至于超聲波電導(dǎo)率傳感器則是根據(jù)超聲波在液體中變化對電導(dǎo)率進(jìn)行測量的。加了傳感器就能采集到的水流中雜質(zhì)的相對含量，從而及時清理和維護(hù)水系統(tǒng)過濾器，可以保持水的純度。（2）增加PH傳感器可以在水泵出水管路系統(tǒng)中增加PH傳感器，PH傳感器俗稱PH探頭，由玻璃電極和參比電極兩部分組成。玻璃電極由玻璃支桿、玻璃膜、內(nèi)參比溶液、內(nèi)參比電極、電極帽、電線等組成。參比電極具有已知和恒定的電極電位，常用甘汞電極或銀/氯化銀電極。由于PH值與溫度有關(guān)，所以，一般還要增加一個溫度電極進(jìn)行溫度補(bǔ)償，組成三極復(fù)合電極，從而監(jiān)控水質(zhì)的PH值，以此來判斷水質(zhì)的酸堿度。這樣就可以及時調(diào)整水源凈化配方，以減少水垢的產(chǎn)生和水流對設(shè)備本身的腐蝕，這樣既可以延長設(shè)備使用壽命也可以減少設(shè)備故障率。（3）增加Y型過濾器在水路凈化系統(tǒng)中增加Y型過濾器，可以很大程度上過濾掉水流中的殘渣雜質(zhì)，以減小水中殘渣對管路和設(shè)備的摩擦，從而保障設(shè)備正常運(yùn)行。這種過濾器安裝方便、所需空間小、容易維護(hù)、成本低，是水路系統(tǒng)中常用過濾裝置。（4）替換為電磁球閥電動球閥水路系統(tǒng)中會有很多開關(guān)球閥，每次操作都需要人工去開啟或關(guān)閉，費(fèi)時費(fèi)力，效率不高。可以將部分手動球閥替換為電動球閥。電動球閥主要由電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和球閥組成，旋塞體為球體，具有旋轉(zhuǎn)90度的動作。電動球閥可以節(jié)流、截止、切斷、通斷、轉(zhuǎn)流，是流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的首選品。它有耐壓、耐溫、耐腐、流動阻力小、使用壽命長、應(yīng)用范圍廣等多種特點。電動球閥主要靠電動執(zhí)行器里電流量的調(diào)節(jié)來操作球閥。電動執(zhí)行器輸入輸出信號4-20ma及220vac電源的標(biāo)準(zhǔn)信號，電機(jī)組帶動齒輪渦輪蝸桿轉(zhuǎn)角力矩來控制球閥的開關(guān)、分配和改變介質(zhì)的流動方向或調(diào)節(jié)閥芯旋轉(zhuǎn)的比例程度（即閥的開度與控制流體成比例）。通過以上器件的變更，整個水路系統(tǒng)的運(yùn)行都可以通過一個主控模塊去智能控制，只需提前寫入相關(guān)程序即可，提高了整個系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4結(jié)語

綜上所述，本文圍繞機(jī)電一體化在鍋爐給水泵自動再循環(huán)上的應(yīng)用進(jìn)行開展的，使用機(jī)電一體化的設(shè)計思路，可以有效的解決自動循環(huán)閥裝置故障發(fā)生率極高，經(jīng)常發(fā)生自動循環(huán)閥卡住無法打開或無法關(guān)閉的問題。增加鍋爐給水泵自動循環(huán)閥智能自動控制，一方面可減少設(shè)備的故障率，增加控制的靈敏度，另一方面可以有效的提高機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少水資源的浪費(fèi)，促進(jìn)能源的可持續(xù)發(fā)展，這在國內(nèi)范圍內(nèi)具有極高創(chuàng)新意義，處于國內(nèi)先進(jìn)水平，具有極高的應(yīng)用價值。

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作者：趙新偉 單位：新疆煤田地質(zhì)局綜合地質(zhì)勘查隊