Определение управляемой величины. В процессе движения пара в парогенераторе давление его убывает в направлении движения, причем величина этого падения давления зависит от расхода пара. Поэтому для стабилизации давления необходимо решить вопрос, где давление пара должно поддерживаться постоянным. Таким местом может быть либо паропровод за котлом, либо барабан котла. Для обоих случаев зависимости между давлением и расходом пара приведены на рис. 1.
При поддержании постоянного давления в трубопроводе давление перед турбиной сохраняется примерно неизменным, однагко давление в барабане возрастает с повышением паро-производительности. Поэтому барабан приходится рассчитывать на давление, которое используется редко.
Другим фактором является пароаккумулирующий эффект котла, влияние которого характеризуется приведенными на рис. 7.2 диаграммами.
Если в качестве управляемой величины выбирают давление в барабане, то аккумулирующая способность котла благоприятно влияет на процесс стабилизации давления. При поддержании постоянного давления в трубопроводе аккумулирование пара оказывает отрицательное влияние.
Передаточные функции объекта регулирования. Для описания процесса управления давлением пара в объекте, являющегося в действительности чрезвычайно сложным, на практике применяется упрощенный метод, в соответствии с которым общий процесс разбивается на участки генерирования, аккумулирования и движения пара.
Воздействие на давление пара в котле может оказываться как на стороне генерирования пара, так и на стороне его отбора. С точки зрения удобства управления более целесообразен первый из этих двух методов.
а) Участок генерирования пара. При нормальном уровне воды в барабане котла количество генерированного пара определяется тепловой мощностью, высвобождающейся в системе горения топлива и определяемой количеством топлива, подводимого в единицу времени.
Для равномерного распределения тепловой мощности по топочному пространству обычно предусматривается несколько форсунок.
Рис. 1. Зависимости между давлением и расходом пара котла с естественной циркуляцией:
Применяются различные конструкции форсунок, среди которых основными являются механические, вращающиеся и паромеханические. При производительности форсунки до 250 кг/ч расход топлива в топку изменяют дискретно путем включения и отключения или ступенчатого изменения режима работы форсунок. В более крупных котельных установках применяются форсунки с возможностью непрерывного регулирования расхода топлива. Для того чтобы котел мог работать во всем диапазоне нагрузки без изменения числа включенных форсунок, предпочтение отдают конструкциям с максимальным Диапазоном регулирования. Глубина регулирования форсунок современных котлов достигает в настоящее время 1 : 15.
Рис. 2. Диаграмма движения сигналов объекта регулирования давления пара котла с естественной циркуляцией.
На рис. 2 изображена соответствующая блок-схема упрощенной (дискретной) модели последовательных участков. Как уже упоминалось, параметры и в известной мере зависят от нагрузки котла.
Автоматическое управление давлением пара. а) Управление давлением в трубопроводе. Непрерывное управление давлением пара судовых котельных установок осуществляется преимущественно по принципиальной схеме, изображенной на рис. 3. При астатическом регуляторе давление на выходе из котла поддерживается неизменным независимо от его паропроизводительности. Правда, при этом аккумулирующая способность котла оказывает неблагоприятное действие, но вследствие хорошей управляемости его паропроиз-водящей части, в большинстве случаев достигается удовлетворительная точность стабилизации.
Однако существует также возможность поддерживать постоянное давление внутри котла при сохранении давления в трубопроводе в качестве регулируемой величины. Для этой цели применяется регулятор давления с П-характеристикой. Соответствующим расчетом коэффициент неравномерности его характеристики можно сделать Равным относительному падению давления в пароперегревателе, которое пропорционально квадрату паропроизводительности. Однако ввиду того, что этого можно достичь воздействием только на единственный настроечный параметр регулятора, качество регулирования остается низким.
б) Управление давлением в барабане. С повышением параметров пара, как правило, ухудшается управляемость паропроизводящей части котла. С другой стороны, требования к качеству управления постоянно повышаются. Поэтому рекомендуется, в особенности для главных парогенераторов, выбирать в качестве управляемой величины давление в барабане. Блок-схема такого контура управления изображена на рис. 4.
Рис. 3. Управление давлением в трубопроводе.
Для регулятора давления целесообразна ПИ-характеристика. Введение Д-составляющей дает известное улучшение качества регулирования, но приводит к значительному перерегулированию и, следовательно, к ухудшению работы топки, ввиду чего эта возможность, как правило, не используется. В противоположность этому
Рис. 4. Управление давлением в барабане с дополнительным воздействием внешнего возмущения.
целесообразно подвести к регулятору дополнительный импульс по основному возмущающему воздействию — расходу пара. Этим можно достигнуть значительного улучшения характеристики управления при изменениях паропроизводительности котла, имеющих место при изменении скорости судна. Незначительное ухудшение переходного процесса при неполадках подвода топлива в большинстве случаев существенного значения не имеет.