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摘要：水資源是社會發展的基礎資源，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的嚴重污染，嚴重影響身體健康，所以實現水的循環再利用是我們所要解決的難題。隨著機電一體化技術的發展，各機電相關行業都在逐漸應用這種新型技術，也包括鍋爐給水泵這種機械設備。機電一體化技術在鍋爐給水泵自動再循環裝置上的運用，在保證器械功能的基礎上降低了人工的勞動強度，減少了能耗，增加了設備的利用率。本文針對機電一體化在鍋爐給水泵自動再循環上的應用為研究課題，基于對問題的分析研究，形成解決方案，通過反復實驗，最終證明該方案有效。

關鍵詞：機電一體化；鍋爐給水泵；應用；自動再循環

隨著時代的飛速發展，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的主要工程，關乎市民的生產生活。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械原理實現的再循環裝置，這種裝置存在結構復雜、價格昂貴、可靠性低的缺點，需要尋找新的方式加以改進和優化。機電一體化是當代隨著科技發展誕生的新技術，具有施工簡單、供水安全、節能環保的特點，隨著大家節能環保、節約用水的意識加強，該產品擁有廣闊的發展空間。

1鍋爐給水泵自動再循環系統存在的問題

鍋爐給水泵主要用于傳輸清水及物理化學性質類似于水的液體，其流量一般在25-150m3/h,揚程基本在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物質或液體，事業單位的鍋爐給水和城市供水經常使用此設備，對我們的生產生活有巨大的便利作用。鍋爐給水泵自動再循環系統就是在鍋爐給水泵的出口處設置一個回流裝置，通過這個裝置的運作，保證給水泵在運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而導致鍋爐給水泵造成損壞的最小流速。此設備的運用還能有效防止低流量條件下氣體腐蝕和不穩定現象的發生。為了增加鍋爐給水泵使用的可靠性，防止故障的發生，目前大型的鍋爐給水泵出口基本都安裝了自動循環的裝置。此裝置在不增加鍋爐水泵負荷的前提下，借助機械力打開再循環閥門，保證鍋爐給水泵最小流量的供給；在給水泵增加負荷時，利用機械中的制動原理關閉再循環閥，避免因人為操作不當帶來的機械損耗。但是目前純機械式的自動循環閥裝置故障發生率極高，經常發生自動循環閥卡住無法打開或無法關閉的問題。這種問題一旦出現，不但不能幫助提高系統運行的可靠性，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系統存在的問題分析研究

本文針對鍋爐給水泵的純自動循環系統開展了故障研究分析，發現造成卡澀的主要原因是機械器件之間配合不靈活。首先想到的方案是在機械材質和機械配合上進行調整和優化，通過聯系一些國內的機械制造商進行測繪，使用不銹鋼材質進行仿制，但發現仿制品要么無法安裝，要么卡住。即使使用外國進口的零部件，過一段時間仍然會出現各類故障，影響鍋爐給水泵的正常使用，無法滿足生產的需求。隨著儀表技術的發展，各類電子產品的靈敏度和可靠性也在不斷加強，技術也愈發成熟，很多純機械的機械設備已經被機械一體化設備取代。所以參照這個思路，擯棄純機械化設備的設計思路，從鍋爐給水泵自動再循環系統的設計目的出發，由機電一體化技術完成原有的機械控制流程。由于使用了機電控制技術，除了需要考慮自動循環閥的精密控制和配合外，還要考慮其他機械部件的協調配合。但是由于其他部件的配合精密度要求降低，所以生產的成本也顯著降低。且器械部件是通過獲取儀表的數據和信號進行動作控制的，不是傳統的機械滑動方式，減少了卡頓的可能性，增加了自動再循環閥的可靠性。目前大多數鍋爐結構，鍋爐給水泵的再循環裝置若打開逆止閥，給水泵給鍋爐供水達到或超過給水泵的最小流量時，再循環閥就必須是關閉狀態，否則會導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，逆止閥是半關閉狀態，需要將逆止閥打開，使水通過再循環閥進入到除氧器中，進而保證水泵最小流量的供給。所以，通過監控逆止閥打開/關閉狀態才能達到控制再循環閥起閉的目的。想要達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閥的狀態。但是由于鍋爐給水泵使用的是純水，其導電率很低，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定流速，否則就會產生很大的誤差，達不到精確控制再循環閥的要求。另外就是其造價相對較高，所以造成其成本較高，難以實現工業化推廣。

3鍋爐給水泵自動再循環系統問題解決方案

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，使用流速信號轉換為流量信號。因為逆止閥的開啟關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，準確判斷流量的大小存在一定難度，但是可以準確反應出逆止閥是開始還是關閉狀態，這就足夠對自動循環閥進行控制，以此來控制自動循環閥的開啟關閉狀態可靠性大大增強。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置為1秒，若是發現不穩定可以在信號控制器上增加兩三秒的延時，以保證系統運作的可靠性。測量流體流速的最常見的機械器件就是畢托管，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，通過此壓差經傳感器傳出可以計算出介質的流量數據。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，設置多個特定的點（一般設置四到六個），將這些特定的點進行連通，分別獲取對應的數值后進行平均，這接近測量出來的實際流量，一般可通過這個值進行信號控制。均速管的安裝、維護都非常簡單，僅需要在管道上打上孔，然后把均速管插入管道進行密封。而均速管作為可以反映管道介質流速變化的儀器，對入口的流速是否穩定要求不高，可以直接安裝在水泵的出口逆止閥的周圍。當然，作為測量儀器，水流越穩定，其測量誤差也會越小，反之，水流越不穩定，其誤差也會相應的增大。所以均速管的安裝位置選擇2-3倍的管經長度為最好，下游端舉例彎頭1-2倍的管徑長度。現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。從逆止閥獲取流量速度的信號數據后，可以通過控制器將其轉變為流量信號，通過這個流量信號的數據控制再循環裝置上面的電動調節閥，則可以達到控制鍋爐給水泵自動再循環系統的需求。針對以上理論，為確定系統可靠性，做了以下工業試驗：將本系統的裝置安裝在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電一體化自動再循環系統進行了試驗分析，實現結果見表1。重復以上實驗三次，結果均一致。為了保證自動再循環調節閥的嚴密性，專門做了嚴密性實驗：（1）啟動鍋爐給水泵，使其正常運轉，此時自動再循環閥門關閉且嚴密無內漏，實際觀察其運轉正常。（2）關閉再循環手動截止閥，手動開啟自動再循環閥。（3）觀察鍋爐給水泵的壓力情況（高于給水泵聯動值110MPa）,緩慢開啟手動截止閥，使給水泵再循環管路有一定的流量。（4）將自動在循環控制器投入自動，自動再循環閥自動關閉且嚴密無內泄漏。（5）反復試驗兩次結果完全一致。通過本次實驗可知，此套系統可靠性、嚴密性均較好，而且不容易產生純機械自動循環機制的卡澀、內漏等問題。而且成本較純進口的機械系統擁有極大的優勢，只有其成本低的一半。雖然此研究成功并不復雜，但是鑒于國內的鍋爐給水泵自動循環系統均有此問題，其發展前景廣闊，值得在電力行業和化工行業大范圍的推廣。除了以上所描述的止逆閥本身外，還可以從水路系統中其它配套器件中著手。（1）增加電導率傳感器可以在水路系統中增加電導率傳感器，電導率傳感器根據測量原理與方法的不同可以分為電極型電導率傳感器、電感型電導率傳感器以及超聲波電導率傳感器三種類型。所謂電極型電導率傳感器其原理為根據點解導電原理采用電阻測量法對電導率實現測量；所謂電感型電導率傳感器其原理是依據電磁感應原理實現對液體電導率的測量；至于超聲波電導率傳感器則是根據超聲波在液體中變化對電導率進行測量的。加了傳感器就能采集到的水流中雜質的相對含量，從而及時清理和維護水系統過濾器，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、內參比溶液、內參比電極、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，所以，一般還要增加一個溫度電極進行溫度補償，組成三極復合電極，從而監控水質的PH值，以此來判斷水質的酸堿度。這樣就可以及時調整水源凈化配方，以減少水垢的產生和水流對設備本身的腐蝕，這樣既可以延長設備使用壽命也可以減少設備故障率。（3）增加Y型過濾器在水路凈化系統中增加Y型過濾器，可以很大程度上過濾掉水流中的殘渣雜質，以減小水中殘渣對管路和設備的摩擦，從而保障設備正常運行。這種過濾器安裝方便、所需空間小、容易維護、成本低，是水路系統中常用過濾裝置。（4）替換為電磁球閥電動球閥水路系統中會有很多開關球閥，每次操作都需要人工去開啟或關閉，費時費力，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行機構和球閥組成，旋塞體為球體，具有旋轉90度的動作。電動球閥可以節流、截止、切斷、通斷、轉流，是流量調節系統中的首選品。它有耐壓、耐溫、耐腐、流動阻力小、使用壽命長、應用范圍廣等多種特點。電動球閥主要靠電動執行器里電流量的調節來操作球閥。電動執行器輸入輸出信號4-20ma及220vac電源的標準信號，電機組帶動齒輪渦輪蝸桿轉角力矩來控制球閥的開關、分配和改變介質的流動方向或調節閥芯旋轉的比例程度（即閥的開度與控制流體成比例）。通過以上器件的變更，整個水路系統的運行都可以通過一個主控模塊去智能控制，只需提前寫入相關程序即可，提高了整個系統的運行效率。

4結語

綜上所述，本文圍繞機電一體化在鍋爐給水泵自動再循環上的應用進行開展的，使用機電一體化的設計思路，可以有效的解決自動循環閥裝置故障發生率極高，經常發生自動循環閥卡住無法打開或無法關閉的問題。增加鍋爐給水泵自動循環閥智能自動控制，一方面可減少設備的故障率，增加控制的靈敏度，另一方面可以有效的提高機械設備的使用壽命，減少水資源的浪費，促進能源的可持續發展，這在國內范圍內具有極高創新意義，處于國內先進水平，具有極高的應用價值。

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作者：趙新偉 單位：新疆煤田地質局綜合地質勘查隊