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

ченной от системы при промежуточном положении рукоятки блока, произойдет постепенное снижение давления воздуха и перемеще­ ние регулирующего органа.

Затем переводят рукоятку блока дистанционного управления топливорегулирующим клапаном из положения «Ручное» в «Ав­ томатическое» через промежуточное положение «PÄ», в котором выравнивают показания манометров выходного п входного дав­ лений воздуха в минимально необходимое время, поворачивая маховичок реле прибавления в сторону увеличения расхода топ­ лива (по часовой стрелке) или уменьшения.

Перевод второго котла на автоматическое управление осуще­ ствляется поворотом ручки блоков дистанционного управления расходом воздуха, а затем и топлива с ручного на автоматиче­ ское через промежуточное положение «РА». После этого выравни­ вают нагрузку между котлами с помощью маховичка реле при­ бавления одного из блоков дистанционного управления расходом топлива.

Включение системы завершается проверкой настройки главно­ го регулятора — соответствия давления пара в установившихся режимах работы заданному, при котором командное давление воздуха должно быть 1,05 кгс/см2. Правильность действия регуля­ торов контролируется по показаниям контрольно-измерительных приборов.

При ненормальной работе главного регулятора котлы перево­ дятся на ручное управление расходом топлива, при котором руко­ ятки соответствующих блоков дистанционного управления переводят с «Автоматического» на «Ручное» управление через проме­ жуточное положение «РА». Аналогично поступают при ненормаль­ ной работе одного из регуляторов расхода воздуха, перестраивая его блок на ручное дистанционное управление.

Система автоматического регулирования процесса горения ко­ тельной установки танкера «Дружба» отличается от рассмотрен­ ной главным образом конструкцией отдельных элементов, например позиционера. Особенностью схемы является также воздействие корректора соотношения «топливо — воздух» через суммирующий блок на позиционер исполнительного механизма топливорегули­ рующего клапана.

§ 36. РЕГУЛИРОВАНИЕ УРОВНЯ ВОДЫ В КОТЛАХ

Изменение уровня воды в котле определяется не­ балансом подвода воды и отвода пара, а также изменением паросодержания под зеркалом испарения вследствие изменения давле­ ния пара в котле и изменения расхода топлива.

В равновесном состоянии котла подвод воды и отвод пара равны. При ступенчатом изменении нагрузки, например при уве- -личении в результате небаланса вода — пар, уровень будет сни-

.жаться с постоянной скоростью. Одновременно ступенчатое увели­ чение нагрузки вызовет уменьшение давления пара в барабане

150

котла, что приведет к повышению уровня за счет самоиспаренияводы и увеличения паросодержания под зеркалом испарения.

Самоиспарение — это образование пара за счет выделения аккумулированного тепла в результате того, что температура воды окажется более высокой, нежели температура кипения, соответ­ ствующая снизившемуся давлению. Можно считать, что в резуль­ тате самоиспарения уровень будет повышаться пропорционально' скорости изменения давления. Процесс самоиспарения является безынерционным, так как вода не может иметь температуру вышетемпературы кипения, определяемой давлением.

Содержание пара под зеркалом испарения определяется не только самоиспарением, но, главным образом, парообразованием, величина которого зависит от полезно использованного тепла сжигаемого топлива. Количество пара под зеркалом испарения-, увеличивается с увеличением нагрузки. Процесс перехода к новому паросодержанию под зеркалом испарения при изменении расхода топлива и установления соответствующего ему уровня воды является инерционным.

При ступенчатом изменении нагрузки изменения подвода топ­ лива к автоматизированному котлу, парообразования и содер­ жания пара под зеркалом испарения будет продолжаться до окон­ чания переходного процесса САР топливосжигания.

Таким образом, переходный процесс, отражающий действитель­ ное изменение уровня, определится одновременным его измене­ нием, но в разных направлениях за счет небаланса вода — пар, а также паросодержания под зеркалом испарения как функции, зависящей только от величины возмущения и самоиспарения, обусловленного скоростью нанесения возмущения. Особенностью кривой разгона котла по уровню является то, что в первый момент уровень отклоняется в ту же сторону, что и нагрузка, а затем в противоположную.

После нанесения возмущения уровень будет непрерывно изме­ няться, так как его отклонение не будет устранять возникший не­ баланс и котел не придет в новое равновесное состояние. Поэто­ му котел, как объект регулирования уровня воды, имеет нулевое самовыравнивание. Действительно, изменение положения уровня не будет оказывать влияния на подвод воды в котел и отвод из; него пара. При увеличении нагрузки уровень сначала повышает­ ся, а затем начинает непрерывно снижаться. В случае уменьшения нагрузки вследствие увеличения давления произойдет конден­ сация пузырьков пара под зеркалом испарения, что вызовет сни­ жение уровня. В конечном итоге уровень начнет повышаться, т. е. сравнительно с нагрузкой изменяться в противоположном на­ правлении.

На рис. 100 показано отдельно изменение уровня воды в котлепрп увеличении нагрузки за счет небаланса вода — пар (линия 1) и паросодержания пара под зеркалом испарения вследствие уве­ личения расхода топлива (линия 2), а также действительное из­ менение уровня (линия 3) без учета самоиспарения и увеличения

15Ü

•объема пара в результате уменьшения его давления. Изменение уровня при увеличении подачи питательной воды в котел с иекп-

этому поддержание уровня в заданных пределах при любых усло­ виях эксплуатации является основным требованием надежности.

§ 37. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПИТАНИЯ

К О Т Е Л Ь Н О Й У С Т А Н О В К И

Системы автоматического регулирования питания котельной установки используют регуляторы уровня, устанавли­ ваемые на каждом котле, и регуляторы питательного насоса —

.давления или перепада давлений на регулирующем питательном клапане. Поэтому изменение расхода воды через питательный клапан определяется площадью его проходного сечения. Удель­ ный вес воды в пределах изменения ее температуры считается постоянным.

Одноимпульсные регуляторы уровня измеряют отклонение уровня от заданного значения и в зависимости от величины и зна­ ла отклонения воздействуют на питательный клапан, изменяя по­ дачу воды. Регуляторы — обычно пропорциональные, значительно реже изодромные, непрямого действия. САР с П-регулятором име­ ет характеристику регулирования со снижающимся уровнем при увеличении нагрузки котла, что для напряженных котлов может •оказаться неприемлемым. Коэффициент неравномерности регу­ лятора устанавливается в соответствии с требованиями надеж­ ности эксплуатации котла и устойчивости регулирования.

Двухимпульсные регуляторы пропорциональные, непрямого действия измеряют отклонение уровня от заданного значения и расход пара. Эти регуляторы имеют два чувствительных элемен­ та — уровня и нагрузки. САР уровня с двухимпульсными П-регу-

.ляторами могут иметь любую характеристику регулирования — со ■снижающимся, неизменным и повышающимся уровнем с увеличе­ нием нагрузки (см. § 2 0 ).

.152

САР с одноимпульсным П-регулятором имеет характеристику регулирования со снижающимся уровнем по мере увеличения нагрузки (рис. 101, а). При увеличении нагрузки уровень вслед­ ствие набухания резко поднимется, затем, постепенно снижаясь, займет положение, определяемое характеристикой регулирования. При снятии нагрузки набухание будет определять в первый мо­ мент резкое снижение уровня. Отклонения Н уровня в переход­ ных процессах могут достигнуть недопустимых величин, значительно превышающих его отклонения в статике. В результате возмо­ жен заброс воды в паропровод при увеличении нагрузки и оголе­ ние водогрейных трубок и их перегрев при сбросе нагрузки. Как

Рнс. 101. Влияние неравномерности П-регуляторов на

сах САР с двухимпульсным регулятором существенно уменьша­ ются благодаря тому, что на установившихся нагрузках уровень поддерживается неизменным, либо при минимальной нагрузке бу­ дет более низким, нежели при максимальной. Это устраняет не­ достатки, свойственные переходным процессам САР с одноим­ пульсным П-регулятором.

В стационарной энергетике применяются трехимпульсные ре­ гуляторы уровня, отличающиеся от двухимпульсных получением дополнительной информации по расходу питательной воды.

питательного насоса.

Гидравлические сопротивления питательного трубопровода при полностью открытом питательном клапане определяются линией

153

соответствующую максимальной нагрузке, и характеристикой ре­ гулирования будет прямая аб. При уменьшении нагрузки котла до 'GBуровень в конечном итоге начнет повышаться и регулятор уров­ ня будет прикрывать питательный клапан, что равносильно пово­ роту линии О — 1 вокруг точки О цротив часовой стрелки. Это лриведет к увеличению давления воды перед ним. Поэтому регулятор давления прикроет клапан подвода пара к турбине питатель­ ного насоса, уменьшая его число оборотов, что равносильно сме­ щению характеристики питательного насоса вниз (линия 2'), Рав­ новесное состояние наступит, когда характеристики насоса и пита­ тельного трубопровода пересекутся на линии аб в точке в.

Если регулируется перепад давлений на питательном клапане

ный клапан, что приведет к увеличению перепада давлений на нем. Поэтому регулятор умень­ шит частоту вращения турбины. Характеристика питательного на­ соса сместится вниз (линия 3'), до пересечения с линией сопро­ тивлений трубопровода в точке п, принадлежащей линии КЛ.

САР давления нагнетания сравнительно с САР перепада дав­ лений имеет на установившихся режимах работы котла с малы­ ми нагрузками большие потери напора на регулирующем пита­ тельном клапане и меньший спецификационный напор насоса, соответствующий максимальной производительности. Регуляторы давления являются одновременно и ограничительными регулято­ рами по частоте вращения, а регуляторы перепада давлений тре­ буют установки ограничителя открытия регулирующего питатель­ ного клапана или паровпускного регулирующего органа привода насоса.

Термогидравлический регулятор уровня одноимпульсный про­ порциональный, использует в качестве энергии тепло насыщен­ ного пара котла (см. рис. 30). Устройство и принцип его дейст­ вия описаны в § 11. Регулятор установлен на котлах судов «Сер­ гей Боткин», «Дмитрий Пожарский» и показал высокую надеж­ ность.

На рис. 103 показан термогидравлический регулятор с силь­ фонным сервомотором.

154

Положение уровня воды в котле определяется расположением по высоте измерительного устройства (импульсного генератора), а коэффициент неравномерности регулирования — углом его нак­ лона к горизонту. Угол наклона устанавливается при монтаже регулятора и в эксплуатационных условиях не меняется. При не­ обходимости понижения уровня соответственно опускают или поднимают измерительное устройство, с обеих сторон ко­ торого расположены для этой цели глухие фланцы Г.

При подготовке регулятора к пуску особое внимание уде­ ляют плотности всех соедине­ ний и отсутствию воздушных мешков в кольцевом простран­ стве измерительного устрой­ ства.

Если сервомотор располо­ жен вертикально н ниже чув­ ствительного элемента, подго­ товка осуществляется в такой последовательности. Отсоеди­ нив корпус сильфона от изме­ рительного устройства, руко­ яткой ручного управления 8 открывают питательный клапан (эксцентрик 2 перемещает верхнюю опору пружины / и шток клапана вниз), снимают крышку 3 и вынимают силь­ фон 6. 'Сильфон погружают (отверстием вверх) в ведро с дистиллятом и, сжав под водой, удаляют воздух из внут­ ренней полости. Закрывают сильфон крышкой 3 и вынима­ ют из воды за штуцер 5 отвер­ стием кверху, не допуская вы­ текания воды. Сильфон с крышкой устанавливают в го­ ловку клапана.

Затем вместо пробки Д ввертывают металлическую трубку, свободный конец ко­ торой соединен с резиновой трубкой, погруженной в сосуд,

155

тельного устройства). После этого отсасывают воздух через трубку 4 до появления дистиллята. Спустя некоторое время, пре­ рывая поток дистиллята, ставят накидную гайку на штуцер 5. Сняв металлическую трубку, медленно опускают рукоятку руч­ ного управления питательным клапаном, удаляя излишний ди­ стиллят через отверстие, закрываемое после этого пробкой Д. Наконец, открывают клапан А, соединяющий чувствительный эле­ мент с паровым пространством котла, и кран продувания В. Ког­ да регулирующий питательный клапан начнет открываться, кла­ пан Б открывают и закрывают кран В.

При работе регулятора необходимо следить за плотностью всех соединений измерительного устройства. Выявление неплотностей обычно обнаруживается по непрерывно повышающемуся уровню в котле при неизменной нагрузке. При неплотности в соедине­ нии 5 полости сильфона регулирующего клапана с измерительным устройством регулятор выключают и после устранения неисправ­ ности включают, как при начальном пуске.

Пополнение во время работы измерительного устройства дис­ тиллятом производится с помощью сосуда после удаления проб­ ки Д при закрытых клапанах Л и Б и открытом кране продува­ ния В.

После заполнения (вода должна вытекать из отверстия) рычаг управления клапана опускают вниз, пробку Д ставят на место, кран В закрывают, а клапаны А и Б открывают.

В обычных условиях эксплуатации продувание при помощи

ны на котлах судов типа «Ленинский комсомол» и «Прага». Уст­ ройство и принцип действия их были рассмотрены выше. Регу­ лятор имеет настроечные параметры — коэффициент неравномер­ ности по уровню и время сервомотора.

Устойчивое регулирование достигается при неравномерности 30—50 мм и времени сервомотора Гс=20-=-25 сек. При резком изменении нагрузки уровень будет оставаться в пределах видимой части водомерных колонок.

Подготовка регулятора к действию производится одновремен­ но с подготовкой котла. Заливают импульсную систему и полости измерительного устройства конденсатом (открывают клапаны 24, 26 и 30, закрывают клапан 23, устанавливают в среднее положе­ ние рукоятку 1 сдвоенных клапанов а и б, выворачивают пробку 31) и удаляют воздух из трех полостей измерительного устройства через специальные пробки. Затем восполняют убыль воды в им­ пульсной системе и пробку 31 ставят на место. Рукоятку 1 сдвоен­ ного клапана переводят в положение «Выключено»; медленно от­ крывают клапан 23 и проверяют исправность мембраны уровня 2 (при воздействии на рычаг 19 он должен легко покачиваться).

156

Т а б л и ц а 5

После этого закрывают разобщительный клапан 13 на питатель­ ном трубопроводе, отключающий питательный клапан 11 от котла. Клапан 30 и воздушный кран котла после появления из них пара закрывают. Питание котла осуществляется через клапан 12. Под­ готовка заканчивается включением рабочей воды на управляющее устройство 15, для чего открывают его клапаны на подводе 6 и сливе 7, включают фильтр рабочей воды, регулируют редуктор на давление 8 кгс/см2.

Прогревание и опробование проводятся в такой последователь­ ности. Рукоятку 1 устанавливают в положение «Автоматическое». Удаляют воздух из сервомотора и продувают импульсные тру­ бопроводы. После этого проверяют работу регулятора при коле­ баниях уровня воды в водомерном стекле (повышение уровня на 3—5 мм должно вызывать прикрытие питательного клапана, понижение — открытие). Затем медленно переводят рукоятку 1 сдвоенного клапана в положение «Включено», предварительно от-

157

крыв клапан на паропроводе, соединяющем котел с пароперегре­ вателем. Одновременно проверяют на ощупь температуру им­ пульсных трубопроводов 3 и 4\ она не должна превышать темпе­ ратуры окружающей среды.

Перед включением. регулятора проверяют давление воды, соз­ даваемое питательным насосом, открывают разобщительный кла­ пан 13 и одновременно закрывают клапан 12. После этого прове­ ряют положение уровня и при необходимости, например, его сни­ жения увеличивают натяжение пружины обратной связи 14 (один оборот гайки изменяет уровень на 8—10 мм).

Обслуживание регулятора во время работы сводится к наблю­ дению за уровнем в котле, за давлением питательной и рабочей воды, к проверке на ощупь температуры импульсных трубопро­ водов вблизи регуляторов н периодической продувке трубопро­ водов.

При кратковременном выключении регулятора (для прочистки сопел управляющего устройства, смены набивки сальника серво­ мотора и т. п.) открывают на требуемую величину клапан 12, за­ крывают клапаны 13 іи 7. Включение регулятора производится как описано выше.

Длительное выключение регулятора (например, вскрытие из­ мерительного устройства) требует перехода с автоматического управления питанием котла на ручное, как при кратковременном выключении регулятора. Кроме того, отключают измерительное устройство и импульсные трубопроводы от котла, для чего руко­ ятку 1 сдвоенного клапана устанавливают в положение «Выклю­ чено», последовательно закрывают клапаны 26, 24 и 23, а клапан 30 открывают, продувают импульсные трубопроводы и оставля­ ют клапан продувания открытым на время выключения регуля­ тора.

Во время длительного бездействия клапаны 23, 26 и 24, все продувательные пробки держат закрытыми, а клапан 30 — откры­ тым, сдвоенный клапан — в положении «Выключено». Перед вклю­ чением регулятора спускают воду из импульсного трубопровода

ипромывают его водой (через пробку 31), вскрывают и очищают измерительное устройство. Подключение к действующему котлу сводится к выполнению описанных ранее операций.

Возможные неисправности двухимпульсного регулятора уровня

испособы их устранения приведены в табл. 6.

Переход с автоматического управления питательным клапа­ ном на ручное осуществляется установкой обходного крана 9 в положение «Ручное управление», включением привода ручного уп­ равления клапаном И путем соединения его чекой с рычажной системой сервомотора. Воздействуя на привод ручного управле­ ния, поддерживают необходимый уровень в котле.

Одноішпульсные П-регуляторы уровня непрямого действия конструктивно отличаются от рассмотренного двухимпульсного принципиально тем, что измерительное устройство их имеет толь­ ко чувствительный элемент уровня.

158

Таблица 6

вобоих направлениях равляющего устройства ной проволокой. Клапан

159