船用锅炉水位控制系统故障成因技术分析

2021-07-15

武汉船舶职业技术学院学报 2021年2期

(江苏省江阴中等专业学校，江苏江阴 214400)

锅炉作为船舶的重要辅助设备之一，为船舶提供必须的蒸汽或热水。锅炉在使用时必须保持正常的水位，为此要严格控制锅炉的给水量，使进入锅炉的水量和蒸发量(用水量)保持相等，以适应其负荷的变化。目前大多数船用锅炉采用两位式控制系统，按检测水位传感器的不同可分为磁性浮子式水位控制系统和电极棒式水位控制系统，两位式控制系统保证锅炉中的水位在规定的上、下限之间波动，当水位降到允许的下限水位时，控制电路自动启动，锅炉给水泵向锅炉供水。当水位上升到允许的上限水位时，控制电路自动切断水泵电源，则停止向锅炉供水。这种双位式自动控制系统主要由电极棒和控制电路组成，下面对电极棒式水位控制系统故障的成因作简要分析。

1 棒式水位控制系统的电路结构

电极棒式水位控制系统原理图，如图1所示。

图1 电极棒式水位控制系统原理图

1.1 电极棒室

电极棒室内有三根电极棒。它们分别位于上、中、下三个位置，在电极棒室的上、下分别有一根管子与锅炉的蒸气和水位相连。这样，电极棒室的水位就反映了锅炉的实际水位。由于锅炉的水中含有一定的盐分，所以它的导电性能较好。同时，电极棒室的电极棒分别用于检测允许的上限水位、下限水位及低于危险水位的报警[1-2]。

1.2 控制电路

电路如图2所示，其中1JY、2JY为直流继电器，ZX1、ZX2为二极管桥式整流电路，这是为了安全起见，炉水中的电极棒是低压直流电，则继电器是直流继电器。1XD为上限运行水位指示灯，当水位达到允许的上限水位时1XD熄灭。2XD、DL为危险水位声光报警装置。当锅炉水位低于危险水位时2XD和DL同时发出声光报警信息[3]。

图2 控制电路

1.3 保护电路

锅炉的保护电路由电极棒C、ZX1、2JY、2CJ、DL、2XD以及油泵、风机的电机C组成，电路如图3所示，其作用是当水位降到C棒以下时，油泵、风机停止运行，并同时发出声光报警信息。

图3 保护电路

2 电路的工作原理

从电路图中可以看出，三根电极棒是电路控制系统的关键元件，电极棒将收集到的水位信息通过继电器的动触点去控制水泵的运转和停止，从而达到控制锅炉的水位。当水泵B向锅炉供水时，锅炉中的水位逐渐升高；当水面与a棒接触时，接通桥式整流电路ZX2，使继电器1JY线包得电，则1JY1常闭触点断开，接触器1CJ线包失电，1CJ1断开，水泵B停转；同时运行指示灯1XD熄灭，由于1JY线包得电，则1JY2的常开触点闭合，并自锁。此时，即使当锅炉水位下降到离开a棒且与b棒接触时，由于1JY2的自锁作用，水泵b仍然停转。随着锅炉中水蒸气的蒸发和热水的使用，水位逐渐下降，当水位下降到离开b棒且在c 棒以上时，1JY才失电，1JY1闭合，1CJ得电，1CJ1闭合，水泵B运转，向锅炉供水，同时运行指示灯1XD亮。待锅炉中的水位上升到与a棒接触时，重复前一个过程[4-5]。

当水位降到c棒以下时，此时将会出现危险报警，桥式整流电路ZX1不工作，2JY 线包失电，其触点2JY1断开，导致2CJ失电，则2CJ1断开，油泵、风机的电机C停转，同时，常闭触点2JY2闭合，DL与2XD同时发出声光报警[6]。

3 故障分析

当电路接通电源后，水泵B及油泵和风机电机C都不运转，而声光报警器连续报警，这说明锅炉处于熄火的状态，检测锅炉水位则处于危险状态以下，当给锅炉加水至与a棒接触时[1]，B、C仍无反应[2]，则可以断定故障发生在控制电路或电极棒的质量问题方面。

3.1 电极棒运行的原因分析

锅炉水位已经接触到电极棒a乃至从a棒下降至与b棒接触。而油泵、风机电机C不运行的原因分析是：锅炉水位已下降至危险水位以下，比较两种现象是矛盾的，这就证明电极棒不存在质量问题，得出故障可能发生在控制电路方面的结论。

3.2 对控制电路的分析

锅炉中的水位是变化的，控制电路的作用是当锅炉水位下降到允许的下限水位时，水泵B启动供水，当水位上升到允许的上限水位时，水泵B停止供水。在这种正常的情况下，油泵、风机电机C是一直运行的。而控制电路的信息又是电极棒提供的，假若电击棒失去导电性能，从电源理图中可知，水泵B应该运行，可现在却不能启动，其原因可能是：

(1)继电器1JY线包得电，迫使1JY1常必触点断开，从而使1CJ失电，1CJ1断开，水泵B停止运行。但这种可能性几乎为零，当锅炉正常工作时，水位持续下降至下限水位以下，根据控制电路工作原理，此时ZX2不工作，故1JY不得电，1JY1常闭触点仍是闭合的，1CJ线包应得电，1JY1应吸合，水泵B应是动转的。经仔细检查发现1CJ线包的一端焊接脱落而无法工作，经焊接后，水泵B运转，运行指示灯1XD亮。当水位与电极棒a相接时，水泵B停止运行，1XD熄灭[7]。

(2)当锅炉水位下降至离开电极棒b，处于危险水位时，油泵、风机电机C没有运转的迹象，声光报警器持续报警，这可能是ZX1不工作造成2JY线包不得电，2JY1断开，2CJ不得电，从而使2CJ1断开，油泵、风机电机C不转。由于2JY 2的闭合，造成持续的声光报警，经仔细检查发现ZX1桥式整流电路中有两只对应二极管被烧成开路。从整流电路的分析中可知，ZX1的电路已成了半波整流电路，如图4所示，此时该电路的输出电流只有桥式整流电路的一半，不足以使2JY的触点动作，所以，导致油泵、风机电机C不能运转，经过更换整流电路的二极管后，整个控制电路便恢复正常工作[8]。