Глава IV.

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ СУДОВЫХ ПАРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

§ 10. Автоматическая защита паровых котлов.

Основными параметрами, характеризующими работу парового котла, являются давление пара, уровень воды и коэффициент из­бытка воздуха. Если один из этих параметров превысит предельно допустимое значение, может произойти авария. В связи с этим судовые паровые котлы снабжаются устройствами аварийной сигнализации и защиты.

Понижение давления пара, которое может быть следствием резкого увеличения отбора пара из котла, само по себе не опасно, однако может привести к набуханию уровня благодаря самоиспарению котловой воды, вследствие чего вода может попасть в паровой тракт и вызвать повреждения турбомеханизмов. Однако при использовании существующих систем управления паровпускными клапанами турбин в совокупности с регуляторами давления пара в котле указанных резких падений давления пара, как правило, не происходит.

Повышение давления пара может быть, наоборот, следствием резкого уменьшения отбора пара из котла. В результате может произойти нарушение прочности котла, прежде всего - в вальцовочных соединениях водогрейных труб, сварных швах и других соединениях. Для предупреждения этого явления все котлы обязательно снабжаются предохранительными клапанами пружинного типа, стравливающими пар в атмосферу при повышении давления на 5-6 % выше номинального значения.

Повышение уровня воды в котле сверх допустимого предела, как отмечалось, может быть следствием резкого падения давления пара. Но особенно опасно сильное понижение уровня воды, которое может произойти в результате неисправностей в системе питания котла водой либо из-за свища у одной из водогрейных труб. При значительном снижении уровня нагревательные поверхности перестают охлаждаться циркулирующей пароводяной смесью, из-за чего может произойти нарушение их прочности под действием высокой температуры. Для предупреждения этой серьезной аварии судовые паровые котлы помимо водомерных колонок, основанных на принципе сообщающихся сосудов и устанавливаемых непосредственно на котле, снабжаются дистанционными указателями уровня, показывающие приборы которых устанавливаются в посту дистанционного управления установкой. Датчики дистанционных указателей уровня используются в качестве датчиков систем сигнализации и защиты котла по уровню воды. При достижении уровнем отметок, отстоящих на 15-20 мм от нижней или верхней границы видимой части водомерной колонки, срабатывает система аварийной сигнализации, привлекающая внимание оператора световыми и звуковыми сигналами. При падении уровня до нижней границы видимой части водомерного прибора срабатывает система аварийной защиты, выключающая процесс горения и исключающая тем самым возможность пожога котла. В качестве исполнительных органов системы защиты используют быстрозапорные электромагнитные клапаны, устанавливаемые на напорной топливной магистрали и прекращающие при срабатывании защиты доступ топлива в топку.

Нарушение нормального процесса горения, вызываемое резким уменьшением количества подаваемого в топку воздуха и другими причинами, может привести к сильному загрязнению топливом поверхностей нагрева и вызывает опасность взрыва в топке n:t-:ia скопления в ней несгоревшего топлива и его испарения. Для предупреждения этого явления находят применение системы автоматической защиты котлов по нарушениям процесса горения. Датчиком системы защиты может служить фотосопротивление, установленное на фронте котла и освещаемое топочным факелом. При нарушении процесса горения яркость факела уменьшается, поэтому уменьшается освещенность фотосопротивления и возрастает его электрическое сопротивление, что служит сигналом для срабатывания системы защиты, закрывающей быстрозапорный электромагнитный клапан в топливной магистрали.

При оборудовании установки котельными вентиляторами с электрическим приводом находит применение другой вариант защиты котла по нарушению процесса горения в топке, при котором быстрозапорный электромагнитный клапан в топливной магистрали включается и цепь питания двигателя вентилятора. При обесточивании этого двигателя срабатывает быстрозапорный клапан.

Для эффективной защиты котла при закрытии быстрозапорного клапана в топливной магистрали предусматривается одновременное закрытие быстрозапорного стопорного клапана, разобщающего котел от магистрали свежего пара. В противном случае, при прекращении горения в топке и продолжающемся отборе пара, давление в котле будет резко падать, что вызовет набухание уровня и заброс воды в трубопровод свежего пара.

Дистанционные указатели уровня воды в котле. В системах дистанционного измерения, сигнализации и защиты котлов по уровню находят применение мембранные датчики, снабжаемые показывающими приборами типа логометров (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Принципиальная схема дистанционного указателя уровня воды в котле мембранного типа.

На мембрану 1 действует направленная вверх сила, равная высоте столба жидкости Н между постоянным уровнем в конденсационном сосуде 2 и переменным уровнем в паровом коллекторе котла 3. Усилие, развиваемое мембраной и пропорциональное уровню воды в котле, уравновешивается грузами; при отклонении уровня это усилие вызывает поворот валика 4 и связанного с ним рычага 5, на котором закреплен токосъемник реостата 6. Изменение сопротивления R_x служит выходным сигналом датчика, воспринимаемым логометром 7. Последний имеет две скрещенные рамки, ток к которым подводится через безмоментные пружинки. Рамки вращаются между сердечником и полюсами постоянного магнита. Благодаря взаимодействию магнитных полей токов, протекающих по рамкам, с полем постоянного магнита возникают моменты сил, действующих на рамки. При увеличении сопротивления R_x ток, протекающий через одну из рамок, уменьшается, равновесие рамок нарушается и возникает их поворот, пропорциональный изменению сопротивления R_x, т. е. значению уровня воды в котле. Подвижная система логометра устанавливается между шкалой и освещающей шкалу лампой. На подвижной системе укреплен флажок, бросающий тень на шкалу. Затененная часть шкалы соответствует пространству, заполненному в коллекторе котла водой, освещенная - заполненному паром. По достижении рычагом 5 крайних положений включаются микровыключатели 8, вызывающие срабатывание устройств сигнализации и защиты.

Другой дистанционный указатель уровня - с электрогидравлическим показывающим прибором - имеет такой же измеритель, как только что рассмотренный. Измеритель через водяное усилительное реле, обычно применяемое в системах машинно-котельной автоматики, воздействует на гидравлический поршневой сервомотор. Шток сервомотора при своем движении воздействует на систему микровыключателей, смонтированных на корпусе сервомотора. Микровыключатели вызывают включение лампочек на указательной шкале уровня, размещаемой в посту дистанционного управления.

При отсутствии постоянной вахты в машинно-котельных отделениях, учитывая важность надежного дистанционного измерения уровня воды в котле, иногда устанавливают указатели уровня двух типов одновременно.