Выбор управляемой величины. Задача управления горением топлива заключается в поддержании требуемого соотношения между расходом воздуха и топлива. При этом трудно сразу решить, по какому критерию следует производить оценку качества сгорания. Несомненно, что лучшим был бы метод управления по к. п. д. котла г)к. Однако непосредственное измерение к. п. д. невозможно и его приходится рассчитывать по нескольким измеренным параметрам, что требует значительных затрат.
Косвенный метод определения избытка воздуха основывается на непрерывном анализе дымовых газов на процентное содержание 02 или С02. На основе имеющейся связи между к и содержанием 02 или С02 для любой системы горения топлива можно найти значение этих параметров, соответствующее оптимальному сгоранию, которое поэтому должно поддерживаться по возможности постоянным.
Ввиду указанных трудностей во многих случаях условия оптимальности не выполняются и используются легче поддающиеся измерению вспомогательные переменные, такие как расход топлива или пара, а в простых случаях также и положение топливного управляющего органа, и по ним устанавливается соответствующий расход воздуха. Управляемой величиной в этом случае является расход воздуха, который на практике измеряется по перепаду давления на воздухоподогревателе.
Традиционные способы управления горением. В котельных установках малой паропроизводительности расход воздуха непосредственно приводится в соответствие с расходом топлива, что в простейшем случае реализуется жесткой связью управляющих органов.
В случае так называемых комбинированных форсунок соотношение расходов достигается с помощью профилированного кулачка, связанного с переставляющим рычагом топливного управляющего органа. Профилированный кулачок управляет регулирующим органом подвода воздуха. Очевидно, что с помощью такого решения может быть достигнута лишь незначительная точность поддержания соотношения расходов топлива и воздуха.
Блок-схема регулирования соотношения между расходами топлива и воздуха изображена на рис. 1.
Рис. 1. Простое управление горением (управление“ соотношением топлива и воздуха).
Более совершенное решение задачи управления горением, иллюстрируется с помощью схемы. С помощью дифференциального регулятора давления поддерживается постоянный перепад давления на топливном клапане. Положение топливного клапана является показателем расхода топлива и используется в качестве задающего параметра для предварительного управления расходом воздуха. Для согласования характеристик регулирующих органов управления расходом топлива и воздуха или же для учета различных характеристик топлива при необходимости включается промежуточная управляющая нелинейность. Основной управляемой величиной следует считать содержание 02 в дымовых газах, результат измерения которого подводится к регулятору расхода воздуха. Таким образом, здесь имеет место управление с введением возмущающего воздействия.
Рис. 2. Схема многоконтурного управления горением (каскадное регулирование).
Косвенные методы требуют наличия хорошо функционирующего управления давления пара. Улучшение к. п. д., достигнутое с помощью управления давлением также приводит к снижению необходимого расхода топлива. В качестве эквивалентных управляемых величин для экстремального управления в первую очередь можно использовать отношение между расходами пара и топлива или только расход топлива.
Рис. 3. Упрощенная блок-схема экстремального управления горением.
ЭР — экстремальный регулятор; ВК — выключатель; RKB — обычный контур регулирования расхода воздуха; RKp — контур регулирования
Экстремальное управление процессом горения. Упрощенная структурная схема системы оптимального управления процессом горения топлива приведена на рис. 3. Как видно, расход топлива qT является, с одной стороны, управляющим воздействием для контура управления давлением RKP, а с другой — он определяет необходимый теоретический расход воздуха qB mln. Блок Sr выражает действующие стохиометрические зависимости для горения топлива. С учетом действительного расхода воздуха qB получается коэффициент избытка воздуха К.
Последовательно включенный блок экстремальной характери-стики выражает величину теплоты сгорания, обеспечиваемую управлением горения. При этом переменная 2 символизирует возмущающие воздействия, вызываемые количественными и качественными потоками топлива, воздуха и пара и приводящие к смещению экстремальной характеристики.
Система управления горением включает в себя, во-первых, обычный контур стабилизации RK„ для поддержания постоянного отношения между расходом топлива и воздуха.
В установившемся режиме (постоянное давление пара) через выключатель ВК подключается экстремальный регулятор ЭР, который путем систематического поиска постоянно определяет оптимальное задающее воздействие для обычной системы стабилизации расхода воздуха.
Построение экстремальных регуляторов производится на основе различных принципов. Среди них для практического применения наиболее подходящим является регулятор с памятью, сохраняющей экстремальные значения.
В заключение следует заметить, что с помощью экстремальных регуляторов можно осуществить аналогичную оптимизацию двигателей внутреннего сгорания, в особенности главных судовых дизелей.