6.Автоматическое регулирование и управление котельными установками

В работающем паровом котле необходимо регулировать коли­чество подаваемого топлива, воздуха и питательной воды в зави­симости от изменения расхода пара, уровня воды в котле и дав­ления пара. Котлы старых конструкций, отличавшиеся большим водосодержанием, допускают ручное регулирование. Современные котлы, имеющие малое водосодержание и особенно работающие при частых изменениях режима, не могут работать в условиях ручного регулирования, так как даже у самых опытных котель­ных машинистов реакция на изменение регулируемых величин неизбежно запаздывает, что приводит к недопустимым колебани­ям параметров. Поэтому все современные котельные агрегаты морских судов имеют автоматические системы регулирования пи­тания и горения. Эти системы обеспечивают постоянство уровня воды в котле и давления пара, оптимальное количество воздуха, поступающего в топку. Иногда применяют и автоматическое регу­лирование температуры перегрева пара.

В систему автоматического регулирования (САР) работы па­рового котла входят: прибор, создающий начальный импульс под влиянием изменения какого-либо параметра; устройство для пе­редачи импульса исполнительному или регулирующему органу; сам исполнительный или регулирующий орган, изменяющий ре­жим горения топлива или питания котла водой. Начальные им­пульсы получают от изменения уровня воды и давления пара в котле.

Для повышения точности и устойчивости автоматических ре­гулирующих устройств применяют дополнительные импульсы и, кроме того, обратную связь от управляемой величины, что позво­ляет избежать чрезмерного изменения режима.

Автоматический регулятор прежде всего должен получить им­пульс от изменения величины и знака регулируемого параметра (например, давления пара), поэтому в нем имеется чувствитель­ный элемент (датчик), реагирующий на изменение параметра. Датчик воздействует на регулирующий орган, который осуществляет изменение режима питания, горения и т. д.

Если энергия, создаваемая чувствительным элементом, доста­точна для перемещения регулирующего органа, то это регулятор прямого действия. Если же усилие, необходимое для перемещения регулирующего органа, превышает усилие, создаваемое чувствительным элементом, то в состав регулятора вводится усили­тельное и исполнительное устройство (сервомотор). Это устройство воспринимает импульс от чувствительного элемента, усиливает его за счет постороннего источника энергии и передает исполни­тельному устройству, которое перемещает регулирующий орган.

Рис. 9. Датчики

Регуляторы такого типа называются регуляторами непрямого действия. Источник энергии в них — чаще всего сжатый воздух (пневматические системы) или жидкость под давлением (гидрав­лические системы). В последнее время стали применять и элек­тромеханические системы с использованием электронных элемен­тов.

Так как чувствительные элементы (датчики) должны реаги­ровать на изменение уровня, давления, температуры и т. д., то в качестве датчиков в GAP используют элементы, применяемые в измерительной аппаратуре. В манометрическом датчике (рис. 9, а) в качестве чувствительного элемента применяют мем­брану, сильфон, пружину и т. д. Дилатометрический датчик (рис. 9, б) состоит из металлической трубки с большим коэффи­циентом теплового расширения, в которой закреплен стержень с малым коэффициентом расширения. Такой датчик реагирует на изменение температуры. Третий датчик (рис. 9, в), также реаги­рующий на изменение температуры, основан на использовании термопары.

В судовых САР применяют чаще всего пневматические и гид­равлические усилители. В результатах их действия сжатый воздух или жидкость под давлением давит на поршень сервомотора, пе­ремещающего регулирующий орган.

Распространены гидравлические усилители со струйной труб­кой (рис. 10, а, б). Усилитель состоит из трубки 2 и сопловой плитки с двумя каналами, которые позволяют рабочей жидкости поступать в ту или иную полость поршневого сервомотора. Пово­рот струйной трубки производится в результате перемещения што­ка 3, связанного с датчиком. Пружина 1, служащая для настройки усилителя, обеспечивает среднее положение трубки при номи­нальном значении регулируемого параметра.

Как будет видно из рассмотрения конкретных САР, иногда в системах должен предусматриваться второй датчик, реагирующий на изменение другого параметра для повышения точности регу­лирования. Например, в автоматических системах питания основ­ной импульс получается в результате изменения уровня воды в барабане котла, а дополнительный - от изменения расхода пара.

Рис.10. Струйный усилитель

Обратная связь связывает регулирующий орган с. усилительным устройством так, что перемещение регулирующего органа оказывает на него воздействие, обратное полученному от чувствительного элемента. Это воздействие пропорционально перемеще­нию регулирующего органа. Обратная связь ускоряет установку усилительного устройства в нейтральное положение и исключает опасность перерегулирования, т. е. чрезмерного изменения регу­лируемого параметра.

Обратная связь может быть жесткой и гибкой. Недостаток жесткой обратной связи - наличие остаточной неравномерности. Регуляторы с гибкой обратной Связью, называемые изодромными, характерны тем, что гибкая обратная связь действует на регулятор не постоянно; ее влияние убывает за период переходного процесса регулирования. В результате по окончании переходного процесса регулируемый параметр принимает прежнее значение.