Системы автоматического регулирования питания котла водой.

Ручное управление современными судовыми паровыми котлами очень затруднительно, а работа по оптимальным техническим показателям невозможна из-за интенсивности процессов, происходящих в котлах. Автоматизированные котлы работают значительно эффективней и надежней, кроме того, облегчаются условия работы обслуживающего персонала, что позволяет сократить численный состав машинных команд.

В процессе работы паровой котел должен непрерывно вырабатывать пар определенных параметров (давления и температуры). Количество пара, отводимого от котла, зависит от работы потребителей, но не должно превышать его номинальной паропроизводительности. Качественные характеристики работы парового котла, т. е. его основные параметры, должны оставаться практически неизменными во времени или изменяться незначительно.

Основными параметрами, характеризующими работу котла, являются следующие: давление пара; температура перегретого пара; уровень воды в паровом котле; давление или разрежение газов в топке котла; соотношение между количеством сжигаемого топлива и воздуха, подаваемого в топку котла (соотношение топливо–воздух). Кроме основных, существует много регулируемых вспомогательных параметров, которые характеризуют работу механизмов и систем, обслуживающих котел, например, давление и температура мазута перед форсунками, давление и температура питательной воды, ее солесодержание и т. д.

Работой котла управляют при помощи регулирующих органов, которые, перемещаясь при изменении нагрузки в определенное положение, обеспечивают своевременное изменение заданных значений регулируемых параметров. Это возможно осуществить лишь при постоянном или периодическом измерении величины каждого из регулируемых параметров и передачи импульсов к регулирующему органу. Автоматическое регулирующее устройство, имеющее измеритель величины регулируемого параметра, автоматически воздействует на один или несколько регулирующих органов, от положения которых зависит величина измеряемого параметра.

Судовые паровые котлы представляют собой сложный объект регулирования, состоящий из нескольких аккумуляторов энергии и материальной среды.

Автоматическое регулирующее устройство и связанный с ним аккумулятор энергии образуют контур регулирования, представляющий собой замкнутую цепь воздействий: от измерителя к регулирующему органу, действующему на объект регулирования (котел или его участок), и от него, через измененный параметр – опять к измерителю. Такая схема контура характерна для всех систем автоматического регулирования. Связь между звеньями контура представлена ниже на схеме автоматической системы регулирования с регулятором непрямого действия.

Число контуров регулирования зависит от количества регулируемых параметров. Совокупность контуров регулирования образует систему автоматического регулирования.

В котлах с естественной циркуляцией автоматизация всех процессов осуществляется при помощи следующих систем:

- автоматического регулирования питания котла (обеспечивающей поддержание необходимого уровня воды в пароводяном барабане);

- автоматического регулирования горения (управляющей подачей топлива и воздуха и обеспечивающей заданное давление пара в котле);

- регулирования температуры перегретого пара (поддерживающей заданное значение температуры на всех режимах работы котла).

Главные и вспомогательные водотрубные котлы ответственного назначения согласно Правилам Регистра СССР должны иметь систему автоматического регулирования питания и горения. Для остальных котлов автоматическое регулирование рекомендуется. У всех паровых котлов должно быть также и ручное управление.

Системы автоматического регулирования должны с установленной точностью поддерживать оптимальные значения регулируемых параметров на всех режимах работы котла. Переход с одного режима работы на другой не должен сопровождаться резкими колебаниями регулируемых параметров. Учитывая специфические условия работы (крен, дифферент, вибрация и т. п.), системы должны отличаться высокой надежностью в работе, иметь малые габаритные размеры и небольшую стоимость, а также быть несложными в обслуживании. При выходе из строя системы регулирования исполнительные органы должны принимать положение, безопасное для дальнейшей работы котлов.

Системы автоматического регулирования должны иметь защитные и сигнализирующие устройства, срабатывающие при отклонении регулируемых параметров от заданных значений. Защитные устройства должны автоматически прекращать подачу топлива к форсункам при достижении нижнего предельного уровня воды и неисправностях в системе отопления котла. После срабатывания автоматики котел включают вручную.

Устройства контроля и сигнализации должны срабатывать при понижении уровня воды до нижнего предельного уровня, повышении уровня воды до верхнего предельного уровня, неисправностях в системах автоматического регулирования и устройствах защиты, неисправностях в системе отопления котлов. Сигнализация по низшему предельному уровню должна действовать раньше, чем сработает устройство защиты.

Если наблюдение за работой котла производится с центрального поста управления, туда должно быть выведено минимально необходимое количество приборов контроля и сигнализации.

Регулирующие устройства (регуляторы) поддерживают заданные значения регулируемых параметров на всех режимах работы котла. Они состоят из следующих основных частей:

- измерительного органа, измеряющего регулируемый параметр и преобразующего его отклонения от заданного значения в механические перемещения, усилия или электрические величины (импульсы);

- регулирующего органа, предназначенного для изменения расхода материальной среды;

исполнительной связи между указанными выше органами.

Регуляторы бывают прямого и непрямого действия. В регуляторах прямого действия измерительный орган непосредственно приводит в движение регулирующее устройство. Они очень просты по конструкции. Однако часто для получения необходимых перестановочных усилий требуются большие размеры измерительного органа, что в судовых условиях неприемлемо. Поэтому в судовых котельных установках в основном применяют регуляторы непрямого действия, в которых импульс, воспринимаемый измерительным органом, усиливается в результате подвода вспомогательной энергии от постороннего источника.

У регуляторов непрямого действия имеются следующие дополнительные звенья:

- усилительный орган, в котором слабый импульс измерительного органа усиливается вспомогательной энергией. Он обычно жестко связан с измерителем и управляет подводом вспомогательной энергии;

- сервомотор, служащий для преобразования вспомогательной энергии, подводимой к нему, в механическую работу, затрачиваемую на приведение в действие регулирующего органа;

- стабилизирующий орган, осуществляющий стабилизацию процесса регулирования благодаря использованию обратных связей.

Обратные связи бывают жесткими и гибкими. В жестких используют рычажные и пружинные звенья, которые повышают устойчивость системы регулирования. Гибкие обратные связи, кроме того, снижают или полностью ликвидируют неравномерность регулирования. Их называют изодромом, а регуляторы с гибкими связями –изодромными.

Схема одного из таких регуляторов приведена на рисунке выше. Принцип его действия заключается в следующем. При понижении уровня воды в котле 2 он понизится и во внутренней трубе термогидравлического элемента 3, а следовательно, большая часть ее будет заполнена паром. Это приведет к тому, что давление пара дистиллированной воды в кольцевом пространстве наружной трубы и связанной с ним импульсном трубопроводе 4 возрастет, в результате чего измерительный орган 5 переместит влево подвижную струйную трубу 6 усилительного устройства. Рабочая жидкость через левое сопло и трубопровод 12 поступит в верхнюю полость сервомотора 13 и переместит его поршень вниз. Регулирующий клапан 1 откроется, и питательная вода поступит в котел 2.

При повышении уровня воды в котле в системе регулирования происходит обратный процесс. Изодром 10 представляет собой цилиндр с поршнем и штоком, соединенным с рычажной связью 8, которая при помощи пружинной обратной связи 7 связана со струйной трубой. Полости изодрома соединены между собой трубой с дроссельным клапаном, а поршень со стороны штока нагружен цилиндрической пружиной. Кроме того, одна полость цилиндра изодрома соединена трубопроводом 9 с усилителем, а вторая – трубопроводом 11 с сервомотором.

При понижении уровня воды в котле поршень сервомотора опустится и вытеснит часть рабочей жидкости, которая по трубопроводу 11 перетечет в левую полость цилиндра изодрома и переместит поршень вправо. Его шток через рычаг 8 и пружинную обратную связь 7 возвратит подвижную струйную трубу всреднееположение.Перемещениепоршня сервомотора,а с ним и регулирующего клапана прекратится, так как часть рабочей жидкости перетечет через дроссельный клапан из одной полости изодрома в другую и через некоторое время давление в трубопроводах 9 и 11 сравняется. После этого поршень изодрома под действием своей пружины переместится влево на некоторую величину, что приведет к повторному смещению влево подвижной струйной трубы 6. Регулирующий клапан приоткроется еще немного, и остаточная неравномерность регулирования ликвидируется.