
книги из ГПНТБ / Печененко, В. И. Автоматика регулирования и управления судовых силовых установок учеб. пособие
.pdfскоростью нескольких точек в секунду. СЦК могут также выпол нять опрос в предварительно заданные сроки, сравнивая действи тельные значения контролируемых величин с их предельными значениями, установленными с помощью аварийных штекерных плат 14. Контрольные величины, вышедшие из установленных пределов, фиксируются аварийным печатающим устройством 11 на дополнительном регистрационном листе с указанием времени, точки индикации и ее величины.
При аварийной ситуации можно задать один из двух видов регистрации: время отклонения и возрастания контролируемой величины в нормальные пределы или непрерывную регистрацию, фиксирующую тенденцию отклонения. При этом загорается свет на индикаторе 8, указывая номер контролируемой величины, п только после возвращения ее в заданные пределы свет выключа ется.
СЦК, получая сигналы от датчиков контролируемых величин, по желанию обслуживающего персонала выдают информацию о значениях каждой или любой из них, а также о нормальном со стоянии энергетической установки.
Такая информация может быть успешно использована автома тическими управляющими машинами, вычисляющими и осуще ствляющими необходимые задающие воздействия на автоматиче ские регуляторы и системы дистанционного управления, а также обеспечивающие при необходимости ввода в действие или вывод из действия отдельных элементов энергетической установки.
Глава ///
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
§ 33. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ГЛАВНОЙ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Современная паротурбинная установка (ПТУ) пред ставляет сложный комплекс энергетического оборудования, со стоящий из главного турбозубчатого агрегата (ГТЗА) и котель ной установки, а также различных вспомогательных механизмов и теплообменных аппаратов, обеспечивающих их работу.
Главная котельная установка обычно состоит из двух водо трубных высокоэкранированных котлов с естественной циркуля цией, работающих на мазуте, и служит для выработки необхо димого количества пара; в соответствии о установившимся режимом работы ПТУ, заданных параметров— давления и темпера туры, с минимальным расходом топлива, обеспечиваемым опти мальным коэффициентом избытка воздуха. Этим определяются в соответствии с нагрузкой расходы топлива, воздуха и пита тельной воды, давления которых поддерживаются в заданных пределах. Качественный распыл топлива обеспечивается регули рованием температуры или вязкости топлива. Для надежной и эффективной эксплуатации котельной установки необходимо также поддерживать качество питательной воды в определенных пределах, осуществлять регулярное банение поверхностей нагре ва котлов, очистку топливных фильтров и т. п.
Значительное количество регулируемых величин и большие ско рости их изменения усложняют ручное регулирование и требуют увеличения численности вахты. Поэтому котлы оборудуются регу ляторами, поддерживающими регулируемые величины в заданных пределах, обеспечивающих нормальную работу установки, и, кро ме того, автоматическими средствами сигнализации и защиты.
Рациональный уровень автоматизации устанавливается техни ко-экономическими расчетами и соображениями безопасности ко тельной установки. В современных котельных установках с естест венной циркуляцией, работающих на мазуте, основными регули руемыми величинами обычно являются: давление и температура пара, соотношение между количествами сжигаемого топлива и воздуха, а также уровень воды.
Регулируемые величины поддерживаются при различных ре жимах работы ПТУ в пределах, определяемых эксплуатационны ми требованиями, с помощью регуляторов, обеспечивающих авто-
121
матическое регулирование процесса топливосжигания, питания водой котлов и температуры перегретого пара.
Предусматривается автоматическая световая и звуковая сиг нализация, предупреждающая обслуживающий персонал об ава рийном состоянии котельной установки, и защита, обеспечиваю щая, при необходимости, ее выключение. Сигнализация и защита выполняются по давлению пара, уровню воды, нарушению нор мального процесса топливосжигания. К этим средствам предъяв ляются требования высокой надежности, а также невозможности ложного срабатывания при крене или дифференте корпуса судна во время качки.
§34. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТОПЛИВОСЖИГАНИЯ
ВГЛАВНЫХ КОТЛАХ
Автоматическое регулирование процесса топливо сжигания в топках котлов сводится к управлению подачей топлива и воздуха. Регулирование подачи топлива и воздуха обеспечи вает соответствие между количеством подводимого тепла Qi, вы деляющегося при сжигании топлива, определяющего паропроиз водительность котла, и нагрузкой — количеством тепла, отводи мого с паром Qu- Показателем равенства подвода и отвода тепла служит постоянство давления пара. При изменении нагрузки под вод и отвод тепла окажутся неравными и тепловой баланс нару шится, что приведет либо к аккумуляции в металле поверхности ■нагрева и пароводяной смеси котла тепла и увеличению давления пара (при уменьшении нагрузки), либо к расходу ранее аккуму лированного тепла и уменьшению давленияпара. Регулятор дав ления пара, получая информацию об отклонении регулируемой ве личины, оказывает воздействие на регулирующий орган, изменяя подвод топлива к форсункам.
Для регулирования давления пара применяются регуляторы непрямого действия, одноимпульсные, пропорциональные или изо дромные.
САР давления пара с П-регулятором имеет характеристику регулирования с определенной неравномерностью. В месте отбора импульса на регулятор — в главном паропроводе перед турби ной— давление пара на номинальной нагрузке меньше давления рк в котле на величину гидравлических потерь Ара парового трак та, равной которой и принимается статическая ошибка САР, т. е. Арн=бстРкЭто позволяет исключить потери давления пара для целей регулирования при номинальной нагрузке. При линейной характеристике регулирования давление пара перед турбиной на номинальной нагрузке будет равно рк—Арн, а на частичных— Gn оно увеличится на Дрн(0іш— Gn) : Gun, достигая максимальной ве личины, равной рк при нулевой нагрузке.
САР с ПИ-регулятором сложнее, нежели с П-регулятором, но имеют характеристику регулирования с нулевой неравномерно стью, т. е. давление пара в месте отбора импульса при всех уста-
122
повившихся нагрузках неизменное. Это обеспечивает на частич ных нагрузках ПТУ большую экономичность сравнительно со ста тическими САР.
Регулирование подачи воздуха в топку должно обеспечить оп тимальную величину коэффициента избытка воздуха а 0Пт, т. е. наи выгоднейшее соотношение между весовым расходом топлива и воздуха. При этом к.п.д. котла для заданной паропроизводитель ности имеет наибольшее значение при минимальной сумме потерь тепла от химической неполноты сгорания и с уходящими газами. Отсутствие датчиков а приводит к использованию косвенных ре гулируемых величин, например, регулирование соотношения «топ ливо — воздух» по их давлениям.
Для регулирования давления (или перепада давлений) возду ха применяются И- или ПИ-регуляторы непрямого действия, одноимпульсные.
Различают следующие схемы взаимосвязи регулирующих орга нов расхода топлива и воздуха: с последовательным включением «воздух по топливу» и «топливо по воздуху», а также параллель ным — «топливо — воздух». В схемах с последовательным вклю чением «воздух по топливу» при отклонении давления пара в первую очередь изменяется расход топлива, по которому регули руется расход воздуха, а в схемах «топливо по воздуху»— расход воздуха, определяющий расход топлива. Параллельные схемы «топливо — воздух» предусматривают одновременное управление регулирующими органами расхода воздуха и топлива.
При увеличении нагрузки расход воздуха, учитывая инерцион ность этого контура, будет отставать от расхода топлива в схе мах параллельного и последовательного действия «воздух по топ ливу», что может служить причиной дымления и загрязнения по верхности нагрева. Аналогичная ситуация будет возникать в системе «топливо по воздуху» при сбросе нагрузки.
В зависимости от диапазона нагрузок, в котором обеспечива ется автоматическое регулирование топливосжигания, различают САР, исключающие вмешательство обслуживающего персонала при любых возможных нагрузках и в пределах ±(10-=-15%) от номинальной нагрузки. Реализация этих принципов осуществля ется различными типами форсунок.
Производительность форсунок с механическим распылом опре деляется минимальным и максимальным давлением топлива пе ред ними. Обычно рт мин—7“ 8 кгс/см2 ограничивается качеством распыла, а р? макс = 20-4-30 кгс/см2 определяется напором топ ливных насосов. Необходимый расход топлива регулируется из менением его давления перед форсунками и частичным их вклю чением или выключением. Такие форсунки обычно устанавлива ются вместе с механическими форсунками, производительность которых регулируется Сливом топлива из вихревой камеры.
Паромеханические форсунки обеспечивают расход топлива в широких пределах изменением давления. Переход к комплексной автоматизации делает такие форсунки наиболее перспективными.
123
Регулирование давления топлива обычно осуществляется И- или ПИ-регуляторами непрямого действия, одноимпульсными.
Для качественного распыла топлива его температура поддер живается в заданных пределах, обычно П-регуляторами непря мого действия, одноимпульсными.
Таким образом, автоматизация топливосжигания в котлах осуществляется с помощью следующих регуляторов: давления пара, давления или перепада давлений воздуха, давления топли ва и температуры топлива. Каждый регулятор, кроме давления или перепада давлений воздуха, является общим для котельной установки.
Выбор схемы регулирования топливосжигания и типа регуля торов должен обосновываться технико-экономическими расчетами. Применение сложных схем и регуляторов способствует повышению к.п.д. котлов или ПТУ, но обычно увеличивает капиталовложения и эксплуатационные расходы.
Повышение экономичности топливосжигания является одним из главных направлений совершенствования схем САР. Большое внимание уделяется повышению точности измерений давлений и перепадов давлений, характеризующих расходы топлива и возду ха, а также уменьшению рассогласования между оптимальным и фактическим их соотношением в статике и динамике. Величина рассогласования используется регулятором соотношения «топли во— воздух» как корректирующий сигнал на регулятор расхода топлива или воздуха. В стационарной энергетике применяется периодическая коррекция соотношения «топливо — воздух» по содержанию О2 в составе дымовых газов, определяемому с по
мощью, например, магнитного газоанализатора. Недостатками коррекции по 0 2 являются большая инерционность существующих приборов и запаздывание, а также трудность отбора пробы га зов, содержание кислорода в которой характеризовало бы его средний избыток в дымовых газах.
Перспективно экстремальное (регулирование топливосжигания, обеспечивающее заданную паропроизводительность с минималь ным расходом топлива. Это возможно, если функция От (а) при постоянной нагрузке имеет экстремум в области бездымного го рения, изменяющий положение в процессе эксплуатации.
Оптимизация регулирования топливосжигания приводит к су щественному снижению а, что способствует повышению экономич ности котельной установки и ее надежности, благодаря уменьше
нию коррозии хвостовых поверхностей |
нагрева. |
§ 35. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ |
|
ТОПЛИВОСЖИГАНИЯ |
|
Гидравлическая система |
ЦНИИ имени академика |
А. Н. Крылова. Система установлена на котлах сухогрузных су
дов |
типа «Ленинский комсомол» и танкеров типа «Прага» |
(рис. |
85). |
124
Регулирование осуществляется с последовательным воздейст вием по схеме «воздух по топливу» при нагрузках до 80% номи
нальной |
и параллельным |
воздействием — при более высоких на |
||||||||
грузках. |
В |
качестве |
регулирую |
|
||||||
щей |
аппаратуры |
используются |
|
|||||||
одноимпульсные регуляторы |
не |
|
||||||||
прямого |
действия |
с |
гидравличе |
|
||||||
скими |
управляющими |
устройст |
|
|||||||
вами (см. рис. 41) и |
поршневы |
|
||||||||
ми сервомоторами двойного дей |
|
|||||||||
ствия |
(см. рис. 44,6 |
и в). Рабо |
|
|||||||
чей оредой |
регуляторов является |
|
||||||||
вода, |
подаваемая |
насосом |
под |
|
||||||
давлением 8—10 кгс/см2. |
|
|
|
|||||||
Регулятор |
давления |
пара |
II |
|
||||||
пропорциональный, |
|
общий |
для |
|
||||||
двух |
котлов, |
воспринимает |
им |
|
||||||
пульс по давлению пара в глав |
|
|||||||||
ном паропроводе (рис. 86). При |
|
|||||||||
помощи |
сервомотора |
9 воздейст |
|
|||||||
вует на вал нагрузки 8, соединен |
Рис. 85. Схема автоматического ре |
|||||||||
ный |
с |
золотниками |
|
топливных |
гулирования тошшвосжигання в кот |
|||||
блоков |
10, |
обеспечивая |
расход |
лах судов типа «Ленинский комсо |
||||||
топлива |
в |
соответствии |
с необ |
мол» и «Прага» |
||||||
ходимой |
|
паропроизводительно |
|
стью. Регулятор имеет жесткую обратную связь по положению ре гулирующего органа — золотников топливного блока. Поэтому дав ление пара регулируется с неравномерностью.
125
Золотники топливных блоков 10 управляют форсунками каж дого котла, изменяя производительность двух регулируемых фор сунок в пределах 40—100% и обеспечивают включение — выклю чение одной из них и последовательно каждой из четырех нере гулируемых форсунок (рис. 87). Расход топлива GT (линия 1) устанавливается в соответствии с нагрузкой дополнительным включением форсунок (первая регулируемая включена постоян но) и изменения слива регулируемых форсунок, но неизменном давлении топлива перед топливным блоком (линия 2). При вклю чении всех форсунок и полностью закрытом сливе регулируемых форсунок, расход топлива соответствует 80% нормальной нагруз ки. При более высоких нагрузках производительность форсунок
|
регулируется |
изменением давле |
|||||
|
ния |
топлива |
перед |
топливным |
|||
|
блоком в зависимости от паро |
||||||
|
производительности |
котла. |
На |
||||
|
строечные |
параметры |
регулято |
||||
|
ра—коэффициент |
усиления и |
|||||
|
время сервомотора. |
|
|
регу |
|||
|
Коэффициент усиления |
||||||
|
лятора устанавливается |
настрой |
|||||
Рис. 87. Характеристики подачи топ |
кой |
профиля |
лекала |
обратной |
|||
связи |
7 (см. рис. 86). Время сер |
||||||
лива в котел |
вомотора |
изменяется |
двойным |
||||
|
дроссельным |
клапаном |
12, |
кото |
рый позволяет устанавливать различное время сервомотора при перемещении поршня в разных направлениях, соответствующих увеличению и уменьшению нагрузки. Этим, достигается наиболее полное соответствие между расходом топлива и воздуха в пере ходных режимах. Время сервомотора на увеличение нагрузки со ставляет 30—35 сек, на уменьшение— 18 сек.
С изменением натяжения задающей пружины 3 характеристи ка регулирования переместится параллельно ее первоначальному положению, что приведет к изменению давления пара в месте от бора импульса и в котле.
Регулятор давления топлива I (см. рис. 85) общий для двух котлов, без обратной связи, осуществляет стабилизирующее ре гулирование при нагрузках до 80% нормальной, поддерживая постоянное давление топлива 12 кгс/см2 между подогревателем второй ступени 6 и топливорегулирующими блоками 5 и следя щее — при более высоких нагрузках. В этом случае давление топ лива является функцией положения вала нагрузки 2 и профиля задающего лекала 4.
Слив топлива осуществляется на участке трубопровода между подогревателями первой 7 и второй 6 ступени в расходную цистер ну 9. Топливный электронасос 8 работает с постоянной производи тельностью, которая может изменяться вручную путем переклю чения насоса на одну из четырех скоростей.
Конструкция регулятора отличается от ранее рассмотренного
126
И-регулятора (см. рис. 7) тем, что задающая пружина находит ся под воздействием лекала. Частично его профиль выполнен цилиндрическим. Это обуславливает неизменное задание при на грузках до 80% нормальной и работу регулятора в режиме ста билизации. Профиль другой части лекала обеспечивает перемен ное задание в зависимости от нагрузки, что определяет работу регулятора в следящем режиме.
Регулятор температуры топлива IV пропорциональный (см. рис. 85 и 45)— общий для двух котлов — воспринимает импульс по температуре топлива после подогревателя второй ступени 6 и через сервомотор воздействует на паровой регулирующий клапан.
Регулятор |
с |
|
жесткой обратной |
|
|||||
связью |
по |
положению |
регули |
|
|||||
рующего |
|
клапана. |
Регулирова |
|
|||||
ние температуры топлива осуще |
|
||||||||
ствляется |
с |
неравномерностью |
|
||||||
бет= |
0,15. |
Чувствительный эле |
|
||||||
мент |
регулятора — манометриче |
|
|||||||
ский, с газовым наполнителем — |
|
||||||||
азотом. |
|
|
|
давления |
возду |
|
|||
Регулятор |
|
||||||||
ха III (см. рис. 85) |
пропорцио |
|
|||||||
нально-интегральный, |
|
устанав |
|
||||||
ливается |
|
на |
каждый |
котел. |
Он |
|
|||
обеспечивает |
|
подачу |
воздуха |
в |
|
||||
количестве, |
|
соответствующем |
|
||||||
расходу |
топлива, определяемому |
Рис. 88. Следящий ПИ-регулятор |
|||||||
положением |
|
вала |
нагрузки |
2. |
давления воздуха |
||||
Регулируемой |
величиной |
являет |
|
ся давление в коробе котла воздуха, поддерживаемое регулято ром, воздействующим на воздухонаправляющий аппарат 5 (рис. 88), установленный на всасывающем патрубке вентилятора.
Вентилятор приводится в движение электромотором, |
скорость |
||
вращения которого может изменяться |
ступенчато. |
Для каж |
|
дой нагрузки котла давление воздуха |
задается |
при |
помощи |
лекала 4 изменяемого профиля по положению вала нагрузки. Воздушный шибер первой регулируемой форсунки всегда открыт полностью, а второй и нерегулируемых форсунок открывается только при их включении. Регулятор осуществляет следящее ре гулирование.
В равновесном состоянии регулятора мембрана 3 изодрома находится в среднем положении и пружина 5 недеформирована (рис. 89). В крайних положениях мембраны перепускные клапа ны 4 открываются, соединяя обе полости корпуса изодрома, что равносильно его выключению. Дросселем 1 в канале 2, соединяю щем полости корпуса, регулируется время изодрома.
При изменении сорта топлива или ухудшении условий его сжигания и появлении дыма изменение расхода воздуха достига ется воздействием на пружину обратной связи 1 (рис. 88).
127
Настроечные параметры регулятора: время .изодрома, которое регулируется дросселем 10 (см. рис, 8 8 ), неравномерность — под
вижной опорой 11 и время сервомотора — дросселем 8.
Работа системы протекает следующим образом (см. рис. 85). При изменении расхода пара изменяются его давление и усилие от сильфона 5 регулятора давления пара (см. рис. 8 6 ). Заслон
ка управляющего устройства отклоняется от среднего положения, и давления в полостях сервомотора 9 оказываются неодинаковы ми. Поршень сервомотора перемещается, поворачивая с помощью
кривошипной и зубчатой |
передач |
вал 8 и золотники топливного |
||||||
|
|
блока 10 каждого котла. Таким образом, рас |
||||||
|
|
ход топлива изменяется |
соответственно с |
на |
||||
|
|
грузкой. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Одновременно лекало 7 изменяет натяжение |
||||||
|
|
пружины 6 обратной связи, возвращая заслонку |
||||||
|
|
устройства регулятора давления пара в сред |
||||||
|
|
нее положение. |
Лекала |
регуляторов давления |
||||
|
|
воздуха (см. рис. 85) изменяют |
натяжение |
за |
||||
|
|
дающих пружин 3 |
(рис. |
8 8 ), отклоняя от сред |
||||
|
|
него положения |
заслонки управляющих |
уст |
||||
|
|
ройств. При этом приходят в движение порш |
||||||
Рис. 89. |
Мембран |
ни сервомоторов, воздействующие на направ |
||||||
ляющие |
аппараты |
вентиляторов |
каждого |
кот |
||||
ный |
изодром |
ла. Регулирование заканчивается после установ |
||||||
|
|
ления расхода топлива, соответствующего новой нагрузке, и заданного лекалами значения давления воздуха, обес печивающего его расход соответственно расходу топлива.
Изменение расхода топлива регулятором давления пара изме нит давление топлива перед топливными регулирующими блока ми. Поэтому изменится усилие от сильфона регулятора давления топлива, и заслонка управляющего устройства отклонится от среднего положения. Поршень сервомотора переместится, воздей ствуя на клапан, регулирующий слив топлива. Процесс регули рования заканчивается при установлении заданной величины дав ления топлива.
Температура топлива на всех режимах работы котла поддер живается с установленной неравномерностью. При отклонении температуры от заданного значения изменится давление в паро жидкостном чувствительном элементе 8 регулятора (см. рис. 45) и его равновесное состояние нарушится. Заслонка управляющего устройства 6 отклонится от среднего положения, поршень серво мотора 2 переместится, воздействуя на регулирующий клапан /, изменяя расход греющего пара на подогреватель 9 топлива вто рой ступени, одновременно изменяя натяжение пружины 5 обрат ной связи. Равновесное состояние устанавливается при заданной температуре топлива для данной нагрузки.
Система позволяет осуществлять не только автоматическое управление, при котором включены все регуляторы, но и полуав томатическое и ручное.
128
При переводе одного котла — левого или правого — на полу автоматическое управление рукоятку 1 механизма переключения соответственно поворачивают налево или направо и управление его топливным блоком осуществляется вращением маховика на грузки 3 (см. рис. 85). При полуавтоматическом управлении обои ми котлами рукоятка механизма находится в среднем положении, регулятор давления пара выключается из действия путем откры тия его обходного крана 11 (см. рис. 8 6 ). Расход топлива изме
няется путем вращения любого из маховиков нагрузки. Полуавто матическое управление двумя котлами возможно при одинаковых нагрузках.
Ручное управление -регулирующими органами осуществляется при выключенных соответствующих регуляторах путем открытия их обходных кранов.
Во время работы необходимо наблюдать по манометрам за давлением топлива на сливе от регулируемых форсунок, которое
должно находиться в пределах от 2—3 до |
6 —7 кгс/см2 (при но |
вых распылителях форсунок и давлении |
топлива перед ними |
12 кгс/см2). При снижении максимального значения давления топлива в сливном трубопроводе надо заменить распылители ре гулируемых форсунок.
Для выключения нужно установить обходные краны всех ре гуляторов в положение «Ручное управление», кроме регулятора давления топлива, который выводится из действия после останов ки топливного насоса.
В период текущего ремонта измеряют зазоры между втулка ми и золотниками топливных блоков и при их величине более 0,08 мм золотники заменяют. Определяют протечки через уплот нения поршней сервомоторов при одностороннем давлении воды на поршень 5 кгс/см2, при ее величине болёе 70—100 г/мин уплот нения заменяют.
Возможные неисправности регулятора и способы их устране
ния приведены в табл. |
2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
Признак |
|
|
Причина |
|
|
Способ устранения |
||
Регулятор давления топлива (без обратной связи) |
|
|||||||
Неустойчивое регулни- |
Остаточная |
деформа- |
Заменить |
сильфон |
||||
рование |
ция |
гофр |
сильфона |
|
|
|||
|
вследствие |
перегрузки |
|
|
||||
|
или внецентровон уста |
|
|
|||||
|
новки |
передаточной |
иг |
|
|
|||
|
лы |
|
|
|
|
|
Удалить |
грязь, прпте- |
|
Увеличение трения в |
|||||||
|
ножевой |
опоре |
или на |
реть или заменить по- |
||||
|
концах |
передаточной |
врежденные детали |
|||||
|
иглы |
вследствие |
загряз |
|
|
|||
|
нения, |
затупления |
или |
|
|
|||
|
излома |
|
|
|
|
|
|
9 В. И, Печененко, Г. В. Козьминых |
129 |