Принципиальные схемы регулирования уровня
Для регулирования уровня в барабанах паровых котлов применяются регуляторы прямого и косвенного действия, построенные по разным принципиальным схемам. Однако основная масса современных энергетических котлов среднего и высокого давления на районных электростанциях автоматизирована с помощью стандартных электронных авторегуляторов производства МЗТА, РПИБ, РПИК и др.
На практике получили распространение авторегуляторы уровня, имеющие следующие основные схемы:
а) Пропорциональные регуляторы прямого и косвенного действия, осуществляющие закон П-регулирования и получающие только одно регулирующее воздействие — по уровню в барабане — «одноимпульсные» регуляторы. Они работают с неравномерностью, поэтому поддерживают уровень в зависимости от нагрузки: при повышении нагрузки уровень
По устаревшей терминологии, оставшейся только применительно к регуляторам уровня, регуляторы разделяются в зависимости от числа сигналов («импульсов»), подводимых от чувствительных элементов к регулирующему прибору, на «одноимпульсные», «двухимпульсные» и «трехимпульсные». Соответственно с установиншнмся в настоящее время понятием под «импульсом» подразумевается кратковременное единичное воздействие на регулятор. В связи с распространением регуляторов, действующих последовательными толчками— импульсных регуляторов, рассматриваемый термин приобрел другое значение.
понижается, а при уменьшении нагрузки повышается. Свойство пропорциональности у регуляторов косвенного действия достигается вводом жесткой обратной связи, которая обычно выполняется по положению регулирующего органа и более редко — по расходу питательной воды.
б) Комбинированные регуляторы, действующие по отклонению регулируемого параметра — уровня и по возмущению, возникающему при изменении паровой нагрузки котла (двухимпульсные регуляторы).
в) Комбинированные регуляторы, действующие при отклонении уровня и паровой нагрузки, с жесткой обратной связью по расходу питательной воды (трехимпульсные регуляторы).
В случае применения электронных регуляторов системы ВТИ (типа РПИК, РПИБ .и др.) в схеме используется устройство упругой обратной связи регулирующего прибора. Применение упругой обратной связи в схем регулятора уровня улучшает динамические качества процесса регулирования. Подавляющее количество котлов на электростанциях снабжено регуляторами питания, выполненными по этой схеме.
г) Изодромные регуляторы, получающие командный сигнал по отклонению уровня и снабженные устройством упругой обратной связи. В установившихся состояниях изодромные регуляторы поддерживают одинаковый уровень, независимо от нагрузки котла, но качество регулирования при их применении уступает качеству, обеспечиваемому «трехимпульсными» регуляторами. В частности, применение регулятора, выполненного по такой схеме, приводит к значительным по величине колебаниям расхода питательной воды. В связи с этим «одноимпульсные» изодромные регуляторы уровня широкого применения не нашли.
д) Существует также схема с последовательной установкой двух регуляторов: пропорционального регулятора уровня и регулятора, поддерживающего постоянную разность давлений по обе стороны клапана регулятора уровня, называемого обычно дифференциальным регулятором давления. При такой схеме дифрегулятор ликвидирует внутренние возмущения, возникающие на регуляторе уровня при колебаниях давления воды в питательных линиях. Однако из-за сложности и пониженной надежности эта схема редко применяется на практике.
| Рис. 1-2 Принципиальная схема и статическая характеристика автоматических регуляторов питания барабанных паровых котлов пропорционального типа. |
Пропорциональные регуляторы уровня находят применение для автоматизации котлов низкого и среднего давления небольшой мощности. На современных мощных котлах высокого давления эти регуляторы не применяются из-за неблагоприятных динамических характеристик объекта регулирования: величина неравномерности, необходимой для устойчивой работы системы на этих котлах, обычно превышает диапазон колебаний уровня, допустимый по условиям эксплуатации котла. Принципиальная схема и статическая характеристика регулирования при пропорциональном регуляторе показаны на рис. 1-2.
В качестве примера на рис. 1-3 изображена конструктивная схема термостатного регулятора уровня прямого действия, работающего по закону П-регулирования. К достоинствам термостатных регуляторов относятся большая простота и высокая надежность действия, а к недостаткам — начительное время запаздывания чувствительного элемента (термостата) при отклонении уровня и небольшая величина развивающего им усилия. Основная часть термостата выполнена в виде стальной или латунной трубки /, концы которой заделаны в колена 2 а 3 со штуцерами для присоединения трубопроводов 4 и 5. Термостат смонтирован в раме из швеллеров, устанавливаемой около котла, на уровне верхнего барабана. Трубопроводы 4 и 5 соединяют чувствительную трубку с паровым и водяным пространствами барабана. Чувствительная трубка установлена наклонно с таким расчетом, чтобы при высшем уровне в барабане она заполнялась водой, а при низшем — паром. При работе котла в чувствительной трубке всегда имеется уровень, выше которого находится пар, а ниже — вода. Положение уровня в барабане и в термостате изменяется одновременно.
Действие термостата основано па удлинении металла при повышении температуры. Верхняя часть трубки нагревается до температуры, близкой к температуре насыщения пара. Нижняя часть трубки заполнена водой, температура которой из-за охлаждающего действия окружающего воздуха ниже температуры пара. При понижении уровня длина прогретого паром участка чувствительной трубки увеличивается за счет сокращения охлаждаемого водой нижнего участка. В результате средняя температура металла чувствительной трубки повышается и длина ее увеличивается за счет термического удлинения. Величина удлинения трубки зависит от коэффициента термического удлинения металла. Например, для стали этот коэффициент равен 1,2 мм/м на 100° С, а для латуни он равен примерно 2,5 мм/м па 100° С. При перемещении уровня по всей длине чувствительной трубки от высшего до низшего предела длина стального термостата увеличивается примерно на 2 мм.
Нижнее колено 3 термостата закреплено неподвижно в раме, а верхнее 2 может свободно перемещаться вдоль оси термостата и имеет шарнир, связанный с коротким плечом углового рычага 6.
Рис. 1-3. Схема термостатного пропорционального авторегулятора уровня.