UQK型浮球式锅炉水位控制器.docx
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UQK型浮球式锅炉水位控制器
UQK型浮球式锅炉水位控制器
2004-06-0300:
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浮球—水银开关水位控制器，简称浮球水位控制器，是利用浮球随水位同步漂移，通过磁场的作用力，推动水银开关动作输出信号，达到控制目的的一种锅炉水位报警和控制装置。
由于水银开关的接点容量较大，故可直接进行控制，有利于简化线路。
下面以UQK—30，UQK—31、UQK—32型浮球水位控制器为例，介绍其工作原理和使用、维修方法。
一、主要技术指标
额定工作压力≤2．45MPa
额定工作温度≤226℃
水银开关接点容量额定电压～220V
额定电流5A
UQK—30型水位控制范围±25mm
高水位报警50mm
低水位报警-50mm
重量：
23kg
UQK—31型水位控制范围±25mm
低水位报警-50mm
设定值偏差±5mm
重量：
21kg
UQK—32型高水位报警50mm
低水位报警-50mm
低水位联锁-75mm
重量：
22kg
二、结构与原理
浮球水位控制器由浮球组件、浮筒、盖组件、调整组件等组成。
1．浮球
浮球的外形结构如图6—9所示，浮球长期工作在高温高压的条件下，故对其结构要求也较高，它的两端设计成半球形，可以减少应力，提高强度。
制造材料为1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9或00Cr19Ni11。
这些材料都是奥氏体不锈钢，在固溶状态下是无磁性的，且有良好的抗腐蚀性能。
图6—9浮球外形尺寸图
1—壳体；2—焊缝；3—连结螺丝
浮球是水位控制器的感测元件，在传感筒中可以随水位自由浮动。
因其体积和重量是恒定的，所以浮球受到的浮力也是恒定的。
根据物体的漂浮条件：
漂浮在液面上的物体所受到的浮力等于物体的重力。
浮球在设计时要求浸没在水中2／3，则浮球受到的浮力为
F浮=2／3（V球ρ水g）=G球G零
式中：
V球——浮球的体积；
ρ水——水的密度（根据温度查表）；
G球——浮球的重量；
G零——与浮球相联接的零件重量；
g——重力加速度；
F浮——浮球受到的浮力。
当水位上升时，若浮球位置不变，浸入水中体积将增加，受到的浮力也将增大，则F浮>G球G零，原有的平衡破坏，浮球将会上移而减少浸入水中体积，使之重新平衡，并停留在一个新的水位上；反之亦然。
因而实现了浮球对水位的跟踪。
2．浮球组件
浮球组件的外形结构如图6—10所示。
主要由圆磁钢、调节杆、浮球等组成。
图6—10浮球组件结构图
1—滑块；2—圆磁钢；
3—调节套；4—开口销；
5—调节杆；6—导向板；
7—螺母；8—接头；9—浮球
调节套3带有7个调节孔，每孔间距为12mm，调节杆5和调节套3不同的孔由开口销4连接时，可调整浮球9与圆磁钢2的相对位置，达至调节控制范围的目的。
浮球随锅炉水位的高低变化作上下漂移运动，同时带动滑块与圆磁钢上下位移，由于导向板和盖组件中导轨的作用，浮球和圆磁钢不能转动，只能作上下平移运动。
从而实现了由浮球检测水位，又由磁钢传递水位信号的目的。
3．盖组件
盖组件由端盖1，导管2，小导轨3，大导轨4、顶盖5等组成，其外形结构如图6—11所示。
盖组件的功能是导向和隔离密封作用。
使浮球组件在导轨中作定向平移运动，并使锅炉汽水与电气调整箱完全隔离。
4．调整箱组件
调整箱组件由外壳、磁钢组件、水银开关接线端子板和调整螺丝等组成，其外形结构如图6—12所示。
调整箱的作用是通过磁偶合将浮球所带动的圆磁钢上下运动，转化为调整箱内磁钢组件的偏转运动，从而带动水银开关转动，完成开关动作，实现控制功能，同时调整箱内设有调整机构，可对控制范围进行调整。
图6—11盖组件结构图
1—端盖；2—导管；3—小导轨；4—大导轨；5—顶盖
图6—12调整箱结构示意图
（1）磁钢组件1：
其结构如图6—13所示。
是一个由磁钢所带动的两位电气开关机构，由摇架1，玻璃水银开关2、拨叉4、磁钢7、凋零板11、自锁磁钢13等主要零件构成。
磁钢组件1的简单工作原理如图6—14所示。
它常用作锅炉的水位控制。
让我们结合它的实际工作情况来分析其动作原理。
当锅炉处于无水或低水位状态时，浮球组件磁钢16在E1或E1以下位置，它与磁铁7的作用力为F1，其方向是使磁铁7绕轴5逆时针方向旋转，到达A1位置。
这时玻璃管水银开关2处于D1位置，管中水银流向右端，使接点BB1接通，可使外接水泵电机控制口路通电，水泵向锅炉加水。
当锅炉水位上升，浮球组件使磁钢16的位置不断上移，磁钢16和磁钢7的作用力方向也不断改变，当达到E2位置时，作用力F2与磁钢7的转轴成一直线，这时，磁钢7受力最大但仍不发生偏转。
一旦水位继续上升，磁钢7稍一越过E2位置到达E3位置时，磁钢7与磁钢16的作用力F3方向将变成顺时针方向，磁钢7将迅速绕支点5须时针转动到达A2位置，拨叉4同时拨动玻璃管水银开关2转到D2位置，玻璃管中水银流向左端，接点BB1被断开，水泵电路被切断，锅炉停止上水。
图6—13磁钢组件1结构示意图
1—摇架；2—玻璃管水银开关；3—底板；
4—拨叉；5—磁钢转动支点；6—配重；7—磁钢；
8—导轴；9—摇架转动支点；10—调零螺钉；11—调零板；
12—水银开关固定螺钉；13—自锁磁钢
图6—14磁钢组件1工作原理简图
2—玻璃管水银开关；4—拨又；5—磁钢
转动支点；7—永久磁钢；8—可调支点；9—玻
璃管水银开关转动支点；16—浮球组件磁钢
当磁钢7处于A2位置后，由于水泵停止加水和锅水汽化消耗，锅炉水位将下降。
磁钢16的位置也将慢慢下移，这时，磁钢16对磁钢7的作用力方向仍是顺时针方向，磁钢7保持在A2位置，水银开关2保持在D2位置，只有磁钢16继续下降，超过A2位置时，与前述的水位上升过程相似，磁钢7才会改变受力方向，逆时针转回到A1位置，使玻璃管水银开关回到D1位置，重新接通水泵控制电路，以实现水泵的自动控制。
这样水泵的控制范围即为E2—E2′，之间距离H。
磁钢组件1对水位的控制范围H可以进行凋整。
其范围可由30mm调到60mm。
需要调小时，将可调支点8向下移动，增加磁钢拨叉并减小水银开关拨叉长度，就可使磁钢7的摆角范围A1A2之间的夹角a变小，即磁钢16对磁钢7作用的转折距离H缩小，从而使水位控制范围变小。
反之，将可调支点向上移，磁钢6的摆角范围a将变大，从而使水位控制范围变大。
磁钢组件1的控制中心位置，可以由控制箱固定底板3的螺钉进行上下调整。
因为底板活动范围有限，一般只能进行微调。
大范围调整时，应调整浮球组件中的浮球和磁钢的连杆长度。
玻璃管水银开关的初始位置也可以进行调整，当发现水银开关在D1位置，BB1接点接触不良或在D2位置不能断开时，可将调零板的角度通过其调整螺丝10进行调整。
另外，磁钢组件1上还有自锁磁钢13，它的位置在水银开关之下，其作用是当低水位时浮球组件磁钢16可以与其发生作用（相斥）。
以使水银开关稳定地保持在D1位置，以防止开关误动作，起到自锁作用。
（2）磁钢组件2：
磁钢组件2，其结构如图6—15所示。
它是一个由磁钢所带动的单元电气开关机构，主要供报警，联锁等控制用。
图6—15磁钢组件2结构图
1—限位扦；2—支架；3—导轴；4—摇架；5—磁钢；
6—玻璃管水银开关；7—凋零板：
8—凋零螺钉；9—配重；10—滑板
磁钢组件2是由限位杆1、支架2、摇架4、磁钢5、玻璃管水银开关6、调零板7、配重9等主要零件构成。
限位杆1、磁钢5、玻璃管水银开关6、调零板7、配重9、滑板10等零件固定在摇架4上，摇架4可绕导轴3转动，配重9的作用使摇架4及其磁钢组件在没有磁场力的作用时，逆时针偏倒在配重9的一侧。
限位杆的作用是使摇架只能偏转一定的角度。
磁钢组件2的简单工作原理如图6—16所示。
下面结合它在水位报警中的动作情况来分析其工作原理。
当用于高水位报警时，浮球组件磁钢11处在E2以下的E1位置，磁钢5处于A1位置，浮球组件磁钢11对它的作用力方向是逆时针方向，与其配重的作用力方向相同，这时，玻璃管水银开关6处于D1位置，管中水银流向左端，触点R1R2接通，J1J2断开，这是正常水位时的情况。
当水位上升，磁钢11达到并稍微超过E2位置时，磁钢5的受力方向改变为顺时针方向，磁力作用大于配重力的作用时，磁钢5将偏转到A2位置，玻璃管水银开关6也同时偏转到D2位置，管中水银流向右端，触点R1R2断开，J1J2接通，发出高水位报警和控制信号。
图6—16磁钢组件2工作原理简图
3—固定支点；5—永久磁钢；6—玻璃管
水银开关；9—配重；11—浮球组件磁钢
当用于低水位报警时，浮球组件磁钢11从E2上方随水位降低逐渐接近E2位置，磁钢5受磁钢11的作用力方向是顺时针方向，当磁场作用力大于配重力时同上所述的过程一样，磁钢多将顺时针偏转到A2位置，使水银开关发出低水位报警和控制信号。
当用于极限低水位保护时，磁钢组件2安装在浮球组件的右侧。
当浮球组件磁钢11低于A1位置（比左侧水平位置低）时，磁钢5左端S极受相斥力，仍然顺时针偏转到A2位置，同样使水银开关发出报警和控制信号。
由此可见，磁钢组件2与磁钢组件1的区别在于，只有一个发出信号的工作位置（A1）属于单位式控制方式。
磁钢组件2工作位置也可以小量调整，如发现工作位置偏低或偏高，可在调整箱的后面轻轻地松动固定支架2的螺钉，使支架2沿滑板10上下移动即可达到要求，若需大范围调整同样要配合浮球组件的连杆长度调整才行。
5．浮球水位控制器
由浮球组件、调整箱组件配上相应的传感筒及附件，可以组成浮球水位控制器。
常用的型号有：
UQK—30、31、32型3种，它们的结构如图6—17、6—18、6—19所示。
除调整箱内磁钢组件的数量和位置有所区别外，其余结构基本相同。
图6—17UQK—30型浮球水位控制器结构图
UQK—30型的调整箱由一个磁钢组件1和两个磁钢组件2所组成、可实现水位控制、高水位报警和低水位报警。
UQK—31型的调整箱由1个磁钢组件1和1个磁钢组件2所组成，可实现水位控制和低水位报警。
UQK—32型的调整箱由3个磁钢组件2所组成，可实现高、低水位报警和低水位联锁保护。
各组件的结构和工作原理已如前所述，在分析各调整箱工作原理时，只要注意到各磁钢组件在未受到磁力作用时的自然状态下，都是偏向于S极一侧A1位置，就很容易弄清它们之间的工作关系了。
若这时再受到浮球组件的磁场力作用与其原偏转方向相同，磁钢组件将暂不动作，只有浮球组件
图6—18UQK—31型浮球水位控制器结构图
图6—19UQK—32型浮球水位控制器结构图
磁钢越过磁钢组件位置，使其作用力方向改变，才能使其动作发生反向偏转，磁钢组件偏向N极一侧，水银开关输出信号，这是一种情况。
另一种情况是若磁钢组件受力方向与原偏转方向相反，则当浮球磁钢靠近磁钢组件时，相互作用力就会随距离的减小而增大，当作用力大于磁钢组件的配重力时，磁钢组件将反向偏转向N极一侧，使水银开关输出信号。
所以这两种作用方式是有区别的，在距离上，一种需要“超过”，另一种只需“接近”即可。
否则，仅从安装位置上看动作的相互关系，是容易发生错误的。
如UQK—32型中，低水位和极限低水位两组开关，同样都是由磁钢组件2构成的，低水位开关的磁钢组件，安装位置反而低于低水位联锁保护开关磁钢组件的位置，就是因为磁钢组件虽然都偏向于S极一侧，但安装位置一个在右边，一个在左边，正好相反，所以浮球磁钢从上而下接近这两组磁钢组件时，低水位联锁保护开关的磁钢组件，受力方向和原偏转方向一致，故暂不动作，而低水位开关的磁钢组件受力方向则正好相反，当它们“接近”到一定程度时首先动作，而低水位联锁保护开关，必须在浮球磁钢“超过”低水位联锁保护磁钢组件之后，磁钢组件受力方向改变，才会使磁钢组件偏转，输出信号，所以动作程序仍然是正确的。
其它开关的位置和功能，在各型调整箱的结构图中，都已注明，其工作过程比较直观，容易分析，这里就不一一详述了。
三、浮球水位控制器的使用
根据浮球水位控制器结构原理、技术特性，可设计多种电路实现锅炉水位控制、高低水位报警以及低水位联锁保护等功能。
下面将三种型号的浮球水位控制器的应用方法作一介绍。
1．浮球水位控制器的端子及水银开关工作状态
（1）接线端子标记
UQK—30型浮球水位控制器接线板
UQK—31型浮球水位控制器接线板
UQK—32型浮球水位控制器接线板
接线端标记
功能
B、B1
控制水泵开关触点
R1、R2
低水位-50mm时动断触点
J1、J2
低水位-50mm时动合触点
R3、R4
高水位50mm时动断触点
J3、J4
高水位50mm时动合触点
R5、R6
低水位联锁保护水位-75mm时动断触点
J5、J6
低水位联锁保护水位-75mm时动合触点
（2）水银开关工作状态表
锅炉水位状况
高水位（50mm）
正常水位
低水位（-50mm）
极限低水位（-75mm）
开关名称接点
高水位开关
R3、R4
动断
合
合
合
J3、J4
动合
断
断
断
低水位开关
R1、R2
合
合
动断
断
J1、J2
断
断
动合
合
低水位联锁保护开关
R5、R6
合
合
合
动断
J5、J6
断
断
断
动合
水泵开关
B、B1
断
合（下）断（上）
合
合
2．应用电路
UQK—30、31、32型水位控制器的原理性应用电路如图6—20、6—21、6—22所示。
在实际应用中常将两个型号的控制器结合在一起共同使用，以适应锅炉的多种控制需要和进一步提高可靠性。
图6—23为UQK—31型和UQK—32型联合使用的参考电路图。
图6—20UQK—30型浮球水位控制器安装使用参考线路
图6—21UQK—31型浮球水位控制器安装使用参考线路
图6—22UOK—32型浮球水位控制器安装使用参考线路
3．应用电路分析
如图6—23所示电路为UQK—31和UQK—32型两个浮球水位控制器所组成的实际应用电路。
UQK—31型控制器进行水位控制和低水位报警，UQK—32型控制器进行高、低水位报警和低水位联锁保护。
下面分析其控制保护过程。
图6—23UQK—31和UQK—32型水位报警器联合使用的电路图
（1）水位自动控制由UQK—31型水位控制器的磁钢组件1所带动的水位控制开关B—B1的动断与动合来实现。
将水泵控制选择开关SA置“自动”位置时，水泵的启、停控制完全由水位控制开关B—B1的动合与动断来决定。
当锅炉水位低于中心水位25mm时，水位控制开关B—B1动合，接通水泵电动机控制接触器KM1电源，使水泵启动向锅炉加水。
当锅炉水位升高到达中心水位以上25mm时，水位控制开关B—B1动断，切断水泵电动机控制接触器KM1的电源，使水泵停止向锅炉加水。
这样，即可将锅炉水位的变化控制在±25mm的范围内，实现水位自动控制目的。
（2）高水位报警由UQK—32型水位控制器的磁钢组件2所带动的高水位控制开关J3—J4、R3—R4的开关状态转换来实现。
正常水位时，高水位开关J3—J4常开，R3—R4常闭。
当锅炉水位失控，上升至70mm高水位报警水位时，开关R3—R4动断，切断低水位指示灯HL1电源。
开关J3—J4动合，接通电铃HA电源；电铃发出报警信号。
同时高水位指示灯HL1电源也被接通而点亮，指示出高水位报警状态。
（3）低水位报警由UQK—31和UQK—32型水位控制器中的磁钢组件2所分别带动的两组相同的低水位控制开关J1—J2、R1—R2开关状态转换来实现。
正常水位时J1—J2常开，R1—R2常闭。
当锅炉水位失控，下降至-60mm低水位报警水位时，开关R1—R2动断，切断高水位指示灯HL2电源。
开关J1—J2动合，接通电铃HA电源，电铃发出报警信号，同时低水位指示灯HL2电源也被接通而点亮，指示出低水位报警状态。
由于低水位控制开关有两组，并且不在同一个调整箱中，所以低水位动作时间不一定相同，但在线路联接中，常开触点J1—J2是并联的，常闭触点R1—R2是串联的，所以只要有一组开关动作，即可实现低水位报警功能，因而可以较大的提高可靠性。
（4）消音：
这部分电路主要由消音继电器KA1和消音按钮SB0组成。
当有高、低水位报警信号时，水位开关J1—J2或J3—J4闭合。
当按动消音按钮SD0时，中间继电器KA1获电，KA1—1常开触点闭合，自锁启动回路，KA1—2常闭触点断开，切断电铃报警电源，电铃停止报警，但高（低）水位报警指示灯仍然点亮。
当报警信号消失时，J1—J2或J3—J4断开，切断消音继电器KA1线圈电源，KA1断电释放，消音功能解除，KA1—2常闭触点恢复闭合，为下次电铃报警作好准备。
（5）低水位联锁保护：
由UQK—32型水位控制器的磁钢组件2所带动的低水位联锁保护开关J5—J6的开关状态转换来完成。
当锅炉水位下降至低水位联锁保护水位-80mm时，开关J5—J6动合，中间继电器KA2得电吸合，同时低水位联锁保护指示灯HL2也被点亮。
中间继电器KA2的常闭触点KA2—1断开，可以切断燃烧控制回路电源，使锅炉燃烧系统停止工作，实现低水位联锁保护功能。
四、浮球水位控制器的故障与维修
浮球水位控制器结构简单，维修方便。
如发生故障，打开调整箱盖后，除浮球组件外，所有的结构都可以看见，只要仔细观察，故障原因就可以发现。
'
1．当锅炉水位变化时应有水位自动控制信号，当上升至高水位或下降至低水位或低水位联锁保护水位时，应能发出声光报警信号，若没有时，可做下列检查：
（1）检查调整箱电气接线是否脱落或断开。
（2）用绝缘捧拨动各磁钢组件，检查转动是否灵活可靠，开关接点是否动合，动断。
（3）水位控制及报警位置是否调整好。
（4）如以上都没有问题，则必须检查浮球是否卡死以及引线和操作台是否有故障。
2.当锅炉水位显示正常，控制器发出低水位报警或低水位联锁保护信号时，可做下列检查：
（1）观察水银开关是否处于报警位置，用绝缘棒拨动低水位磁钢组件和危险低水位磁钢组件，检查动作是否灵活，并对照开关工作状态表，检查开关接点是否符合正常水位时的工作状态。
如正常水位时，低水位磁钢组件J1—J2或低水位联锁保护磁钢组件中J5—J6闭合，发出报警信号，用绝缘棒拨动磁钢组件使其翻转，磁钢组件依然返回原位置，可判断为浮球损坏沉人水中所致。
（2）分析浮球组件是否下沉或卡死。
若浮球漏水，组件开口销折断，调节杆弯曲浮球组件不能浮动，以及冲洗水位表时，浮球组件受到冲击，卡死不能浮动等，都可能使浮球组件发出错误信号。
这时可用螺丝刀靠近盖组件的导向管来判断浮球组件磁钢的位置确定。
（3）如果是浮球被卡死，可用振动方法使浮球组件松动上浮；若是浮球损坏下沉，则必须待锅炉蒸汽压力下降至零后，打开浮球水位控制器的盖组件，更换破坏的零件，才能修复。
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