Плотность металла: кг/м3

Плотность воды: кг/м³

Произведем расчет необходимых величин:

Подставив значения в формулу (2.7.3) найдем долю воды в аккумуляции тепла:

Также вычисляем долю пара ( 2.7.4) и металла ( 2.7.5):

Общую длину труб нагрева определяем по формуле:

м³ (2.7.9)

Площадь среза трубы:

м² (2.7.10)

Объем металла определяем как произведение длины труб нагрева и площади среза трубы:

м³ (2.7.11)

Для определения объема воды выбираем из спецификации массу воды:

кг (2.7.12)

Тогда объем воды:

м³ (2.7.13)

Для нахождения объема парового пространства определим объем пароводяного барабана:

м³ (2.7.14)

Тогда объем парового пространства:

м³ (2.7.15)

Определим коэффициент аккумуляции тепла парообразующей части котла по формуле (5.7.2):

Полученные значения подставляем в формулу (5.7.8) и находим время разгона котла:

с

Коэффициент самовыравнивания котла: Z==0,83

По полученным значениям и Z находим постоянную времени объекта и коэффициент усиления объекта :

с (2.7.16)

(2.7.17)

По полученным и строим разгонную характеристику (рис. 2.7.1)

Рис. 2.7.1 Разгонная характеристика объекта регулирования

2.8 Обоснование выбора регулятора давления пара.

В переходных режимах работы котельной установки система автоматического регулирования должна обеспечить возможно меньшие отклонения давления пара, исключить подрыв предохра­нительных клапанов и уменьшить влияние контура регулирования давления пара на контур регулирования уровня воды. Кроме того, необходимо учитывать влияние контура регулирования давления пара на контур регулирования подачи воздуха. Последний нала­гает ряд существенных ограничений на процесс регулирования давления пара — необходимо исключить колебательность процес­са при возможно меньших динамических рассогласованиях в по­даче топлива и воздуха. Очевидно, что различные структуры регуляторов обеспечивают неодинаковое качество переходных процессов.

Выбор регулятора давления пара осуществляется из динамических свойств объекта регулирования и эксплуатационных требований к качеству регулирования. Из полученного выше уравнения динамики известно, что объект одноёмкостный, инерционный, устойчивый, однако свойство саморегулирования незначительно, поэтому для того, чтобы АСР давления пара была работоспособной, необходимо, чтобы регулятор в своей структуре имел корректирующее устройство (ГОС или ЖОС), либо формировал П или ПИ закон регулирования. Наиболее высокая статичес­кая точность обеспечивается ПИ-регулятором. В то же время в переходных режимах с ПИ-регулятором трудно обеспечить апе­риодический процесс при допустимых динамических отклонениях, что увеличивает динамические рассогласования между подачей топлива и воздуха. Так как установившихся режимов в строгом понятии в судовых котельных установках нет (постоянно сущест­вуют возмущения в виде включений различных механизмов и аппаратов, изменения упора винта на волнении и.т п.), во избежа­ние дымности возникает необходимость сжигания топлива с повы­шенным коэффициентом избытка воздуха, что снижает коэффи­циент полезного действия (к. п. д.) котельной установки.

Колебательность процесса исчезает с П-регулятором, однако этот регулятор не обеспечивает высокой ста­тической точности, т. е. уступает по этому показателю ПИ-регулятору.

Таким образом, в контуре регулирования давления пара сле­дует отдавать предпочтение ПИ-регуляторам, если имеется воз­можность посредством настройки регулятора обеспечить аперио­дический переходный процесс с допустимой величиной динами­ческого отклонения давления пара.

Для регулирования давления пара в котле используется ПИ-регулятор, основу которого составляют микропроцессорные элементы. В схему включены два датчика давления пара, причем один дублирует другой. Сигнал от датчиков поступает на «селективное» устройство, которое выбирает необходимый сигнал, выход с этого устройства идет на фильтр, который пропускает сигналы только с определенным интервалом (частотой). Выходящий сигнал поступает на ПИ-регулятор, а также на «конвертер». С ПИ-регулятора сигнал идет на устройство выбора, результирующее значение поступает на устройство «минимальной оценки», которое также воспринимает входящий сигнал от «конвертера» и выдает конечный результат на управление подачи топлива и воздуха. Также в схеме есть устройство обратной связи, которое воспринимает сигналы по топливу и воздействует на ПИ-регулятор.

Использование микропроцессорного ПИ-регулятора позволяет получить астатическую характеристику контура регулирования давления пара.

Следует иметь ввиду, что выходной сигнал из любого регулятора определяется не только нагрузкой котла, но и степенью открытия топливорегулирующего органа (зависит от качества топлива, температуры его подогрева, износов топливорегулирующего органа и распылителей форсунок), вследствие чего значение этого сигнала при одинаковых нагрузках может быть различным. Это оказывает влияние на коэффициент избытка воздуха, снижая экономичность работы котла.

Функциональная схема ПИ-регулятора имеет вид:

Рис.2.8.1 Функциональная схема ПИ-регулятора.

ИУ – измерительное устройство;

ЭС – элемент сравнения;

П – пропорциональная составляющая;

И – интегральная составляющая;

ИМ – исполнительный механизм;

На основании функциональной строим структурную схему (рис.5.8.2), Передаточные функции элементов регулятора:

;

Рис.2.8.2. Структурная схема ПИ-регулятора.

Решая структурную схему ПИ-регулятора уровня, получим передаточную функцию регулятора:

где – коэффициент усиления измерительного устройства;

– постоянная времени сервомотора – время перемещения поршня сервомотора из одного крайнего положения в другое при максимальном перепаде давления в его полостях;

– коэффициент пропорциональности регулятора;

– время интегрирования--т.е. время, за которое выходной сигнал после нанесения ступенчатого возмущения достигнет значения входного сигнала в безразмерных единицах, отклоняясь с постоянной начальной скоростью.

Из передаточной функции регулятора получим уравнение динамики в общем виде:

Параметрами настройки ПИ-регулятора являются: коэффициент усиления регулятора и время интегрирования .

Регулятор давления пара

Регулятор (рис. 2.9.2) предназначен для автоматического поддержания давления пара в котле за счет изменения подачи к форсунке топлива и воздуха. Он состоит из измерительной части--манометра давления пара МДП, регулирующего элек­тронного устройства РУ, перерабатывающего сигнал об изме­нении давления пара в управляющий сигнал по закону ПИ-регулирования, и исполнительного механизма ИМВЗ с электро­мотором ЭМ, который управляет работой топочного устройства котла.

Манометр МДП управляет плунжером дифференциального трансформатора; его выходной сигнал в диапазоне 4—20 мА изменяется пропорционально отклонению давления пара от зна­чения, заданного при настройке. Этот сигнал поступает на один из выходов регулирующего устройства, где он выпрямляется и усиливается по напряжению.

Усиленный сигнал поступает на сумматор, где сравнивается с сигналом задатчика. Напряжение задатчика устанавливается регулируемыми резисторами «Грубо» и «Точно», расположенными на лицевой панели. При номинальном значении давления пара в котле сигнал на выходе сумматора равен нулю.

Управление перемещением выходного вала ИМВЗ произво­дится датчиками реле ДР1 и ДР2, которые включаются по сиг­налам на выходе ПИ-регулятора при нормальной работе котла или по командам системы.

логического управления в периоды розжига либо двухпозиционного регулирования. Включение реле ДР1 вызывает перемещение ИМВЗ в сторону уменьшения, а реле ДР2 — в сторону увеличения подачи топлива и воздуха.

Для того чтобы переходы от логического управления к упра­влению от регулятора и наоборот не вызывали нежелательных резких перемещений регулирующих органов топлива и воздуха, предусмотрено устройство, согласующее сигналы на выходе регу­лятора и логических цепей. Это устройство включается в следу­ющих случаях:

Рис. 2.9.2. Электросхема взаимодействия основных частей регулятора давления пара в котле

регулирующих органов топлива и воздуха, предусмотрено устройство, согласующее сигналы на выходе регу­лятора и логических цепей. Это устройство включается в следу­ющих случаях:

- когда ИМВЗ тумблером РД отключен от регулятора и управление регулирующими органами производится вручную;

— когда ИМВЗ удерживает минимальную подачу топлива к форсунке при давлении пара в котле ниже номинального (на­пример, в случае остывания котла на циклах позиционного регу­лирования);

- когда осуществляется подъем давления пара до номиналь­ного при минимальном расходе топлива (розжиг из холодного состояния).

Астатическая характеристика при непрерывном регулирова­нии обеспечивается на нагрузках котла по пару, превышающих 20 % полной паропроизводительности. При меньших значениях паропроизводительности автоматическая работа осуществляется системой логического управления БАУ в режиме двухпозицион­ного регулирования; характер изменения давления пара в котле при таком режиме иллюстрируется графиком