专利名称：锅炉自动调节变频补水系统的制作方法
技术领域：
锅炉自动调节变频补水系统技术领域[0001]本实用新型涉及一种锅炉的补水自动控制系统。
背景技术：
[0002]锅炉的自动控制系统分为燃烧自动控制系统以及补水自动控制系统。[0003]燃烧自动控制系统主要是通过控制燃烧与否以及燃烧程度等以保持锅炉内蒸汽压力等于或趋向等于预设压力值。[0004]补水自动控制系统[0005]由于锅炉内的水最终均将以蒸汽的形式输出到暖气供应系统中，为了保证系统的正常运行，就必须确保锅炉内水位一定。如图I所示，当补水自动控制系统正常工作时，启动给水泵，水泵连续工作，水位传感装置检测出水位信号，由智能水位调节仪表等设备组成的控制单元调节指挥电动调节阀调节开度，进行自动补水流量控制，保持锅炉水位稳定以确保蒸汽的品质。[0006]然而上述补水自动控制系统存在以下缺陷I、水泵开始工作时电动机直接启动，启动瞬间的电流是额定电流的数倍。这样对供电设备和供电电网造成了严重的冲击，长时间的使用加速了供电设备和供电网络的老化。[0008]2、由电动调节阀控制根据补水的需求自动补水的流量属于高能耗的阻力调节法， 调节过程中流量忽大忽小，水流施加给管道、阀门、水泵压力也骤升骤降，不利于管道、阀门以及水泵等供水设施的长期使用。[0009]3、补水的流量控制是由电动调节阀控制的，而水泵电动机一直处于恒定转速工作。由水泵的流量定律可知P1/P2 = (nl/n2)3，PU P2为功率，nl、n2为转速，有效功率变化而总功率不变，故浪费了部分不必要的功率。[0010]4、自动补水的功能需要由水泵和电动调节阀配合工作才能完成投资成本较高且结构相对复杂。[0011]虽然现有的部分补水自动控制系统已经配备了变频器，以变频器实现软启动，电流将逐步从零趋向稳定最终等于或低于额定电流，解决了上述缺陷I中所述的电动机启动时造成的问题。但是仅限于补水前的启动，对于补水过程中存在的其他缺陷仍没有改善。实用新型内容[0012]针对上述问题，本实用新型提供一种投资成本低，结构简单，节能省电，降低了供电线路和供电设施损耗的锅炉自动调节补水系统。[0013]为达上述目的，本实用新型锅炉自动调节变频补水系统，包括水泵、水位传感装置以及控制单元，所述水泵为变频水泵；[0014]所述水位传感装置测量锅炉内的实际水位并输出到所述控制单元；[0015]所述控制单元，接收所述水位传感装置输出的实际水位，将实际水位分别与最低预设水位和最高预设水位比较，若实际水位低于最低预设水位则输出增大流量控制信号， 若实际水位高于最高水位则输出减小流量控制信号；[0016]并根据所述流量控制信号改变变频水泵电动机转速从而改变抽水速度。[0017]进一步地，所述锅炉自动调节变频补水系统还包括流量传感装置，所述流量传感装置包括至少两个传感器分别测量锅炉外送的蒸汽流量和锅炉的补水流量并输出到所述控制单兀；[0018]所述控制单元，接收所述蒸汽流量转换成排水质量，接收补水流量转换成补水质量，并在所述实际水位位于所述最低预设水位和所述最高预设水位之间是，比较所述排水质量与所述补水质量，若排水质量小于补水质量则输出减小流量控制信号，若排水质量大于补水质量则输出增大流量控制信号，若所述补水质量等于所述补水质量则不输出流量控制信号或输出保持流量控制信号。[0019]进一步地，所述控制单元内设有一 PID控制器，所述PID控制器根据所述排水质量和所述补水质量分析得出所述实际水位与最低预设水位或最高预设水位的之间的差值的变化及变化率，并根据其内置计算模型生成精确的流量预设值，输出到所述变频水泵；[0020]所述变频水泵，接收所述流量预设值，并根据所述流量预设值调整变频水泵电动机的转速为所需值。进一步地，所述锅炉自动调节变频补水系统还包括一用于调节所述变频水泵扬程的调节装置；所述调节装置安装在连接所述变频水泵的出水管上。[0022]进一步地，所述调节装置为一手动调节阀。[0023]进一步地，在所述变频水泵的出水口处设有防止水流逆转的止回阀。[0024]本实用锅炉自动调节变频补水系统的有益效果[0025]I、本实用新型锅炉自动调节变频补水系统，所述水泵采用为变频水泵，启动时电流逐步从零增加到稳定状态，最终小于或等于额定电流，解决了传统技术中水泵启动瞬间的电流是额定电流的数倍，对供电设备和供电电网造成了严重的冲击，长时间的使用加速了供电设备和供电网络的老化的问题。[0026]2、本实用新型锅炉自动调节变频补水系统，变频水泵通过改变动力的方式来调节流量；改变了传统的阻力调节法，水泵和电动调节阀均需耗能，做功却相互抵消的高耗能的调节方法，节能省电，运行费用低，经济效益高。[0027]3、本实用新型锅炉自动调节变频补水系统，传统的水泵的功率因素一般为O. 6 O.8之间，部分无功功率用于线损以及供电设备的热损；而变频水泵由于其内置有抵消无功功率的电容，功率因素近似为1，降低了供电网络的无功功率，提高了供电网络的供电因素，提高了供电设备的效率，减少了设备的浪费。[0028]4、本实用新型锅炉自动调节变频补水系统，由单一的变频水泵就可以根流量控制信号达到调节输入到锅炉内水的流量的目的，相对于传统水泵与电动调节阀的配合工作， 结构更加简单，节省了建设和维护的投资。[0029]5、本实用新型锅炉自动调节变频补水系统，变频水泵对流量的调节是逐步的改变，变化率相对传统的电动调节阀的调节小，故管道内的压力改变也是逐步改变，解决了传统的调节方式施与管道压力骤升骤降造成的管道寿命短的问题。[0030]6、本实用新型锅炉自动调节变频补水系统，通过手动调节阀开度的调节调节管道内的阻力的大小从而来调节变频水泵的扬程，根据具体施工需要一般在系统安装时或初次使用时通过控制手动调节阀的开度调节出一个变频水泵在工作状态下合适的扬程，之后具体应用中一般不再做大的调整，结构简单，调节方便，控制稳定，成本低廉。[0031]7、本实用新型锅炉自动调节变频补水系统,控制单元包括PID控制器(Propotion al-Intergral-Derivativa Controller比例-积分-微分控制器)。由于PID控制器是基于反馈的结构简单，实现简单且精确控制的控制器。而流量传感器通过量测锅炉内的排水流量和补水流量为PID提供了反馈，而PID根据两者流量的比较以及内置计算模型(如本领域内所公知的三冲量调节模型)，通过比较、积分、微分等运算得出变频水泵电动机的转速需要加速度多少或减少多少达到一个精确的控制。[0032]8、本实用新型锅炉自动调节变频补水系统，通过在变频水泵出水口设置的防止水流逆转的止回阀，防止在断电时变频水泵突然停止，水流失去向上扬起的驱动力，在重力作用下自然回流形成水锤现象造成变频水泵的损毁。9、本实用新型锅炉自动调节变频补水系统，通过流量传感装置的设置，实现了锅炉外送的蒸汽排出的排水质量与补水质量保持一致，更加精细的控制补水的快慢。
[0034]图I是传统锅炉补水自动控制系统结构示意图；[0035]图2是本实用新型锅炉自动调节变频补水系统实施例的结构示意图；[0036]图3是本实用新型实施例所述变频水泵与止回阀以及手动调节阀连接结构示意图；[0037]图4是本实用新型实施例4所述锅炉自动调节变频补水系统在具体应用中的连接结构图。
具体实施方式
[0038]下面结合说明书附图对本实用新型做进一步的描述。[0039]实施例一[0040]如图2至图3所示，本实施例锅炉自动调节变频补水系统,包括变频水泵、水位传感装置以及控制单元；[0041]所述水位传感装置测量锅炉内的实际水位并输出到所述控制单元；[0042]所述控制单元，接收所述水位传感装置输出的实际水位，将实际水位分别与最低预设水位和最高预设水位比较，若实际水位低于最低预设水位则输出增大流量控制信号， 若实际水位高于最高水位则输出减小流量控制信号；[0043]所述变频水泵，接收所述控制单元输出的所述流量控制信号，并根据所述流量控制信号改变其电动机的转速，从而改变输入到锅炉内水的流量。[0044]如图3所示,所述变频水泵包括变频单元、电动机以及抽水叶轮,所述变频单元接收所述控制单元输出的流量控制信号，改变供电电流电压的大小，从而改变了电动机的转速，电动机与抽水叶轮传动连接。抽水叶轮的转速与所述电动机的转速成正比。当流量过大时，所述水位传感器检测到实际水位值，并转换成电信号输入到所述控制单元，所述控制单元通过运算，得出需减小流量的流量控制信号并输出到所述变频水泵。所述变频单元接收流量控制信号，输出到所电动机。所述电动机速率变小，抽水叶轮速度变小，水流速度变小，从而达到输入到锅炉的水的流量变小。这种方法通过改变动力的方法调节水的流量为动力调节法区别以往动力保持不变，以改变阻力的大小来控制水的流量的阻力调节法。其中当实际水位高于最高预设水位可能堵塞蒸汽的排气管道，当水位低于最低水位时，锅炉内的水不足以供应外界蒸汽需求且有可能发生安全事故。[0045]而传统的水泵和电动调节阀配合工作时，当水流速度过大，流量过大时，水泵的电动机保持原有的转速继续工作，动力输出不变，而通过调节电动阀，减小电动阀的开度，增大流阻以改变流速，从而达到减小抽水速度的大小。这样的工作模式，水泵的总功率保持不变，有效功率减小，电动阀的启动和关闭同样消耗电能，双向耗能，电费开销大，经济效益有限。[0046]综合上述可知本实施例中的锅炉自动调剂变频补水系统在运用的工程中，耗能低，运行费用低，可以节电达到40%左右。[0047]此外由于锅炉内的水用于沸腾会造成测量的水位是一个虚假水位即不是水平静时所在锅炉中的水位，需要进一步更加准确的知道补水的快慢还可以通过流量传感装置分别测量锅炉外送的蒸汽流量和锅炉的补水流量，并输出到所述控制单元；[0048]所述控制单元，接收所述蒸汽流量转换成排水质量，接收补水流量转换成补水质量，若所述实际水位位于所述最低预设水位和所述最高预设水位之间，则比较所述排水质量与所述补水质量，若排水质量小于补水质量则输出减小流量控制信号，若排水质量大于补水质量则输出增大流量控制信号，若所述补水质量等于所述补水质量则不输出流量控制信号或输出保持流量控制信号。[0049]流量传感装置至少包括两个流量传感器，其中一个用于设置在锅炉的蒸汽管道的出口处用于测量蒸汽的流量，一个设置锅炉补水管道的入口处用于测量补水的流量。通过流量传感装置的设置，可以更加精确的控制补水流量。[0050]对比图I与图2可知，本实施例所述的锅炉自动调节变频补水系统相对于传统的锅炉补水自动控制系统，减少了电动调节阀的应用，结构更加简单，减少了初次投资的设备成本。且由于本实施例所述的锅炉自动调节变频补水系统采用变频调节通过控制电动机的转速最终改变水的流速，而电动调节阀的调节是通过改变阀门的开度来调节水的流量，变化率大，水流对管道、阀门等设备冲击力大，不宜管道和阀门等设施的长久使用。且电动调节阀的调节精度呈现阶跃性的变化，调节精度和稳定性都不如本实施例所述锅炉自动调节变频补水系统的变频调节。[0051]实施例二[0052]如图2-3所示,在实施例一的基础上,所述锅炉自动调节变频补水系统还包括一用于调节所述变频水泵扬程的手动调节阀01 ;所述手动调节阀01安装在连接所述变频水泵的出水管上。[0053]变频水泵的实际扬程不仅与其内部的抽水叶轮的大小以及电动机功率的大小有关，同时也与出水管道的光滑度，管道的拐弯点等因素形成的流阻有关。流阻越大，实际扬程越小。因此可以通过设置阀门，通过设置阀门的开度大小来增大或减小流阻，以控制变频水泵的实际扬程。[0054]本实施例[0055]通过设置一个手动调节阀在变频水泵的出水管上，来调节变频水泵的实际扬程。 如供水池到锅炉的入水口的高度为20米，此高度为变频水泵扬水高度的最小值；变频水泵的扬程通常应该是该扬水高度的1-1. 2倍左右，即扬程为20到24米之间。水泵的消耗功率与扬水高度成正比。如果水泵的扬水高度过高，造成不必要的浪费，过低水输送不到。故需在安装时根据具体的实际情况调节出一个最为理想的扬程。手动调节阀，取材简便，控制稳定是优良的调节装置。一般情况下，变频水泵的工作环境没有改变，即所需扬水高度没有改变、管道的流阻没有增加，扬程就不需改变，故手动调节阀在初次调节后一般不再调节，仅需进行微调即可。所述调节装置可以是手动调节阀以外的其他调节装置如电动调节阀或传感器与控制单元配合形成的自动调节的电磁阀，这些装置，调节较为精确控制也较为方便， 但是成本高，且扬程对精确度的要求不高，因此没有必要。[0056]实施例三[0057]如图3所示，本实施例锅炉自动调节变频补水系统，包括变频水泵、水位传感装置、控制单元以及设置在变频水泵出水口处的止回阀02 ；[0058]所述水位传感装置测量锅炉内的实际水位并输出到所述控制单元；[0059]所述控制单元，接收所述水位传感装置输出的实际水位，将实际水位分别与最低预设水位和最高预设水位比较，若实际水位低于最低预设水位则输出增大流量控制信号， 若实际水位高于最高水位则输出减小流量控制信号；·[0060]所述变频水泵，接收所述控制单元输出的所述流量控制信号，并根据所述流量控制信号改变其电动机的转速，从而改变输入到锅炉内水的流量。[0061]采用变频水泵，电动机启动时，电流由零逐步增大,转速也逐步增加,解决了传统工艺中启动瞬间的电流阶跃性增大，输出电流是额定电流的数倍，对供电设备和供电电网造成了严重的冲击，长时间的使用加速了供电设备和供电网络的老化问题，减少了电动机和抽水叶轮突然急速旋转造成水流骤然增大对管道、阀门等供水设施的压力骤然增大造成的破环性伤害。电动机突然启动或突然关闭，形成的水锤效应严重时可以导致阀门崩裂，水管爆裂等现象，安全稳定性低。而本实施例锅炉自动调节变频补水系统采用变频水泵，开启和关闭都是逐步进行的，不会因为水泵的正常开启和停止造成水锤现象。[0062]但是出现断电现象时，变频水泵突然停止工作，变频水泵在断电前扬起的水流，失去了向上的驱动力，在重力的作用下自然回落，对变频水泵形成了类似水锤现象的水流冲击，为了保护叶轮等变频水泵内部设施不受损害，通过一个防止水流逆转的止回阀，对变频水泵起到保护作用，延长变频水泵的使用寿命。[0063]实施例四[0064]如图2-3所示，本实施例锅炉自动调节变频补水系统，包括变频水泵、水位传感装置、流量传感装置，控制单元以及设置在变频水泵出水口处的止回阀02 ；[0065]所述水位传感装置测量锅炉内的实际水位并输出到所述控制单元；[0066]所述控制单元，接收所述水位传感装置输出的实际水位，将实际水位分别与最低预设水位和最高预设水位比较，若实际水位低于最低预设水位则输出增大流量控制信号， 若实际水位高于最高水位则输出减小流量控制信号；[0067]所述变频水泵，接收所述控制单元输出的所述流量控制信号，并根据所述流量控制信号改变其电动机的转速，从而改变输入到锅炉内水的流量。[0068]所述流量传感装置包括至少两个传感器分别测量锅炉外送的蒸汽流量和锅炉的补水流量并输出到所述控制单元；[0069]所述控制单元，接收所述蒸汽流量转换成排水质量，接收补水流量转换成补水质量，并在实际水位位于所述最低预设水位和所述最高预设水位之间时，比较所述排水质量与所述补水质量，若排水质量小于补水质量则输出减小流量控制信号，若X排水质量大于补水质量则输出增大流量控制信号，若所述补水质量等于所述补水质量则不输出流量控制信号或输出保持流量控制信号。[0070]所述控制单元包括一 PID控制器。[0071]PID控制器(Propotional-Intergral-Derivativa Controller 比例-积分-微分控制器)分为3个环节[0072]比例环节产生与排水质量与补水质量形成的偏差成比例变化的控制作用来减少偏差；即排水质量与补水质量的质量差增大，则产生一个增加水流流量的控制作用的实施信号控制水流增大，即加速电动机的转动，加速水流速度；[0073]积分环节主要用于消除静止的差异；积分区间越大，积分作用越弱，积分区间越小，积分作用越强；此处的积分变量为时间；[0074]微分环节通过排水质量与补水质量的变化趋势预测偏差信号的变化，并在偏差变大前产生一个抑制偏差变大的控制作用的信号输出，从而加速控制的响应；即通过预测排水质量与补水质量的差值在变大，且变大的速度在增加，则微分环节产生一个抑制控制信号即流量增大控制信号，提前加大水的流量在排水质量与补水质量的质量差持续加速变大时，流量也加速增加，以抑制水位差的变大，缩短响应的时间。[0075]在具体的运用过程中，变频水泵的转速通过与流量的换算可以得到一个预设值， 通过PID控制器通过计算得到该预设值并调节修正该预设值，并通过流量预设值输出到变频单元，由变频单元根据流量控制信号，进一步控制电动机的转速从而改变抽水叶轮的转速和水流速度。[0076]通常的控制方式有两种，一种是通过简单的增大控制指令或减小指令进行调节再实时的监控，进行反复的观察和调节，这种方式控制较为繁琐。另一种控制方式如本实施例所述通过比例环节、积分环节以及微分环节根据偏差以及偏差变化趋势得出一个精确的预设值输出的受控装置，调节效果好，调节灵敏。[0077]图4是本实用新型实施例所示锅炉自动调节变频补水系统在具体应用中的连接结构图，其中2为变频水泵、21为变频水泵中变频单元和电动机构成的变频电机，6代表手动调节阀、3代表止回阀，其中管道G代表相锅炉输送的管道，ZP代表排气管道，Zl代表高压蒸汽管道，Z2代表低压蒸汽管道。图中所示的元件采用的是通用的符号表示。[0078]以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
权利要求1.一种锅炉自动调节变频补水系统，包括水泵、水位传感装置以及控制单元，其特征在于，所述水泵为变频水泵；所述水位传感装置测量锅炉内的实际水位并输出到所述控制单元；所述控制单元，接收所述水位传感装置输出的实际水位，将实际水位分别与最低预设水位和最高预设水位比较，若实际水位低于最低预设水位则输出增大流量控制信号，若实际水位高于最高水位则输出减小流量控制信号；所述变频水泵，接收所述控制单元输出的流量控制信号，并根据所述流量控制信号改变变频水泵电动机转速从而改变抽水速度。
2.根据权利要求I所述的锅炉自动调节变频补水系统，其特征在于，所述锅炉自动调节变频补水系统还包括流量传感装置，所述流量传感装置包括至少两个传感器分别测量锅炉外送的蒸汽流量和锅炉的补水流量并输出到所述控制单元；所述控制单元，接收所述蒸汽流量转换成排水质量，接收补水流量转换成补水质量，并在实际水位位于所述最低预设水位和所述最高预设水位之间时，比较所述排水质量与所述补水质量，若排水质量小于补水质量则输出减小流量控制信号，若排水质量大于补水质量则输出增大流量控制信号，若所述补水质量等于所述补水质量则不输出流量控制信号或输出保持流量控制信号。
3.根据权利要求2所述的锅炉自动调节变频补水系统，其特征在于，所述控制单元内设有一 PID控制器，所述PID控制器根据所述排水质量和所述补水质量分析得出所述实际水位与最低预设水位或最高预设水位的之间的差值的变化及变化率，并根据其内置计算模型生成精确的流量预设值，输出到所述变频水泵；所述变频水泵，接收所述流量预设值，并根据所述流量预设值调整变频水泵电动机的转速为所需值。
4.根据权利要求I或2所述的锅炉自动调节变频补水系统，其特征在于，所述锅炉自动调节变频补水系统还包括一用于调节所述变频水泵扬程的调节装置；所述调节装置安装在连接所述变频水泵的出水管上。
5.根据权利要求4所述的锅炉自动调节变频补水系统，其特征在于，所述调节装置为一手动调节阀。
6.根据权利要求I、2或3所述的锅炉自动调节变频补水系统，其特征在于，在所述变频水泵的出水口处设有防止水流逆转的止回阀。
专利摘要本实用新型公开了一种锅炉自动调节变频补水系统，为解决传统锅炉自动补水系统中采用非变频水泵与电动调节阀的组合设置来控制输入到锅炉内水的流量，造成的耗电量高，运行成本高，水泵以及管道等使用寿命短等问题而设计。本实用新型锅炉自动调节变频补水系统，由水位传感装置测量实际水位，由控制单元比较实际水位与最高预设水位及最低预设水位的差异，得出是要增大流量或减小流量的流量控制信号，由变频水泵根据流量控制信号改变其内部电动机的转速从而以改变驱动力大小的方式调节水的流量，控制精确，运行成本低可节约40％左右的电能，管道的压力负荷变化率小。
文档编号F22D5/32GK202747330SQ20122029760
公开日2013年2月20日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者牟旭升 申请人:中冶华天南京工程技术有限公司