侯冉，化银锋

机械工业第六设计研究院有限公司 （河南郑州 450007）

蒸汽发生器被广泛用于医疗、制药、生物、化工、热能专用配套设备等行业，尤其适用于恒温蒸发场合，如医院消毒、装配式构件养护、蒸煮电缆、反应釜配套等，是取代传统锅炉的新型设备，具有自动、高效、节能、环保的优点。蒸汽发生器的加热方式包括燃气加热、燃油加热和电加热，其中电加热蒸汽发生器具有现场实施方便、热效率高、尺寸小等优势。

本研究针对江苏鑫达能热能环保科技有限公司生产的型号为DN-9KW 的电加热发生器在使用过程中出现的因沸水液位波动而导致的上水水泵频繁启停的缺点进行改造，最终通过在电气控制回路中增加延时继电器的方式解决了该问题。

电加热蒸汽发生器[1]的内部结构见图1。其进水口连接外部的进水管道及阀门，确保一定压力的自来水进入水箱，水箱内部装有不锈钢浮球阀控制液位，外部装有排水口。水泵通过金属波纹管分别连接水箱和内胆，完成从水箱抽水和给内胆上水的功能。内胆连接排污口，可定期手动开启排污口排出内胆中残留的铁锈、污垢；
内胆接有铜管连接至压力开关，可实现电气联锁保护；
内胆装有弹簧式安全阀、玻璃管液位计和指针压力表，可实现液位测量、压力测量和安全保护；
内胆固定有法兰式电加热管对内胆中的自来水进行加热直至沸腾状态从而产生水蒸汽；
此外，内胆依靠插入深度不同的高、中、低3个水位电极进行液位检测，并配有2个JYB714型号的液位继电器[2]实现加热电气联锁和自动上水功能。

图1 电加热蒸汽发生器的内部结构

内胆中负责液位检测的3个电极见图2。当液位低于FH1电极的检测点位（图2中的L）时，控制系统通过电气联锁禁止电加热管上电加热；
当液位高于FH1电极的检测点位时，控制系统允许加热；
当液位低于FM2电极的检测点位（图2中的M）时，水泵启动，开始上水；
当液位超过FH2电极的检测点位（图2中的H）时，水泵停止上水。

图2 内胆中负责液位检测的3个电极

电加热及水泵工作的电气主回路原理见图3。三相电经空气断路器QF1再经过交流接触器KM1的主触点连接电加热管，电加热管呈三角形连接。相线L1和中性线N 经2P 的交流接触器KM2连接水泵电机。

图3 电加热和水泵电气主回路原理

加热启停按钮的控制回路接线及与加热控制相关的1#液位继电器的接线见图4～6。1#液位继电器的1、8端子接AC 220 V 电源，5端子接FH1电极接线柱，7端子接等地电位（可接至内胆容器壁或其他钣金裸露金属部位），3和4端子之间为1对常闭触点（当液位高于FH1电极的检测点位时，3、4之间触点不动作；
当液位低于FH1电极的检测点时，常闭触点动作，断开加热回路）。加热控制回路的线号210和线号P1之间的常闭触点为压力开关保护触点。

图4 加热启停按钮的控制回路

图5 1#液位继电器接线图

图6 加热控制回路

控制水泵自动上水的2#液位继电器接线及其控制回路见图7～8。2#液位继电器的1、8端子接AC 220 V 电源，5端子接FH2电极接线柱6端子接FM2电极接线柱，7端子接等地电位，2、3端子之间为一对常开触点（当内胆液位低于FM2电极的检测点时，该对常开触点闭合，接触器KM2吸合，水泵启动；
当内胆液位高于FH2电极的检测点时，则该对触点释放，接触器KM2线圈失电，水泵停转）。

图7 2#液位继电器接线图

图8 上水控制回路

原控制系统存在如下缺点：当内胆中的水加热至沸腾时，随着蒸汽不断输出，液位不断下降，当液位低于FM2电极的检测点位时，系统本应立即启动水泵进行上水，但实际情况是，因此时内胆中的水仍处于沸腾状态，FM2电极检测点位的检测信号因沸水液位的波动而出现频繁跳动，从而导致2#液位继电器的2、3触点频繁动作，继而导致水泵主回路的KM2接触器的主触点频繁吸合和断开，水泵电机频繁起停。以上问题导致水泵不能及时有效上水，且长期运行会缩短KM2接触器的寿命以及水泵的寿命。因此，需要对电气控制线路进行改造以避免水泵的频繁启停。

4.1 措施一：增加延时继电器

该延时继电器型号为JSZ3A-A[3]，具有通电延时闭合触点功能，可实现在液位降至足够低且电极检测点位的检测信号以及液位继电器的触点动作足够稳定时，再启动水泵。其原理如下：如图9 所示，将延时继电器KT1 的延时时间设置为5s，当2# 液位继电器2、3 触点刚开始有动作且频繁跳变时，并不能给KT1 线圈稳定上电且保持通电时长超过5s；
只有当液位降至足够低，2#液位继电器2、3触点动作稳定时，可致KT1线圈通电时长超过5s，随即KT1常开触点闭合，接触器KM2 吸合，水泵开始上水；
当液位达到FH2 电极的检测水位后，2# 液位继电器2、3 触点释放，随即KT1 线圈失电，KT1 触点释放，接触器KM2 断开，水泵停止。

图9 延时继电器KT1的控制电路图

但此改进措施存在如下缺点：每次上水均需等待液位降至足够低时，才能启动水泵，且因再次注入的冷水水量较多，使内胆中的水温大幅降低，需等待较长时间的加热后方有蒸汽输出，故会出现蒸汽滞后和间断输出的现象，不利于需要持续稳定使用蒸汽的场合。

4.2 措施二：增加多功能延时继电器模块

该延时继电器模块型号为YYC-9[4]，具有信号触发输入端，可接无源触点信号进行触发，其输出端有常开和常闭触点，可通过设置内部参数，选择多种延时功能。本研究选择了该延时继电器模块的P-37 功能：即有触发信号，继电器吸合As 后自动停止，停止后再计时Bs，在A+Bs 内再有信号触发无效。将A 和B 时间分别设置为5s 和2s。

如图10所示，增加1个中间继电器K2，K2线圈的一端接至2#液位继电器的2端子上，另一端接中性线。K2的1对常开触点接至该多功能延时继电器KT2的输入触发端，KT2的1对常开触点串进交流接触器KM2线圈控制回路中，当因液位下降导致2#液位继电器2、3触点第一次动作时，中间继电器K2的线圈也随即上电，K2的常开触点动作，立即触发延时继电器KT2，KT2随即执行1次P-37功能，即KT2 常开触点闭合5s 后，再恢复断开2s，其2、3 触点相当于水泵启动并持续工作5s 后停止，延时继电器KT2 再经过2s（设置2s 的时间是为了等待冷水和沸水充分混合，内胆中的液面趋于稳定，以确保在延时继电器整个7s 的工作过程中即使有来自中间继电器K2的触发信号，也不会影响控制系统。）后结束本轮动作，等待下一轮被触发。经实际观察测试，水泵持续工作5s 可完成足够量的上水量。

图 10 延时继电器KT2控制回路

改进措施二通过增加中间继电器和多功能延时继电器模块解决问题，中间继电器的触点用来触发多功能延时继电器模块，多功能延时继电器模块执行相应功能，实现了当内胆中的沸水在沸腾和蒸发以及液位不断下降的过程中，在液位下降至第一次被液位电极检测到时，就能启动并完成1次水泵上水的动作流程。这样既可避免前述上水水泵频繁启停的问题，又可实现蒸汽的持续输出。

该电加热蒸汽发生器的电气控制系统是继电器接触器系统，在此基础上通过增加延时继电器或延时功能模块对原厂家的控制系统进行改造，避免了上水水泵频繁启停的问题，不失为1种低成本且有效的改造方法。改造后，经实践检验，运行效果良好且稳定可靠。

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