4.2. Задачи автоматизации котельной установки

Судовые котельные агрегаты предназначаются для снабжения энергетической установки судна паром заданных параметров при широком диапазоне изменения нагрузки. Задача автоматизации судовой котельной установки заключается в обеспечении нормальной работы установки и защите ее при отклонении регулируемых величин сверх допустимых пределов

Рабочий процесс котлоагрегата в общем случае характеризуется четырьмя регулируемыми величинами: уровнем воды, температуры перегретого пара, давлением пара и коэффициентом избытка воздуха.

В связи с этим система регулирования котла в общем случае состоит из четырех основных контуров, регуляторы которые управляют перемещением соответствующих регулирующих органов, изменяющих обычно проходные сечения. Для поддержания неизменных значений перепадов давления на регулирующих органах предусматривается еще четыре дополнительных контура. Помимо этого, имеет место еще один контур, обеспечивающий поддержание заданного значения температуры или вязкости жидкого топлива.

Таким образом, система автоматического регулирования котельной установки в общем случае состоит из девяти контуров. При наличии нескольких котлов, питающих паром общую магистраль, некоторые контуры регулирования (например, давления и температуры перегретого пара) могут выполняться общими для группы котлов.

4.3. Регулирование уровня воды в барабане котла

Уровень воды в барабане котла зависит от материального и энергетического балансов, которые являются функцией количества подаваемой питательной воды и топлива, паропроизводительности котла и т.д. Для нормальной эксплуатации энергетической установки при широком изменении нагрузки уровень воды в барабане котла должен поддерживаться в заданных допустимых пределах. Понижение уровня воды сверх допустимых пределов может привести к перегреву и выходу из строя нагревательных элементов, а повышение — к забросу воды в турбину, результатом чего может быть крупная авария котла или турбины.

Помимо этого, при резком изменении режима работы в котлах наблюдаются так называемые явления набухания. Набухание воды объясняется увеличением интенсивности парообразования, которое возникает за счет повышенного теплосодержания воды по отношению к снизившемуся давлению пара при резком увеличении нагрузки котла (расхода пара).

При резком уменьшении нагрузки (расхода пара) происходит обратное явление, при котором давление пара повышается, а уровень воды понижается, несмотря на интенсивное питание котла водой.

Перечисленные обстоятельства значительно усложняют, а в ряде случаев не позволяют осуществлять надлежащее регулирование уровня воды вручную и требуют обязательной установки автоматических регуляторов.

Динамика водяного аккумулятора котла может быть описана следующим дифференциальным уравнением:

, (84)

где

Т1, Т2, Т3, Т4 и Т5	—	постоянные времени;
b	—	коэффициент;
	—	относительное приращение объема пара, содержащегося в водяном объеме котла, эквивалентное относительному приращению уровня воды в котле;
Vпв	—	объем пароводяного пространства под зеркалом испарения котла. Изменение этого объема эквивалентно изменению уровня воды в котле (F — площадь зеркала испарения);
hmax	—	высота столба воды между уровнями в конденсационном сосуде и барабане котла;
	—	относительное перемещение питательного клапана;
	—	относительное приращение давления пара;
	—	относительное перемещение маневрового клапана у турбины (относительное внешнее возмущение).

В этом уравнении _у — регулируемая величина, — регулирующее воздействие. Члены, содержащие  и , а также их производные по времени, являются внешними возмущениями.

Передаточная функция водяного аккумулятора относительно регулирующего воздействия может быть представлена следующим выражением:

, (85)

где

Выражение (85) можно рассматривать как произведение двух передаточных функций, что будет соответствовать последовательному включению двух звеньев: интегрирующего и апериодического ; следовательно, водяной аккумулятор самовыравниванием не обладает.

В зависимости от числа используемых импульсов САР уровня воды делятся на одноимпульсные, многоимпульсные и связанного регулирования.

Наиболее простыми в конструктивном отношении являются одноимпульсные САР.