Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Печененко, В. И. Автоматика регулирования и управления судовых силовых установок учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
62
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
14.56 Mб
Скачать

скоростью 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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ