1736

2.3. Исполнительные устройства и регулирующие органы

Электрические исполнительные механизмы

Электрические исполнительные механизмы в зависимости от типа и принципа действия делятся на электромагнитные и электродвигательные.

Электромагнитные исполнительные механизмы являются наиболее простыми, надежными и быстродействующими. По виду движения исполнительного (регулирующего) органа (шток, выходной вал) электромагнитные механизмы подразделяются на электромагниты с прямолинейным движением и электромагнитные муфты с вращательным движением.

По характеру движения сердечника и связного с ним регулирующего органа электромагнитные механизмы подразделяют на тянущие, толкающие, поворотные, удерживающие, реверсивные.

По количеству позиций выходного силового элемента (регулирующего органа) различают одно-, двух- и трехпозиционные электромагнитные механизмы.

В зависимости от вида питающего напряжения электромагнитные механизмы могут быть переменного и постоянного тока, а также со смешанными катушками переменного и постоянного токов с унифицированным магнитопроводом.

Электромагнитные муфты являются связующим звеном между приводом и регулирующим органом. Электромагнитные муфты обладают высоким быстродействием, плавным пуском, регулированием скорости, просты в управлении и имеют мощность от нескольких ватт до сотен киловатт.

По принципу действия электромагнитные муфты разделяют на фрикционные, порошковые и муфты скольжения.

Типы электродвигателей, их устройство и схемы включения изучаются в курсе «Общая электротехника» и поэтому здесь не рассматриваются.

Гидравлические исполнительные механизмы

Гидравлические исполнительные механизмы преобразуют энергию рабочей среды, находящуюся под давлением, в механическую энергию поступательного или вращательного движения.

В качестве рабочей среды в гидродвигателях чаще всего используется минеральное масло, сохраняющее свои свойства при воздействии на него высокого давления.

Различают две основных разновидности гидродвигателей: с поступательным движением (мембранные и поршневые) и с вращательным движением (шестеренчатые, лопастные, плунжерные, турбинные).

Гидродвигатели способны развивать очень большие усилия (0,03-0,3 МН) при малых габаритных размерах. По этим параметрам они превосходят все остальные двигатели. Они просты по конструкции, на-

41

дежно работают и не нуждаются в редукторах для согласования с регулирующим органом. Гидравлические двигатели имеют одинаковый принцип действия с пневматическими исполнительными механизмами, их различие лишь в быстродействии.

Пневматические исполнительные механизмы

Пневматические исполнительные механизмы бывают мембранные, сильфонные и поршневые. В качестве рабочей среды в пневматических исполнительных механизмах служит сжатый воздух.

Пневматические исполнительные механизмы имеют одинаковый принцип действия с гидравлическими исполнительными механизмами, их различие в быстродействии, то есть жидкости несжимаемы, а газы сжимаемы.

Регулирующие органы

Для непрерывного регулирования в запорно-регулирующих устройствах применяют дросселирующие регулирующие органы следующих типов:

заслонки, клапаны, краны, шиберы и направляющие аппараты.

В заслонках изменение пропускной способности достигается поворотом заслонки (диска) в седле. Они просты по конструкции и имеют удовлетворительные регулировочные свойства. Заслонки можно устанавливать на вертикальных и горизонтальныхучастках трубопроводов.

Клапаны применяют для регулирования расходов газа, воздуха или пара при давлении до 20 МПа. В зависимости от числа положений их подразделяют на двух- и трехпозиционные. В зависимости от положения запирающего элемента при обесточенной катушке двухходовые клапаны делят на нормально закрытые и нормально открытые. В соответствии с типом дроссель-

ного органа клапаны делятна золотниковые, диафрагмовые и шланговые.

Краны являются простейшими регулирующими органами, которые применяются для регулирования расхода потока в трубопроводах небольшого сечения.

Шиберы устанавливают в дымоходах котельных установок. Они предназначены для регулирования давления в рабочем пространстве парогенератора.

При изменении входной скорости газа или воздуха дымососов и вентиляторов изменяются их производительность и напор. На этом свойстве основано устройство регулирующего органа на базе направляющего аппарата. Регулирующий орган, выполненный в виде направляющего аппарата, практически безынерционен и более экономичен, чем регулирующий орган, использующий дросселированиепотока.

42

3.АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ УСТАНОВОК (ТТУ)

3.1.Основные типы схем автоматизации оборудования ТТУ

иправила их выполнения

Схемы автоматизации оборудования ТТУ

При проектировании используются общепринятые правила составления схем автоматизации. Единая система конструкторской документации (ЕСКД) в качестве обязательного стандарта определяет четыре части схем: электрические, гидравлические, пневматические и кинематические.

Определены семь типов схем: структурные, функциональные, принци-

пиальные (полные), соединений (монтажные), подключений, общие, расположений.

Структурная схема определяет основные функциональные части устройства, их назначения и взаимосвязи.

Функциональная схема разъясняет и определяет процессы, протекающие в отдельных функциональных частях установки, и их взаимодействие в установке в целом.

Принципиальная (полная) схема определяет полный состав элементов и связей между ними.

Основные ГОСТы построения схем

В настоящее время действует ряд стандартов построения схем автоматизации. ЕСКД определены общие правила выполнения схем (ГОСТ – 2.701-68 ГОСТ – 2.704-68). Одним из основных является ГОСТ 3925-59 «Обозначения основных величин и условные обозначения приборов в схемах автоматизации производственных процессов», а также им установлены обозначения основных контролируемых и регулируемых величин (табл. 1)

Таблица 1

Обозначение основных величин и приборов

Прибор измерительный и регулирующий (сигнализирующий) в одном корпусе

43

Окончание табл. 1

Термометр расширения стеклянный электроконтактный

Термопара одинарная Термопара двойная

Термометр сопротивления одинарный

Термометр сопротивления двойной

Отборное устройство давления уровня, состава газов и жидкостей

Применяется также ряд условных обозначений:

Вместо обозначения С допускается вписывать в условное изображение прибора химическую формулу измеряемого им или регулируемого вещества.

44

Обозначение функциональных признаков приборов на схемах приня-

статический C

Над горизонтальной чертой внутри (круга, квадрата) прибора вписывается буквенное обозначение контролируемой или регулируемой величины, а под чертой – буквенноеобозначениефункций, выполняемых прибором.

В случае нанесения ряда буквенных обозначений внутри изображения прибора допускается заменять круг двумя полуокружностями, соединенными прямыми линиями, а квадрат – прямоугольником.

3.2. Автоматизация управления и контроля котельных установок

Общие положения

Эксплуатация котельных без средств автоматики запрещается. Минимальный необходимый объем оснащения оборудования котельной средствами автоматики безопасности, сигнализации, автоматического регулирования контроля и управления должен быть определен в соответствии с требованиями действующих нормативных документов и требованиями заводов-изготовителей технологического оборудования и устройств автоматики с учетом специфических особенностей котельной.

Автоматизацией котельной предусматривается контроль следующих параметров:

-расход пара, воды, топлива, иногда воздуха, дымовых газов;

-давление пара, воды, газа, мазута, воздуха и разряжение в элементах и газоходах котла и вспомогательного оборудования;

-температур пара, воды, топлива, воздуха и дымовых газов;

-уровня воды в барабане котла, циклонах, баках, деаэраторах, уровня топлива в бункерах и других емкостях;

-качественного состава дымовых газов, пара и воды.

Регулирование процесса горения или регулирование котлов «по теплу»

Сжигание топлива в котлах и получение теплоты с учетом потерь подчиняется уравнению теплового баланса:

45

,

где – сумма расчетного располагаемого тепла;

– полезная теплота, использованная для получения пара; … – потери теплоты.

По данному уравнению реализуется схема регулирования подачи топлива «по теплу». Правая часть уравнения – суммарный импульс «по теплу» является универсальным, т.к. реагирует на внутреннее и внешнее возмущения.

Внутреннее возмущение – это изменение калорийности топлива (или его расхода), внешнее – изменение нагрузки. В том и в другом случае регулятор восстанавливает давление пара, воздействуя на изменение подачи топлива. При работе группы котлов, функции распределения паровой нагрузки между параллельно работающими котлами выполняет главный регулятор, получающий импульс по давлению парав общей магистрали (рис. 33).

Рис. 33. Структурная схема регулирования «по теплу» для твердого топлива:

Д1, Д3 – датчики давления; Д2 – датчик расхода; ДФ – дифференциатор; РН – регулятор нагрузки; ГР – главный регулятор; З – задатчик; ИМ – исполнительный механизм; РО – регулирующий орган;

ЗРУ – задатчик ручного регулирования; ПН – переключатель нагрузки

Главный регулятор корректирует работу подключенных к нему регуляторов нагрузки котлов, а оптимальное распределение нагрузки между котлами устанавливается с помощью задатчиков регуляторов нагрузок.

46

Котел может работать и в базовом режиме, когда регулятор нагрузки получает постоянное воздействие от ЗРУ, а импульс от главного регулятора отключается.

При работе котла только на газообразном топливе схема регулятора нагрузки может быть упрощена в связи с тем, что калорийность природного газа данного месторождения практически постоянна, а изменение расхода газа не вызывает трудности (рис. 34).

Рис. 34. Структурная схема регулирования по теплу для газообразного топлива

Д1 – датчик расхода;, Д2 – датчики давления; РН – регулятор нагрузки; ГР – главный регулятор; З – задатчик; ИМ – исполнительный механизм; РО – регулирующий орган; ЗРУ – задатчик ручного регулирования; ПН – переключатель нагрузки

Для котлов ДЕ и ДКВР роль регулятора нагрузки выполняет регулятор давления пара в барабане котла, воздействуя на изменение подачи топлива. Схема регулирования «по теплу» для данных типов котельных установок еще более упрощается (рис. 35).

47

Рис. 35. Структурная схема регулирования по теплу для котлов ДЕ и ДКВР: Д – датчики давления насыщенного водяного пара в барабане котла; РН – регулятор нагрузки; РН – регулятор нагрузки; З – задатчик;

ИМ – исполнительный механизм; РО – регулирующий орган

Регулирование питания паровых котлов

Автоматические регуляторы питания паровых котлов (рис. 36) были первыми регуляторами тепловых процессов, но и в наши дни для решения этой задачи имеет самоеактуальноезначение.

Превышение подачи воды приводит к перепитке котла и забросу воды в пароперегреватель и дальше в паропроводы и втурбину.

Снижение подачи воды приводит к нарушению циркуляции и пережогу экранных труб. При этом за счет увеличения пузырьков пара в экранных трубах происходит ложное увеличение – «набухание» уровня воды в барабане котла.

48

Рис.36. Структурная схема регулирования питания паровых котлов:

Д1 – датчикположенияуровня; Д2 – датчикрасходаидавленияпара; Д3 – водомер; ЗД– задаеттольконормальноеположениеуровня; ИБ– измерительный блок; ЭБ– электронныйблок; ИМ– исполнительный механизм; ДП– датчикположенияисполнительного механизма; УП– указательположенияисполнительногомеханизма; П– переключатель; КУ – ключручногоуправления

Регулирование подачи воздуха в котел

Поддержание оптимального соотношения топлива и воздуха (избытка воздуха) осуществляется для экономичного сжигания топлива в топке котла

(рис. 37).

Рис. 37. Структурные схемы регулирования подачи воздуха в котёл:

Д1 – датчик расхода газа к котлу (давления газа перед котлом); Д2 – датчик перепада на воздухоподогревателе(давления воздуха перед горелками); РВ – регулятор воз-

духа; З – задатчик; ИМ – исполнительный механизм; РО – регулирующий орган

49

Если воздуха будет подаваться больше, чем его положено для полного сгорания топлива, то на его нагрев в топке расходуется дополнительное топливо, что снижает коэффициент полезного действия котла. При нехватке воздуха в топке будет происходить неполное сгорание топлива, что также снизит коэффициент полезного действия котла.

Регулирование разряжения в топке котла

Создание устойчивого разряжения в топке котла должно осуществляться автоматически в пределах от -20 до -30 Па (от -2 до -3 кгс/м2). В связи с тем, что топка котла является объектом со значительным самовыравниванием, регулирование может осуществляться одноимпульсным астатическим регулятором.

Регулятор разряжения получает импульс по разряжению в верхней части топочной камеры и воздействует на направляющий аппарат дымососа (рис. 38).

Рис. 38. Структурная схема регулирования разряжения в топке котла:

Д – датчик разряжения в топке котла; РР – регулятор разряжения; З – задатчик; ИМ – исполнительный механизм; РО – регулирующий орган

Регулирование непрерывной продувки

При испарении воды растворенные в ней соли не должны достигать определенной концентрации. Удаление этих солей производится с помощью непрерывной и периодической продувки. Для котельных установок 50 т/час процесс непрерывной продувки автоматизируется (рис. 39). Из-за отсутствия датчиков солесодержания в котловой воде автоматизация продувки ведется пропорционально расходу пара. Регулятор продувки полу-

50