電加熱蒸汽發(fā)生器水泵頻繁啟停的改進(jìn)措施

侯冉，化銀鋒

機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司 （河南鄭州 450007）

蒸汽發(fā)生器被廣泛用于醫(yī)療、制藥、生物、化工、熱能專用配套設(shè)備等行業(yè)，尤其適用于恒溫蒸發(fā)場(chǎng)合，如醫(yī)院消毒、裝配式構(gòu)件養(yǎng)護(hù)、蒸煮電纜、反應(yīng)釜配套等，是取代傳統(tǒng)鍋爐的新型設(shè)備，具有自動(dòng)、高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。蒸汽發(fā)生器的加熱方式包括燃?xì)饧訜?、燃油加熱和電加熱，其中電加熱蒸汽發(fā)生器具有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方便、熱效率高、尺寸小等優(yōu)勢(shì)。

本研究針對(duì)江蘇鑫達(dá)能熱能環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DN-9KW 的電加熱發(fā)生器在使用過(guò)程中出現(xiàn)的因沸水液位波動(dòng)而導(dǎo)致的上水水泵頻繁啟停的缺點(diǎn)進(jìn)行改造，最終通過(guò)在電氣控制回路中增加延時(shí)繼電器的方式解決了該問(wèn)題。

1 電加熱蒸汽發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

電加熱蒸汽發(fā)生器[1]的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。其進(jìn)水口連接外部的進(jìn)水管道及閥門，確保一定壓力的自來(lái)水進(jìn)入水箱，水箱內(nèi)部裝有不銹鋼浮球閥控制液位，外部裝有排水口。水泵通過(guò)金屬波紋管分別連接水箱和內(nèi)膽，完成從水箱抽水和給內(nèi)膽上水的功能。內(nèi)膽連接排污口，可定期手動(dòng)開(kāi)啟排污口排出內(nèi)膽中殘留的鐵銹、污垢；內(nèi)膽接有銅管連接至壓力開(kāi)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)鎖保護(hù)；內(nèi)膽裝有彈簧式安全閥、玻璃管液位計(jì)和指針壓力表，可實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量、壓力測(cè)量和安全保護(hù)；內(nèi)膽固定有法蘭式電加熱管對(duì)內(nèi)膽中的自來(lái)水進(jìn)行加熱直至沸騰狀態(tài)從而產(chǎn)生水蒸汽；此外，內(nèi)膽依靠插入深度不同的高、中、低3個(gè)水位電極進(jìn)行液位檢測(cè)，并配有2個(gè)JYB714型號(hào)的液位繼電器[2]實(shí)現(xiàn)加熱電氣聯(lián)鎖和自動(dòng)上水功能。

圖1 電加熱蒸汽發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

內(nèi)膽中負(fù)責(zé)液位檢測(cè)的3個(gè)電極見(jiàn)圖2。當(dāng)液位低于FH1電極的檢測(cè)點(diǎn)位（圖2中的L）時(shí)，控制系統(tǒng)通過(guò)電氣聯(lián)鎖禁止電加熱管上電加熱；當(dāng)液位高于FH1電極的檢測(cè)點(diǎn)位時(shí)，控制系統(tǒng)允許加熱；當(dāng)液位低于FM2電極的檢測(cè)點(diǎn)位（圖2中的M）時(shí)，水泵啟動(dòng)，開(kāi)始上水；當(dāng)液位超過(guò)FH2電極的檢測(cè)點(diǎn)位（圖2中的H）時(shí)，水泵停止上水。

圖2 內(nèi)膽中負(fù)責(zé)液位檢測(cè)的3個(gè)電極

2 電加熱蒸汽發(fā)生器的電氣原理

電加熱及水泵工作的電氣主回路原理見(jiàn)圖3。三相電經(jīng)空氣斷路器QF1再經(jīng)過(guò)交流接觸器KM1的主觸點(diǎn)連接電加熱管，電加熱管呈三角形連接。相線L1和中性線N 經(jīng)2P 的交流接觸器KM2連接水泵電機(jī)。

圖3 電加熱和水泵電氣主回路原理

加熱啟停按鈕的控制回路接線及與加熱控制相關(guān)的1#液位繼電器的接線見(jiàn)圖4～6。1#液位繼電器的1、8端子接AC 220 V 電源，5端子接FH1電極接線柱，7端子接等地電位（可接至內(nèi)膽容器壁或其他鈑金裸露金屬部位），3和4端子之間為1對(duì)常閉觸點(diǎn)（當(dāng)液位高于FH1電極的檢測(cè)點(diǎn)位時(shí)，3、4之間觸點(diǎn)不動(dòng)作；當(dāng)液位低于FH1電極的檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，斷開(kāi)加熱回路）。加熱控制回路的線號(hào)210和線號(hào)P1之間的常閉觸點(diǎn)為壓力開(kāi)關(guān)保護(hù)觸點(diǎn)。

圖4 加熱啟停按鈕的控制回路

圖5 1#液位繼電器接線圖

圖6 加熱控制回路

控制水泵自動(dòng)上水的2#液位繼電器接線及其控制回路見(jiàn)圖7～8。2#液位繼電器的1、8端子接AC 220 V 電源，5端子接FH2電極接線柱6端子接FM2電極接線柱，7端子接等地電位，2、3端子之間為一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)（當(dāng)內(nèi)膽液位低于FM2電極的檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，該對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接觸器KM2吸合，水泵啟動(dòng)；當(dāng)內(nèi)膽液位高于FH2電極的檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，則該對(duì)觸點(diǎn)釋放，接觸器KM2線圈失電，水泵停轉(zhuǎn)）。

圖7 2#液位繼電器接線圖

圖8 上水控制回路

3 電加熱蒸汽發(fā)生器存在的問(wèn)題

原控制系統(tǒng)存在如下缺點(diǎn)：當(dāng)內(nèi)膽中的水加熱至沸騰時(shí)，隨著蒸汽不斷輸出，液位不斷下降，當(dāng)液位低于FM2電極的檢測(cè)點(diǎn)位時(shí)，系統(tǒng)本應(yīng)立即啟動(dòng)水泵進(jìn)行上水，但實(shí)際情況是，因此時(shí)內(nèi)膽中的水仍處于沸騰狀態(tài)，F(xiàn)M2電極檢測(cè)點(diǎn)位的檢測(cè)信號(hào)因沸水液位的波動(dòng)而出現(xiàn)頻繁跳動(dòng)，從而導(dǎo)致2#液位繼電器的2、3觸點(diǎn)頻繁動(dòng)作，繼而導(dǎo)致水泵主回路的KM2接觸器的主觸點(diǎn)頻繁吸合和斷開(kāi)，水泵電機(jī)頻繁起停。以上問(wèn)題導(dǎo)致水泵不能及時(shí)有效上水，且長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)縮短KM2接觸器的壽命以及水泵的壽命。因此，需要對(duì)電氣控制線路進(jìn)行改造以避免水泵的頻繁啟停。

4 改進(jìn)措施

4.1 措施一：增加延時(shí)繼電器

該延時(shí)繼電器型號(hào)為JSZ3A-A[3]，具有通電延時(shí)閉合觸點(diǎn)功能，可實(shí)現(xiàn)在液位降至足夠低且電極檢測(cè)點(diǎn)位的檢測(cè)信號(hào)以及液位繼電器的觸點(diǎn)動(dòng)作足夠穩(wěn)定時(shí)，再啟動(dòng)水泵。其原理如下：如圖9 所示，將延時(shí)繼電器KT1 的延時(shí)時(shí)間設(shè)置為5s，當(dāng)2# 液位繼電器2、3 觸點(diǎn)剛開(kāi)始有動(dòng)作且頻繁跳變時(shí)，并不能給KT1 線圈穩(wěn)定上電且保持通電時(shí)長(zhǎng)超過(guò)5s；只有當(dāng)液位降至足夠低，2#液位繼電器2、3觸點(diǎn)動(dòng)作穩(wěn)定時(shí)，可致KT1線圈通電時(shí)長(zhǎng)超過(guò)5s，隨即KT1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接觸器KM2 吸合，水泵開(kāi)始上水；當(dāng)液位達(dá)到FH2 電極的檢測(cè)水位后，2# 液位繼電器2、3 觸點(diǎn)釋放，隨即KT1 線圈失電，KT1 觸點(diǎn)釋放，接觸器KM2 斷開(kāi)，水泵停止。

圖9 延時(shí)繼電器KT1的控制電路圖

但此改進(jìn)措施存在如下缺點(diǎn)：每次上水均需等待液位降至足夠低時(shí)，才能啟動(dòng)水泵，且因再次注入的冷水水量較多，使內(nèi)膽中的水溫大幅降低，需等待較長(zhǎng)時(shí)間的加熱后方有蒸汽輸出，故會(huì)出現(xiàn)蒸汽滯后和間斷輸出的現(xiàn)象，不利于需要持續(xù)穩(wěn)定使用蒸汽的場(chǎng)合。

4.2 措施二：增加多功能延時(shí)繼電器模塊

該延時(shí)繼電器模塊型號(hào)為YYC-9[4]，具有信號(hào)觸發(fā)輸入端，可接無(wú)源觸點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)，其輸出端有常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)，可通過(guò)設(shè)置內(nèi)部參數(shù)，選擇多種延時(shí)功能。本研究選擇了該延時(shí)繼電器模塊的P-37 功能：即有觸發(fā)信號(hào)，繼電器吸合As 后自動(dòng)停止，停止后再計(jì)時(shí)Bs，在A+Bs 內(nèi)再有信號(hào)觸發(fā)無(wú)效。將A 和B 時(shí)間分別設(shè)置為5s 和2s。

如圖10所示，增加1個(gè)中間繼電器K2，K2線圈的一端接至2#液位繼電器的2端子上，另一端接中性線。K2的1對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)接至該多功能延時(shí)繼電器KT2的輸入觸發(fā)端，KT2的1對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)串進(jìn)交流接觸器KM2線圈控制回路中，當(dāng)因液位下降導(dǎo)致2#液位繼電器2、3觸點(diǎn)第一次動(dòng)作時(shí)，中間繼電器K2的線圈也隨即上電，K2的常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)作，立即觸發(fā)延時(shí)繼電器KT2，KT2隨即執(zhí)行1次P-37功能，即KT2 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合5s 后，再恢復(fù)斷開(kāi)2s，其2、3 觸點(diǎn)相當(dāng)于水泵啟動(dòng)并持續(xù)工作5s 后停止，延時(shí)繼電器KT2 再經(jīng)過(guò)2s（設(shè)置2s 的時(shí)間是為了等待冷水和沸水充分混合，內(nèi)膽中的液面趨于穩(wěn)定，以確保在延時(shí)繼電器整個(gè)7s 的工作過(guò)程中即使有來(lái)自中間繼電器K2的觸發(fā)信號(hào)，也不會(huì)影響控制系統(tǒng)。）后結(jié)束本輪動(dòng)作，等待下一輪被觸發(fā)。經(jīng)實(shí)際觀察測(cè)試，水泵持續(xù)工作5s 可完成足夠量的上水量。

圖 10 延時(shí)繼電器KT2控制回路

5 小結(jié)

改進(jìn)措施二通過(guò)增加中間繼電器和多功能延時(shí)繼電器模塊解決問(wèn)題，中間繼電器的觸點(diǎn)用來(lái)觸發(fā)多功能延時(shí)繼電器模塊，多功能延時(shí)繼電器模塊執(zhí)行相應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)內(nèi)膽中的沸水在沸騰和蒸發(fā)以及液位不斷下降的過(guò)程中，在液位下降至第一次被液位電極檢測(cè)到時(shí)，就能啟動(dòng)并完成1次水泵上水的動(dòng)作流程。這樣既可避免前述上水水泵頻繁啟停的問(wèn)題，又可實(shí)現(xiàn)蒸汽的持續(xù)輸出。

該電加熱蒸汽發(fā)生器的電氣控制系統(tǒng)是繼電器接觸器系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)增加延時(shí)繼電器或延時(shí)功能模塊對(duì)原廠家的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，避免了上水水泵頻繁啟停的問(wèn)題，不失為1種低成本且有效的改造方法。改造后，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，運(yùn)行效果良好且穩(wěn)定可靠。