水位自动

2024-09-10

水位自动（精选九篇）

水位自动篇1

一、工作原理

该报警功能的水位自动控制器的原理如图1所示。

电路由水位控制、缺水溢水报警及电源三部分组成。其中, NE555、继电器J、电磁阀等组成进水控制电路, 六非门电路CD4069、喇叭LB等组成间歇振荡报警器。

1. 水位控制工作原理

接通电源后, 若 (1) 水箱中无水, 则IC1 NE555时基电路的2、6脚均为高电位, 3脚输出低电平, 继电器J得电, 触头J吸合, 电磁阀接通进水, 水箱内水位上升, 当水位上升触及高水位电极H时, IC1的2脚呈低电位, 其3脚跳变为高电平, 继电器J断电, 其触头J断开, 电磁阀关闭停止供水。当用户开始用水时, (2) 水箱内水位不断下降, 一旦水位低到离开低水位电极L时, IC1的2脚、6脚又同为高电位, 其3脚跳变为低电平, 继电器J闭合, 电磁阀开始新一轮供水工作, 周而复始。

2. 水位报警工作原理

水位下降至水平面离开电极L, 则非门IC2A的输入端变为高电位输出端跳变为低电位, 则非门电路IC2B输出高电位, 后级报警电路工作, 扬声器发出嘟…嘟…的间歇报警声, 提醒用户引起注意。实际上, 每次用水到水平面离开低水位电极L, 开始抽水时, 缺水报警电路都会“嘟…嘟, 嘟..嘟”响几下, 随着进水很快淹没了电极L, 报警声也马上就停止了。如果进水出现故障没有正常进水, 报警声音就会一直持续下去。在进水过程中, 若水位超过了高水位而触及到溢水电极Y, 则非门IC2B也输出高电平, 后级报警电路同样会发出报警讯响。在缺水报警时, 由于IC2A输出低电平, IC2B输出高电平, 因而缺水指示灯LED1被点亮, 在溢水报警时, IC2A和IC2B都输出高电平, 溢水指示灯LED2被点亮, 正常情况下, IC2A输出低电平, LED1、LED2都不会被点亮。另外, 在电源被接通后, 正常状态下IC2D输出为低电平, LED3导通发光作电源指示用, 在报警状态, IC2C、IC2D组成约0.5S的多谐振荡器工作, 使LED3随之闪烁发光, 增加报警气氛。

二、元件选择与制作

1. 元件选择

电路中, 时基电路除可选用NE555外, 也可用u A555、LM555等, 非门电路选用CMOS系的六反相器CD4069, 一方面容易起振工作, 另一方面利用其输入端的高阻抗可方便构成一个可靠的水位检测端口, 为防止水位电极的接线过长引发的静电或感应电流损坏芯片, 可在其门输入端串入一个较大的电阻。继电器和电磁阀是本电路的两个关健元件, 除一定要选用正品外, 继电器的选取既要考虑它的工作电压, 还要考虑它的触点容量。这里电路的工作电压为6V, 继电器的触点容量与连接的负载大小有关, 连接的负载较大, 继电器的触点容量就应该选用大一些的。我们选用的是JZC-22FA型继电器, 其触头在220V时, 可通过的电流为3安, 12V时, 可通过10A的电流。电磁阀选用12V洗衣机进水电磁阀, 使用比较安全。水位电极最好用不锈钢管制作, 既卫生也不易被极化。电源变压器采用5VA, 12V输出即可。

2. 电路制作

本电路使用的元件不多, 我们利用废旧的易拉罐作外壳, 就按照易拉罐的圆形尺寸设计绘制了电路的PCB图, 见图2。

电路焊装时注意, 电阻元件采用1/16W的小电阻贴片安装, 原则上, 先焊装电阻、二极管等个小的元件, 然后安装集成电路插座, 插排等元件, 最后安装继电器等个大的元件, 所有LED因为要安装到易拉罐外壳上, 为方便连接, 可先用排针或排座焊接在LED孔位上, 另外, 喇叭、电源、继电器、水位电极连接线等, 都通过插排或插座进行连接。焊接完成的控制电路板如题首图。

电源电路的焊装比较简单, 由于元件不多, 可以把整流二极管、滤波电容、LM7806稳压电路直接焊接在一块, 再用胶枪封装固定即可。

三、电路调试与安装

1. 电路调试试验

电路焊装完成后, 要进行调试试验, 先临时用鳄鱼夹代替电极做一下水位控制实验, 连接好电路和各外围器件, 各电极不与水接触, 此时电路处于缺水状态, 接通电源, 喇叭应该发出“嘟···嘟···”报警声, 缺水指示LED1点亮, 电源指示LED3闪烁报警, 继电器J应吸合。这时, 把接地电极G和低水位电极L放入盛水容器中, 报警声马上停止, LED1熄灭, LED3点亮但停止闪光。接下来把高水位电极H放入水中, 继电器断开 (可听到继电器内部轻轻的响一下) 。再把溢水电极Y放入水中, 喇叭又开始报警, LED2点亮, LED3又开始闪光, 直到把电极Y移除水面。试验时, 如果用一只1K电阻串接一只LED替代电磁阀进行这个试验, 可更方便了解继电器的工作情况。

2. 电路安装

电路调试成功后, 把LED, 喇叭等器件安装固定到易拉罐外壳上喇叭安装固定在易拉罐的底部较好, 注意在底部要事先钻一些孔, 让喇叭能释放出响亮的报警声音来。然后, 小心翼翼的把变压器、电路板装入易拉罐中。安装变压器交流电源线时, 除了要进行可靠的绝缘处理外, 电源线在易拉罐的出线口, 要套上一段黄腊套管, 防止电源线被易拉罐铁皮割伤。

接下来还要为易拉罐控制器制作一个带水位电极等连接线输出口的端盖, 我们是用有机玻璃做的, 中间是水位电极的输出口, 采用5芯航空插座制作, 继电器的输出使用了一个可用螺帽固定的Φ3.5耳机插座, 通过插头, 与进水电磁阀进行连接。图3是用本电路制作的自动供水水塔模型, 继电器控制小水泵完成抽水工作。

一种简单水位自动控制系统设计论文篇2

关键词：水位自动控制系统

0引言

近年来对城市供水提出了更高的要求，水塔水位控制自动化系统被不断地改造，以适应社会的发展和人民生活水平的提高，满足及时、准确、安全和保证充足供水。目前水位自动控制系统有很多成熟的产品，控制手段主要有单片机监控、比较电路监控、利用PLC和传感器构成水塔水位恒定的控制系统等，运行可靠，可实现远程监控和无人值守。在许多偏远地区，特别是居住相对分散的农村地区，供水问题也待解决。如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障。本文针对乡镇和偏远农村家庭供水的特点，设计一款简单实用、符合要求的水位自动控制系统。

1水箱水位自动控制系统的组成

针对偏远农村分散居住，取水不方便（包括从水井取水）的特点，考虑到农民生活消费水平不高，设计的供水系统必须是既方便农民的生活，又经济实惠等特点的水箱水位自动控制系统。水箱水位自动控制系统的组成。

刍议汽化冷却装置汽包水位自动控制篇3

关键词：汽包；水位；自动控制

1 汽化冷却系统的简介

汽化冷却系统由五大构件组成，即软水箱、除氧器、循环水泵、汽包和循环水管道，主要工作原理是企业用水通过炉底水梁、上升管、下降管后再不间断的回流到汽包。水在下降管中流动，而上升管中流动的则是蒸汽和水的复合物，因为水的比重要大于汽化后的水和蒸汽的混合物质，与此同时支撑整个加热炉的水梁高度要比汽包的高度要低一些，因此可以形成一种压力，压力要比阻力大，所以水流量的形成，将有一个周期模式。水经过下降管和循环泵流向炉底的装置，在底部吸收大量热量重新经过汽化，然后进入上升管路最后到达汽包当中，这便是另一种周期模式。汽包内水和汽水混合物经过进一步的分离后，蒸汽被输送到管道中，经过冷凝后的水则进入到给水泵中形成混合补水，然后进行再次循环。

2 汽包水位控制的具体分析

要想保障给水泵给水能够使汽包汽化冷却达到最大负荷，控制汽包水位十分关键，所以需要对汽包中的水位加强控制，使之在一种合理的范围之内，用来满足生产活动的需要。如果汽包水位偏高，会影响汽包内汽水分离装置的正常运转，产生大量的蒸汽和水的混合物质，蒸汽和水的混合物质将导致蒸汽的出口中含有过量的水分；如果汽包内的水位偏低，则会影响汽包内部水的循环，无法对汽包内部进行有效的冷却，导致汽包内部水冷壁温度太高，容易爆管，危害设备安全，所以汽包内部水位偏高或者偏低都会对汽包的正常运行产生极大的影响，水位的高低能否进行有效的控制，将会直接影响到加热炉能否正常的进行工作。

3 控制汽包水位的策略

加热炉的重要设备之一便是汽包，汽包能否稳定的运行，将会对生产的安全性、连续性乃至产品的质量产生影响。

为了给水量与汽包内水分的蒸发量达到一种相对平衡的状态，对汽包内的水位进行合理有效的控制便显得及其的重要，并需要让汽包内部的水位维持在工艺要求的范畴之内。因为稳定汽包水位十分重要，综合考虑影响到汽包水位的各种因素，所以要求水位调节系统应满足准确性好，可靠性高，维护性好等要求。

汽包的水位控制就是保持其内部水位保持不变，对给水泵进行精确的控制是汽包水位控制的核心步骤。如果汽包内部水位保持在最佳位置，加热炉的蒸发效率便会提高，从而能够稳定生产的运行。目前国内控制汽包水位可供选择的方式有三种，它们是单、双、三冲量模式控制。

今天，高强度棒材车间采用三冲量模式控制，三冲量水位控制系统可及时应对给水的干扰，并在蒸汽流量、给水流量的共同影响作用下，控制效果比较令人满意。

4 汽包水位控制的方法和控制过程

三冲量水位控制的实质是将汽包内的水位、水流量和蒸汽流量作为参数，以水位作为主要变量参数，水流量和蒸汽流量作为控制方式的辅助参数，气体流量作为前端信号，水流量作为后端反馈信号，除此之外还有水位和流量控制器，由这些部件构成的一种串联方式的系统控制，组成了一种前端反馈-串级控制的一种控制方式，用主回路实现自动调节水位，用副回路使水流量满足生产负荷的要求，用PLC控制器实现系统故障时的报警动作。

稳定时，给定一个水位的测量量，将水位数、蒸汽和水的流量经过加法运算得出的数据输出一个电流数值。如果蒸汽负荷增大或是输出的电流值变大，经运算后的电流值变小，则会增大给水泵的阀门开度，将会触发给水泵过度供水，出现假水位的情况，同时会增大水位调节装置的输出电流值。由于水和蒸汽信号量的方向相反，所以蒸汽调节装置输出的电流可以与水位调节装置的输出电流值互相抵消掉，从而可以局部或者全部消除此假水位现象的发生。

待以上现象结束后，汽包内部将恢复正常，水位将会随着汽化现象变低，水位调节的输出电流变小，经过加法器运算后的输出电流也会减小，这时需要给水泵投入工作，以补充汽包内水被汽化造成的汽包内水量的减少。待补充水量后，汽包内水位重新达到稳定状态，给水量和汽化量又将会重新达到平衡。若蒸汽的负荷量不变，由于给水量的变化将导致运算器的输出电流发生变化，供水泵将会自动调节供水阀门开度直到供水量恢复到需要的数值。蒸汽流量和给水量共同作用于供水泵阀门开度，可以减少汽包水位的波动并使阀门正确的运动，从而消除假水位，缩短汽包内部水位的调节时间。PLC控制器报警系统可以严密监视，一旦触发报警事件，便会上传信息到管理平台进行记录并触发相应的操作行为，当系统发生故障时，汽包内水位超过最高水位和最低水位的设定数值，并发出报警信号。

5 结论

在汽包的操作过程中，最重要的便是维持汽包水位的平衡。汽包的水位不仅仅受给水量的影响，还受到蒸汽的影响，所以便采用三冲量进行调节。三冲量调节本质上是一种串级的调节，汽包水位便是这个调节系统的总参数，在控制回路中，把水位调节器的输出信号当做串级控制装置的给定值，经加法器运算后的蒸汽流量与给水流量的差值作为串级调节器的测量值。只要测量值和给定值之间存在差异，串级调节器就会输出信号来控制进水流量的相应变化。三冲量控制实际上是前馈加反馈控制（把蒸汽流量作为前馈信号），可以提高调节质量，缩短过渡时间，改善控制系统的开静态特性，保证汽包的水位控制，防止意外事故的发生。

参考文献：

[1]冯俊凯，沈幼庭.锅炉原理及计算[M].第二版.科学出版社，1998.

[2]周佳，曹小玲，刘永文.锅炉汽包水位控制策略的现状分析[J].锅炉技术，2005， 36（3）：5-11.

[3]艾云峰.轧钢加热炉自动控制系统[J].应用探讨现代制造技术与装备，2010，3：45-46.

[4]许宏阳.汽包液位控制电子[J].仪器仪表用户，1995，2.

[5]何平.锅炉汽包液位的自动控制[J].安庆师范学院学报（自然科学版），2000，6（3）：71-73.

水位自动篇4

电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种装置[1],电容传感器具有温度稳定性好、结构简单、动态响应好、可实现非接触测量,具有平均效应等优点。电容式传感器除了上述的优点外,还因其带电极板间的静电引力很小,所需输入力和输入能量极小,因而可测极低的压力、力和很小的加速度、位移等,可以做得很灵敏,分辨力高,能敏感0.01µm甚至更小的位移;由于其空气等介质损耗小,采用差动结构并接成电桥式时产生的零残极小,因此允许电路进行高倍率放大,使仪器具有很高的灵敏度。

水位测量用电容式传感器不足之处是其输出的电容信号很小,通常为十几pF至几十pF,所以其后续测量电路的设计相当关键。测量电路结构设计的好坏直接关系到系统性能的优劣,所以它是水位检测技术中最重要的部分。本文提出的基于开关电容技术的水位自动测量系统能有效地克服温漂、零漂、寄生电容、电源电压及各种杂波的干扰。经实验证明该电路具有良好的测量精度和可靠性。

1 传统电容传感器测量电路

电容传感器是将被测的非电量变换为电容量的变化,传统电容传感器测量电路[2]则是将变化的电容量转换成电压、电流或频率等信号。其测量电路主要有以下几种形式:1)变压器电桥电路,2)运算放大电路,3)二极管双T形电路,4)差动脉宽调制电路,5)调频电路等电路形式。

各种传统测量电路在实际应用上普遍存在着受等效电路、边缘效应、静电引力、寄生电容、零漂、温漂、电源电压及各种杂波干扰的影响。通过利用本文所介绍的基于开关电容技术的水位自动测控电路基本上克服了以上各种不利因素的影响,保证了测量结果的可靠性和准确性。

2 开关电容技术

开关电容技术本质上是把模拟量转化成数字量,在测量电路的前向通道中,利用开关电容技术通过电容式传感器将随被测水位H不断变化所形成的电容量C经由555所构成的单稳态触发器转换成相应系列脉冲宽度tW,由555构成的单稳态触发器及工作波形如图1所示[3]:

555定时器的内部结构主要由3个阻值为5KΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器、一个基本RS触发器、一个放电BJT T所组成。

电源接通瞬间,电路有一个稳定的过程,即电源通过电阻R向电容C充电,当VC上升到2/3VCC时,触发器复位,V0为低电平,放电BJT T导通,电容C放电,电路进入稳定状态。若触发输入端施加触发信号(VI<1/3VCC),触发器发生翻转,电路进入暂稳态,V0输出高电平,且BJT T截止。电容又开始继续充电,此后电容C充电至VC=2/3VCC时,电路又发生翻转,V0为低电平,T导通,电容C放电,电路恢复至稳定状态。

如果忽略T的饱和压降,则VC从零电平上升到2/3VCC的时间,即为输出电压V0的脉宽tW。输出脉冲宽度tW,也就是暂稳态的维持时间,可以根据VC的波形进行计算。为了方便起见,对于图1中的VC的波形,将触发脉冲作用的起始时刻t1作为时间起点,于是有:

根据RC电路零状态响应暂态过程的分析,可得电容元件两端的电压为:

当t=tW时,VC(t)=VC(tW)=2/3 VCC,代入上式可求得:VC(tW)=2/3 VCC=VCC(1-e-tW/τ)

由公式(3)可见:脉宽tW随电容量C的变化而发生变化,此时所得到脉冲宽度tW是与适时水位高度变化相对应的。

3 水位测量系统

3.1 工作原理

图2所示为水位自动测量系统电路设计原理框图,设计方法为在与开关电容传感器接口电路中,将水位参量h直接转换成具有与其相应宽度的脉冲系列并通过串码/并码变换电路后进入单片机的前向通道,将水位信息通过单片机的数据采集、数据处理和数字滤波后在LED三位数显中显示出来。

时基电路主要由晶体振荡器、分频器组成。时基信号发生电路由石英晶振电路[4]产生。石英晶振电路由于采用了具有很高Q值的石英晶体元件,所以具有极高的频率稳定度。这里选用频率为32.768MHz的晶振,分频器采用具有14级分频功能的COMS集成电路CD4060。

由时基电路产生的时基和脉宽为tW的脉冲信号分别输入到同一个两输入端与非门,其输出端即得到与水位高度H相对应的串行数字信息,这一数字信息经过由三个74LS393(异步清零二进制计数器)所组成的计数器,通过串码/并码变换电路,将水位串码数据转换为12位并码后直接输入到89C52单片机对应并口线,单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数后,计数值再由单片机读取。此时所传送的这些数据已变成液位高度的实时数据,其电路部分如图3所示。因此对于计算机来讲,这些数据是不断变化的随机数据,为了使计算机能对数据进行采集和处理,我们将tW脉冲信号延时后,利用其下降沿来触发中断。89C52单片机接到中断信号后即可采集到水位数据,并通过串口进行数据输出,驱动LED进行数字显示并定时刷新[5]。

3.2 设计要点

测量系统在设计过程中要特别注意电缆电容的影响,在传感器通道中除开关电容传感器在被测液体由水位高度H所形成的相应电容量C外,还有信号电缆所附加的电缆电容C0,当使用电缆长度L确定后,C0即为一常数。在自动水位测量电路结构中传感器电容量C与电缆电容C0的迭加是不可避免的,事实上在传输电缆中传输的脉冲宽度是(H+0)的函数,即:这一输出脉宽需经过一个消除电缆电容附加脉宽的电路(可用异或门实现),就形成与水位高度H完全对应的脉宽,此时产生的脉宽H与水位高度相对应,随水位高度H的变化而发生变化。

3.3 实验结果

自动水位测量系统一直在实验室1米深的量筒中进行连续测试,根据实际水位数据和LED显示数据的对比记录,可得到如图4所示的测量曲线。

通过实验测试曲线可以发现,在0~1米之间的测量数据发生了+0.03~+0.06米之间的向上偏移,这种现象是由于传感器的非线性特性、边缘效应及杂散电容的影响所造成的上偏误差,同时我们也发现在下行程水位测量过程中的误差较上行程误差稍大,这可能是由于液体使传感器湿润而增大了电极的有效长度,从而增加了其电容量后所造成的影响。总体来说,测量结果与实际水位基本相符,系统精度完全可以达到设计要求的1.5级的水平。

4 结束语

基于开关电容技术利用电容传感器所设计出的水位自动测量系统,能有效地克服温漂、零漂、寄生电容、电源电压及各种杂波的干扰,保证了系统运行的安全性、稳定性和可靠性,实现了输出的数字信号可与计算机直接接口的优点。这种利用电容的开关特性,以电容C为输出参变量的电容式传感器特别对于直接测量有诸多不安全因素的液位:油库、油箱、酸罐、碱罐等的检测更具实用价值。因而对于工农业生产、水工程、石油化工业、医药食品等领域具有广泛的推广性和可研性。

参考文献

[1]王化祥,张淑英.传感器原理及应用[M].天津:天津大学出版社,1988.

[2]张福学.传感器应用及其电路精选[M].北京:电子工业出版社,1993.

[3]康华光,邹寿彬.电子技术基础(Ⅳ)[M].北京:高等教育出版社,2000.

[4]童诗白,华成英.模拟电子技术基础(Ⅲ)[M].北京:高等教育出版社,2000.

炼钢转炉汽包水位全自动控制系统篇5

在转炉冶炼钢水的过程中,汽化冷却设施是重要的动力设备。转炉冶炼时产生的高温烟气,经过设置在烟道上的汽化冷却装置及汽包换热而产生蒸汽,蒸汽可供生产或生活利用。汽化冷却是实现转炉生产节能、环保的重要工艺。转炉安全、稳定生产蒸汽的多少,也是衡量转炉生产及其控制系统是否良好使用的指标之一。

1 汽包水位控制的意义及方法

汽包是汽化冷却工艺的核心设备,汽包水位的控制,不仅直接影响到设备和人员的安全及蒸汽的质量,还影响到转炉能否正常生产。转炉冶炼是断续生产,产生的蒸汽也是断续的,转炉汽包水位的测控,与电力行业锅炉汽包连续生产相比,也更加困难,较难实现。

在转炉吹氧冶炼过程中,热负荷变化极大,汽包水位也急剧变化。转炉冶炼初期,随着钢水、熔池温度的升高,汽包水位也上升,当汽包压力上升到设定值(如2.5MPa),输出蒸汽,需给汽包补水。冶炼中期产汽阶段,钢水、熔池的温度继续升高,蒸汽量会急剧增大,汽包水位也急剧上升、变化,这时需要汽包给水量紧跟汽包产气量的变化,保持汽包水位的稳定。否则,汽包水位过低,会使设备受损停产,严重时会发生汽包爆炸,如汽包补水过多,汽包水位过高,会使蒸汽带水影响蒸汽质量。所以控制汽包水位稳定,对转炉安全生产意义重大。

汽包水位控制的任务就是使给水量与汽包蒸发蒸汽量保持平衡,并维持汽包水位在规定的范围内。控制方法有采用变频给水泵控制汽包给水母管的压力,采用给水调节阀控制汽包水位,通过控制系统软件编程综合实现汽包水位在转炉冶炼不同阶段的全自动控制方式。

2 汽包水位控制的主要设施

参与汽包水位测控的设备包括:汽包水位计2台、压力变送器1台;给水泵2台、给水泵控制变频器2台;汽包给水调节阀2台(双管路互为备用)、流量计1台、压力变送器1台;汽包蒸汽输出调节阀1台、流量计1台、压力变送器1台;PLC控制系统及软件(与整个余热锅炉控制系统合用)。

汽化冷却PLC控制系统主站采用SIEMENS S7-400,远程站为S7-300。PLC与HMI(操作站)通信采用100M/1000M以太网,PLC主站与从站、PLC与变频器通信采用Profibus总线。PLC编程软件Step7 V5.4,HMI监控软件WinCC V6.2,变频器选用SIEMENS 70型,132kW。

3 汽包水位检测仪

汽包水位检测是一个典型的较难实现的工艺参数,原因有:转炉间歇生产汽包内温度、压力、水位实际情况复杂多变;压力容器水位测量困难;检测仪器局限性等。

在高压工况下运行的容器内介质的物理特性(如温度、压力、密度、饱和状态、介电常数、分界面的清晰程度等)发生了巨大的变化,不能应用常规手段进行有效测量。在不稳定工况下(如转炉间歇生产等),汽包水位处在非正常位置,汽包水位计不能正常工作,水位计存在密度误差,测量不准确。

锅炉汽包水位测量大多采用平衡容器+差压变送器的方法(差压法),由于存在汽包压力变化的影响、“虚假水位”等问题,水位测量不准。

在设备正常运行期间,平衡容器的冷凝筒内不断地有高压蒸汽凝结汇聚,使参比水柱高度恒定。冷凝水为饱和水,其温度与饱和蒸汽相同。一旦汽包压力有所减小,就会成为过饱和水,立即产生大量汽化的现象,此现象只在瞬间完成。一旦压力恢复,汽、水又呈饱和状态,液面回落,此时冷凝筒内的水产生缺失,参比水柱不能达到满管状态,正压侧压力减小。但是差压变送器只接受差压信号,就得到错误的测量结果,即所谓的“假水位测量”。

目前国家电力行业规定2 0万k W以上机组不得使用双室平衡容器测量锅炉汽包水位。

现阶段,汽包水位计测量采用的双色水位计、电接点水位计均是采用连通器的取样结构。但这2种水位计既不能输出连续信号参与调解,又无法完美保温,所以只能用于人工监测及冷态校准。

一种采用连通器取样结构、能够实现全工况连续测量、可以完美保温的锅炉汽包水位计,才能实时地准确测量汽包水位,这就是本工程设计采用的智能电容式锅炉汽包水位计。

智能电容式锅炉汽包水位计由测量筒、电容探极、电容变送器3部分组成,如图1所示。

测量筒(不锈钢)采取连通器取样结构,可以进行保温,测量筒内的取样水与汽包内的水有温压一致性。在测量桶内中心轴线上布置一根不锈钢棒,与测量筒构成电容器的正负两极。电容两级绝缘,耐高温高压。变送器将测量水位高度产生的电容值转换成标准电流信号输出。水位计对汽、水两相介质介电常数变化(温度和压力变化引起)进行实时补偿。

该电容原理测量水位不受压力、温度变化的影响,只受介质介电常数变化(以补偿)的影响。无论何种工况,测量出的水位值都是准确的水位高度,实现了真正的全工况连续精确测量。同时由于对空值、满值的实时修正,也免去了现场标定的麻烦,即装即用。

4 给水泵变频控制

采用变频器控制汽包给水泵的启停与速度,可以准确控制汽包给水母管的压力,既节省能源,又为给水调节阀控制汽包水位奠定了良好的基础。2台给水泵一用一备,当给水泵或出口阀发生故障时,备用泵自动投入。

PLC与变频器采用Profibus总线通信,PLC输出启停信号给变频器以控制给水泵启停,输出给水压力运算信号给变频器,变频器再输出频率信号(0～50Hz)控制给水泵转速。变频器将给水泵运行状态信息(如水泵状态、转速)返给PLC,并在操作站显示。PLC可自动控制给水泵的运行,也可在操作站人机对话手动、半自动控制给水泵的运行。

转炉开始吹氧冶炼时,P L C联锁控制给水泵启动,并按PID算法输出信号给变频器控制给水泵转速,把给水母管的压力值控制在设定值(如3.0MPa,这个压力值与给水泵所在标高及汽包所在的标高有关)。

给水调节阀开度的波动会影响给水母管的压力,所以给水泵PID调节设定死区需有适当范围,避免给水泵不停地调节变动。

5 汽包水位控制

汽包水位控制的方法就是在给水母管压力稳定的情况下(由上述P L C、变频器控制给水泵实施),控制给水调节阀开度而控制汽包给水量,与汽包产蒸汽量保持相等,维持汽包水位在规定的范围内。而汽包水位的控制较为复杂,冶炼不同阶段的控制方式(如单冲量、三冲量)不同,需要通过软件程序综合实现。

目前,国内炼钢转炉余热锅炉的汽包水位控制,多数都采用三冲量控制方式。从使用情况看,能实现自动控制的较少。包钢150t转炉工程汽包水位控制采用单冲量与三冲量分段控制的方式来对汽包水位进行全自动控制,可以保证转炉冶炼过程中水位的稳定。当转炉停止吹炼及吹炼初期阶段,采用单冲量的控制方式进行对汽包水位的调节,在转炉开始吹炼一定时间后,采用三冲量(汽包液位、汽包给水量、汽包产蒸汽量)的控制方式进行对汽包水位的调节,如图2所示。

根据转炉冶炼一个周期(35～45min),可以将汽化冷却运行分为6个阶段:未吹炼阶段、吹炼开始阶段、补水阶段、产汽阶段、停吹初期阶段、停止吹炼阶段。

在未吹炼阶段,要采用单冲量控制的方式给汽包补水。单冲量调节是只用汽包水位一个量(测量值),作为PLC中PID调节器的输入值,通过PID与水位设定值SP比较运算后得到P L C的输出值,输出至给水调节阀以控制阀门的开度给汽包补水,补水完成后汽包水位、汽包压力是稳定的,也没有蒸汽的产生,汽包给水流量、汽包蒸汽量均为零。汽包水位单冲量控制框图如图3所示。

转炉吹氧开始阶段,热负荷增加,使汽包内水中的气泡容量增大,这样汽包水位迅速上升,出现虚假水位。此时为克服虚假水位过高,要使P I D调节的水位设定值SP稳定,一般SP为+5～10mm。此时控制系统处于单冲量调节状态。

补水阶段,这时汽包中的虚假水位已经下降,蒸汽量增加,耗水量也随之增加,要给汽包补水,同时自动将PID水位设定值SP增大,此时SP为+200～250mm。如果此时S P值不变的话,那么汽包的给水调节阀打开就相对滞后,所以这时一定要将汽包水位的设定值提高。我们通过P L C采集信号,当吹炼开始后由P L C进行计时,在一定时间后由P L C自动提高P I D调节的水位设定值S P,同时控制系统也要投入三冲量自动调节程序。汽包水位三冲量控制框图如图4所示。

三冲量调节的3个量中,控制系统程序编制为汽包出口蒸汽流量为负信号,汽包水位和汽包给水流量均为正信号,PID为负作用调节。这3个信号在PLC中进行叠加运算形成一个综合信号后与汽包水位设定值S P值相比较,然后将输出信号送到给水调节阀。当给水流量减少或是汽包液位减少时,相当于P L C的综合信号减小,就会使信号小于水位设定值S P,使调节阀的开度增大,给汽包补水。当汽包出口蒸汽流量增大时,由于它是负信号,所以P L C的综合信号也会减小,同样也会使调节阀的开度增大。反之关小调节阀的开度。但在补水阶段一般产汽量较少,所以汽包出口蒸汽流量一般很小,P L C的综合信号会较大,调节阀不会打开。

产汽阶段,这时蒸汽量会急剧增大,调节阀会自动打开进行给汽包补水,构成汽包水位、给水流量、蒸汽流量三冲量串级调节。此时P I D水位设定值S P为+200～250mm。

停吹初期阶段,转炉停止吹炼后,锅炉热负荷及蒸汽量急剧下降,调节阀会接到P L C输出的减小的综合信号,会自动关小、关闭,直到停止给汽包补水。此时PID水位设定值SP仍为+200～250mm。

停止吹炼阶段,这时由于汽包向外供蒸汽,汽包内压力减小,汽包内的水将会在压力减小的同时汽化,使液位降低。P L C也会接到停止吹炼信号,自动转成单冲量调节,程序自动降低PID水位设定值SP,此时SP值恢复到+5～10mm,使调节阀做出相应的动作,给汽包补水。一个冶炼周期结束。全自动汽包水位调节过程趋势图如图5所示。

6 结语

包钢炼钢厂150t转炉汽化锅炉水位检测控制采用上述新型汽包水位计、变频控制恒压供水、全自动控制系统及完善的软件编制等新技术,经过一年实际生产,转炉汽化冷却系统实际应用良好。液位计可以精确测量水位信号,系统可以消除虚假水位对给水调节的影响,汽包水位可以控制到理想的效果,避免了锅炉汽包因亏水所造成的事故,提高了蒸汽质量,节省了水资源。

摘要：介绍包钢150t转炉余热锅炉汽包水位全自动检测控制系统的应用:采用全工况电容式智能汽包水位计测量汽包水位,采用变频给水泵控制汽包给水母管的压力,采用给水调节阀控制汽包水位,通过软件编程实现汽包水位在转炉冶炼不同阶段的全自动控制方式,最终实现汽包水位的准确控制。

关键词：汽包水位,水位检测仪,变频恒压给水,控制系统

参考文献

[1]李乐亭,王洪才.钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册[M].北京:冶金工业出版社出版,2000

水位自动篇6

在水文测报系统的建设中, 数据传输以及水位传感是工程中不可或缺的环节, 在改进水文测验设施以及水情、雨情数据采集设备时, 水位传感器被大量的应用相爱系统中, 目前水文站建有测井的站点对于水位进行观测的仪器大多都使用了浮子水位计。但对于没有建测井或则无法建立测井的观测站, 在现场中无法应用浮子水位计。目前我国引进了德国的气泡水位计 (免干燥剂) 作为新型的水位传感器, 用作高精准测量水位, 并在技术设备引用后对其进行了相关的应用开发, 使之更加适应我国的国情。

2 设备特点

气泡水位计是由德国SEBA公司出产的高精度传感器, 用于水位测试, 是一种无需氮气瓶, 且无需干燥剂的水位计, 该种水位计一般被应用在没有建设侧井或者无法建设测井的水文站, 例如对水库、水力发电的调压井、大坝测压管以及上游下游水位的监测都可以使用该种水位计。该种气泡水位计结构简单体积相对较小, 安装操作都较为灵便, 并且易于维护, 设备在运行过程中稳定安全, 可靠性高, 并且能够精确的测出水位信息, 是目前无井水位站进行水位测量的最佳选择, 因此该种水位监测仪从引进便开始广泛适用。同传统的气泡水位计相比, 第三代不在需要使用干燥剂, 该设计使得用户的使用更加方便, 实现了真正的免维护, 在安装调试完后能够长期处在无人值守的状态下稳定运行。

3 工作原理以及技术参数

第三代气泡水位计主要组成部分包括压力传感器、空气过滤头、单向阀、微处理器、连接气管以及储气罐和气泵组成。另外还包括显示器和存储模块。在该设备内部设置有一个定时器, 用以对设备的运行予以定时, 当达到设定的时间后, 微处理器便会下达命令启动设备进行一次测量, 其过程如下:首先水位计会将经过过滤后的空气通过气泵经过单向阀输送到储气罐中, 进行压缩存储, 后储气罐会将其中的气体分成两部分分别传输至水下的通气管以及控制单元的压力传感器, 若气泵停止工作, 则单向阀会闭合, 水下通气管口会被通入的气体封堵。则压力穿感情同水下通气管口便形成了一个连续的密闭空腔。由压力传递原理可知, 水下通气管口处承受的压力会经过通气管的空腔传递至传感器, 当管道中的气体处于平衡状态时, 传感器便可以测得水管口所受压力值, 换句话讲传感器承受并测得的压力同通气管口的压力值相等, 用该数值就将大气压减去, 便可以得出水头静压值, 从而得出水位值。通常系统设定的测量时间为5, 即每五分钟系统自动对水为之进行测量, 并自动对结果予以存储。

将测量实践设定为五分钟一次同我国的相关规定中有关水文参数的固态存储相一致。根据上述原理进行测量, 气泡水位计在消浪上的作用较为明显。

4 RTU接口

第三代气泡水位计根据设定进行自动式工作, 并且同遥测设备之间可以通过多种接口相互连接, 若是想通过相关模拟量进行连接, 则可以使用模拟信号输出接口, 采用该种方式用户需要进行刀口变换, 因此精度上有可能发生变化, 在这里不推荐该种方式。数字式接口有两种, 主要有RS485和RS232两种接口形式。

4.1 RS232。

同遥测设备相连接的RS232接口相关应用需要应用信号线DTR/TXD/RXD/GND。若RTU需要进行数据采集, 则需要事先将DTR进行设置, 将其设置为高电平, 以此保证数据输出, 并且根据以下数据格式, 串口的字符形式主要以ASNC字符进行数据输出, 通信为24Obaud, 数据位为8位, 停止位为1位, 不包含校验。数据的有效性包含了四个有效标识, 这在实验中十分重要, 本次测量的数据有效用valid标识, 则遥测设备可以采纳;本次测量仍旧在进行中则使用runing标识, 则设备需要继续等待;在测量过程中若得不到有效数据并测量时间超时则用timcout, 此时数据不能采纳。相关输出压力数据同气管出气口的水位高度是呈正比例关系的, 一般系数K为0.695。若水位下降低于气管的出口时则测得压力示数为零, 而水位上涨, 压力便会随之增加, 出气口以上的水位高度乘以压力系数K则为实际的水位高度, 得到相关水位数据值, 单位为MM。遥感设备在处理和接收水位计数据过程中, 需要按照上述通信协议严格进行。

4.2 RS485接口。

RS485是另外一种工业串行通讯接口, 由于RSZ驼通信距离很短, RTU必须同气泡水位计放在一起, 如果采用RS485接口, 则通信距离可延伸到Ikm以上, 并可以同时接驳RTU和PC电脑。为此SEBA公司也在今年推出了RS485-PS-ught的设备, 并改变了一些工作控制选项, 以适应远传需求。如果将设备接口上的GN (Enable) 使能控制端连接到BR (supply+) 端, PS-ught总是按事先设定的方式处于工作状态并连续输出数据。输出格式同上节RS232中描述的一致。如果将设备接口上的GN (Enable) 使能控制端连接到水文遥测终端, 则PS-ught受控于RTU的工作方式处于工作状态, 当使能GN有效时输出数据。根据《水文自动测报系统技术规范》S功1-2003中的大部分水文遥测终端水位接口使用格雷码的形式, 我们已经用软件将气泡水位计的RS232或RS485信号转换成为并行格雷码, 原水文遥测终端可以不做任何改动直接接入遥测网络, 这种转化为并行格雷码的设计也适合各地水文部门应用较为管饭的固态存储器DT350。

5 接口软件

在软件设计方面需要遵循以下原则:首先通过软件对微处理器进行控制, 保持休眠用以降低设备的功耗;其次, 当产生事件时, 例如, 当设定的五分钟时间一到, 进行汽包水位计的访问通信动作操作一次。在采集数据的过程呢过中, 由软件进行识别, 并相应的予以执行, 例如, 判别数据的有效性以及进行远程传输等。

掉电控制, 若某项任务执行出现超时状态, 则可以通过撤除遥感设备信号以及掉电的方式对本次操作予以取消。

6 应用情况

目前该种气泡水位计在我国已经有多省已经开始投入使用, 并且根据其利用的实际状况进行分析, 可以看出, 其设备功耗较低, 且不需要气路干燥剂, 这就为用户的使用提供了更多的方便, 并且效果上也十分令人满意。例如在某水文站点没有建设测井, 因此安装了一台气泡水位计, 安装运行两个月后, 同原三防自动测报系统进行连接, 通过对数据库中的报文数据进行分析, 可以看出, 数据传输至中心站会发生延时, 一般的延时时间小于4s。水位时报的报文显示正常, 水位呈现连续变化趋势, 水位比测精度同规范要求相适应。在另一地区的水文站点也安装了该种设备, 在安装运行了半年后, 进行了精度比测, 经过每天的自动检测数据的详细分析, 其能够满足规范要求。

摘要：文章主要针对第三代气泡水位计进行了探讨, 从其工作原理、接口特点以及同终端的五分连接和主要技术参数四方面进行了介绍, 并着重对其在水文测报中的应用进行了探讨, 通过实践应用的比较看出其相对比前两代产品优势更加突出。

关键词：水文自动测报,气泡水位计,应用

参考文献

[1]华涛.激光水位仪的研制及应用[D].北京:清华大学, 2006.

[2]王吉星.防汛指挥系统遥测站双通信信道的选用[J].河海大学常州分校学报, 2005 (1) .

水位自动篇7

(1) 相变管 (信号管) ——其作用是根据液位高低采集汽相、液相信号。 (2) 自调节液位控制器——是控制液位的主要设备。 (3) 旁路阀——为闸板阀, 其作用是:修正由于参数提供不准造成的误差。 (4) 入口阀——为闸板阀。 (5) 汽阀——为闸板阀。 (6) 加热器。 (7) 连接短管。

当水位高于正常水位时, 相变管流入水, 阀2内纯液相, 流量增加。反之阀2中汽液两相流, 流量减小。以达到稳定水位的目的。

自调节液位控制器的原理:疏水由阀体入口相变管 (信号管) 根据液位高低采集汽相、液相信号直接进入阀腔, 与疏水混合后流经特定设计的喉部。当液位上升时, 汽相信号减少, 因而疏水流量增加;当液位下降时, 汽相信号增加, 减少喉部有效通图:流面积、疏水流量降低, 达到有效阻碍疏水的目的。

2 用途和优点

汽液两相流自调节液位控制器适用于电力行业的高、低压加热器、连续排污扩容器、生水加热器、热网加热器等压力容器的水位自力式智能调节控制。

该装置构思新颖、工作原理先进、自调节能力强、液位控制稳定;无机械运动部件、无电气元件、部件少、体积小, 因而结构和系统简单、容易安装、性能安全可靠。应用新型水位控制器后, 现场检修和运行维护工作量大幅度下降, 节省检修费用, 降低了劳动强度。其次, 由于新型水位控制器没有气动和电动热工控制系统及复杂的热工附属设备, 从而减少了维护人员, 大大提高了设备的运行管理水平。用户称其为免维护设备。

该装置与传统疏水装置比较表现为: (1) 传统产品水位控制不好, 导致长期低水位运行。 (2) 传统产品故障率高维护工作量大, 检修频繁。 (3) 水位控制困难, 造成机组经济性下降, 热效率低。 (4) 水位控制不好引起管路振动, 严重的导致焊口振裂、保温材料飞扬、高压蒸汽四溢等重大安全事故。

3 安装与调试

3.1 传感器须垂直, 上部支管与加热器汽平衡管连接, 下部与加热器水平衡管相连。

3.2 汽平衡管在加热连通管高于警戒水位, 水平衡管在加热器上的连接应低于最低水位。

3.3 调节器最好水平放置。情况特殊的亦可能垂直放置。尽可能安装在加热出水方向。

3.4 不论是传感器还是调节连接时连通管愈短愈好, 弯头愈少好。

(1) 打开各疏水管道上的各种阀门, 检查水位计, 水位控制器是否灵敏。 (2) 须保持加热管道的疏水量为最大负荷时。 (3) 连锁调试两个以上水位控制器时, 由高压力往低压顺序进行。 (4) 连锁调试旁路阀、调节阀、水位缓慢上升到正常水位, 再开启调节阀门。观测水位情况继续用调节阀进行关闭渐调, 直到水位能够自动维持稳定状态。 (5) 若在高度过程中出现满水, 可适当开启旁路阀。

总结:中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司热电分厂的高压加热器及低压加热器疏水使用的都是这种汽液两相疏水调节, 效果很好。

参考文献

[1]华东电力局.汽轮机技术问答[Z].

水位自动篇8

锅炉是我国各类制造业中的基础性动力系统, 它能够通过加热产生大量的高压水蒸汽, 这些蒸汽既能过为动力泵和风机为企业提供足够的动力, 还能够为企业的干燥和烘蒸提供足够的热力。随我我国的现代工业的快速发展, 各大企业都在进行不断的扩张, 先进的设备的更新使得企业对于热力和动力的需求量越来越大, 许多的锅炉都处于超负荷运作的状态。众所周知锅炉作为特种器械其危险性极高, 一旦锅炉发生任何的意外都会对企业和员工的人身安全造成巨大的损害, 所以为了保证生产进度和锅炉的安全性, 取代传统人工调节的自动调节系统变的更受欢迎。锅炉的操作是一个非常复杂的过程, 锅炉本身就是有很多复杂的系统结合而成的, 在锅炉的控制过程中一个人需要同时关注到许多的方面, 包括水位的调节、蒸汽量的控制和加热系统的控制等, 其中对于汽包水位的控制是锅炉进行稳定运作的主要安全指标。如果汽包的水位过高则会使水溢入到过热管内, 就会使过热管发生冷凝的现象, 使得过热管的工作效率大大降低, 一旦冷凝时间过长甚至会引发过热管的爆炸;如果水位过低优惠导致水冷壁的部分过热, 一旦加热时间过长就会导致水冷壁的爆炸, 所以无论是水位过高还是过低都会引发严重的后果, 因此我们必须要在锅炉的使用中对汽包水位进行仔细的调节。本文将详细的介绍区别传统PID调节的最新PID自动调节系统在锅炉汽包水位调节中的作用。

一、常规性锅炉汽包水位调节方法

在汽包水位的调节过程中有着许多的干扰因素, 但是我们在使用过程中主要关注的是水流量和蒸汽量的调节。如果在锅炉的运行过程中, 加热力度的突然上升增加会导致了汽包水位的骤然上升, 但是实际上汽包水位并没有上升反而会因为蒸汽量的增加而导致水位降低, 一般我们可以将这种情况称之为虚假水位, 虚假水位使得汽包水位的调节变的十分复杂。在应用PID系统进行调节时如果的使用传统的单回路方式来控制汽包水位, 系统不能分辨内部的真实情况就会减少水流的进入, 这样就会汽包水位的进一步下降, 产生巨大的损失。传统的单回路PID控制方式显然在虚假水位的控制当中没有发挥积极的作用。所以为了克服这个问题, 许多的锅炉中开始使用双冲量或者是三冲量的控制系统, 但是这些控制系统并不能有效的解决这一问题。三冲量控制系统是以原有的单回路的PID系统为基础, 这种控制方式是以反映水位状况、水流状况和蒸汽量状况三个方面冲量来知道汽包水位调节的。如果我们用函数公式G1 (s) 来进行相关的模拟, 水位与水流量的关系就是:G1 (s) =K1/S (T1S+1) , K1表示在水流量变化中汽包水位的上升速度, T1则表示反应的速度;蒸汽量与汽包水位之间的关系则表示为G2S=Kf/S+K2/S (T2S+1) ;中kf为蒸汽流量单位改变时汽包水位的变化, 速度, k2为放大系数, T2为时间常数;当三个冲量想结合时, 函数可表示为:u (t) =K (1+1/Ti S) e (t) -1/Ti S[u (t) -u (t-L) ], K (1+1/Ti S) e (t) 为参数输出的控制结构, 1/Ti S[u (t) -u (t-L) ]是参数输出时的执行结构。这种方式看起来是十分的安全, 以三个方面的冲量来综合显示指标可以在一定程度上保持水位的正常性, 让汽包内部处于平衡的状态。但是这种有效的调节职能在一定的范围内适用, 但蒸汽流量发生剧烈变化往往就会失效。一旦蒸汽量迅速的增加, 就会导致汽包内部压力降低, 还会造成所谓的虚假水位。所以如果进行有效的汽包水位调节的关键在于如何正确的分别虚假水位, 锅炉内部的情况千变万化, 不同的情况就会产生不同的变化, 然而传统的单回路和三冲量控制都不能进行有效的控制。

二、PID自动调节在锅炉汽包水位调节中的应用

PID自动调节系统实质上一种模糊控制的系统, 它是以模糊的各项数据集合来实现自动化的控制的一种新型智能系统, 模糊控制系统不需要经过特别的数据分析, 省略了复杂的过程, 因此具有反应快、调节及时的特点。这种装置设计的主要理念是找出PID三个参数与误差e和误差变化率ec之间的模糊关系, 在运作的过程中通过不断反应e和ec的大小和方向, 通过模糊化接口及它们的隶属度函数将所的数据转换成模糊量, 再根据模糊推理对三个冲量进行不断的修改, 来达到不同的e和ec条件下对PID控制器参数的不同要求。这种自动调节控制系统能够有效的解决传统的PID控制器的不足, 还可以通过修改PID的运行参数, 使得控制的工程更加有效。PID自动调节控制系统是由模糊控制系统和自动调整系统两个部分组成, 所有的情况都会先通过PID模糊控制系统进行运算获得相应的参数, 然后参数会自动输入到自动调整系统中, 这种参数会随着情况的变化不断的自我变化, 能够对系统进行有效的调节。

结束语

本文的研究是在原有的传统单回路、双冲量和三冲量控制系统的基础上所进行的, 其实质上市用的一种预测的控制方式, 不需要进行详细的情况了解, 通过所产生的迹象, 对即将发生的状况进行有效的预测, 并且及时的作出有效的反馈。PID自动调节系统虽然在具体的数据分析和指标探测上没有良好的效果, 但是能过有效的应对现在锅炉汽包水位调节中的虚假水位问题, 具有非常强的实用性, 可以进行广泛的推广使用。

摘要：锅炉是我国现代工业生产中不可或缺的动力系统, 在我国几乎每个工厂的生产中都有锅炉的身影。为了应对锅炉汽包水位调节中存在的虚假水位问题, 我们需要增加PID自动调节系统有效的运用到锅炉的调节中去, 这种应用可以加调节内部和外部。内部使用PID有效的消除掉在控制道内的水流扰动, 外部则使用PID控制系统来解决蒸汽的扰动问题。通过数据模拟发现PID自动调节在锅炉汽包水位调节中有着理想的效果和实际的应用价值。

关键词：PID自动调节,锅炉汽包,水位调节

参考文献

[1]安颖, 刘丽娜.具有学习功能的智能遥控器, 微计算机信息[J].2005, 3.

水位自动篇9

博斯腾湖位于新疆巴音郭楞州博湖县天山南坡焉耆盆地的东南部, 是中国最大的内陆淡水湖。在水位时, 库容为。该湖分为大、小两个湖区, 大湖区是湖泊的主体部分, 也是该湖泊作为水库调节的主要湖区 (下文提到的博斯腾湖除特别声明外, 均指大湖区) , 小湖区面积较小, 由数十个小湖组成, 是调节的次要湖区[1]。

作为天然湖泊, 博斯腾湖紧挨塔里木盆地、吐鲁番盆地, 背靠天山, 是沙漠中唯一大型水体。湖区沼泽植被茂盛, 芦苇丛生, 期间有野鸭、大雁、海鸥、鹭鸶、天河等多种水鸟和珍贵的麝鼠栖息[2], 另外还有塔里木裂腹鱼、扁吻鱼和长头鱼等珍惜鱼种在湖中生长。

而作为水库, 博斯腾湖还应具备防洪、兴利的功能, 显然, 防洪和兴利是以库容为前提的。也就是说, 库容越大, 则防洪和兴利的保证度就越高。但在另一方面, 库容越大, 水库的水位变化幅度就越大, 这与博斯腾湖作为天然湖泊的功能是相矛盾的。因此, 在选择特征库容和特征水位时应兼顾这两方面的需求。

2 正常蓄水位选择

考虑到博斯腾湖对生态环境的重要影响, 其正常蓄水位水位不宜过高, 否则不仅对湖区生态系统有不利影响, 而且会加重周边土壤的盐碱化程度[1]。同时, 博斯腾湖水位也不宜太低, 否则将会造成水质矿化度加重、生态系统退化等一系列危害。

李新虎[2]等根据博斯腾湖具体情况选取天然水位资料、湖泊形态和芦苇3种指标为依据分别计算博斯腾湖的最低生态水位, 计算结果分别为1047.06m、1047.41m、1047.20m, 并由加权计算最终确定博斯腾湖最低生态水位为1047.16m[2]。

考虑对生态的影响, 博斯腾湖的水位在大部分时间内不应低于最低生态水位, 即。因此, 可对博斯腾湖历年的库容变化进行分析计算, 选择出一个正常蓄水位, 使博斯腾湖的水位在大部分时间内均高于最低生态蓄水位。

本次计算选择1987、1989、1990、1991、1992、1997年为平水年 (62.5%≥p≥37.5%) [2], 作为代表计算库容变化, 如表1。

由各平水年库容变化值可得库容变化均值ΔV軍=4.7965×108, 在最低生态蓄水位1047.16m的对应库容74.5141×108m3基础上加上ΔV軍=, 便可计算出相应库容V兴=79.3106×108m3及正常蓄水位Z蓄=1047.58m。

3 计算结果分析

在兴利方面, 由不同保证率对应的兴利库容和正常蓄水位计算 (表2) [2]可以看出选择作为正常蓄水位具有足够保证率, 是能满足博斯腾湖供水需要的。

4 结语

对于干旱的南疆, 博斯腾湖的重要性是不言而喻的。而兴利库容与正常蓄水位的确定则是充分利用博斯腾湖宝贵水资源的基础。本文针对博斯腾湖流域的特点, 综合考虑了生态、供水等多方面条件, 基于最低生态水位, 对博斯腾湖的正常蓄水位进行了选择, 为博斯腾湖的调度提供了重要依据。