Автоматическое управление судовых котлов

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство транспорта Российской Федерации

бюджетное образовательное учреждение

высшего и послевузовского образования

Волжский Государственный Университет Водного Транспорта

Кафедра эксплуатации судовых энергетических установок

Контрольная работа

Тема: Автоматическое управление судовых котлов

Выполнили:

Студенты группы М-512

Березин

Проверил Матвеев

Нижний Новгород 2015 год

1. Автоматическое регулирование паровых котлов

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.

топка паровой котел

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 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 устройствадолжны 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 в среднее положение. Перемещение поршня 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.

Система автоматического регулирования горения с определенной точностью обеспечивает изменение подачи топлива и поддержание заданных значений коэффициента избытка воздуха, величина которого зависит от качества форсунок, топочных фронтов и топочного устройства в целом. При автоматическом регулировании горения КПД котла на 2--3 % выше, чем при ручном.

Для общего представления о системе регулирования горения рассмотрим упрощенную схему, приведенную на рисунке:

В цилиндре сервомотора 1 движется поршень, связанный с топливным клапаном 2 и тягой шибера воздухонаправляющего устройства 8. Изменение положения шибера осуществляется при помощи углового рычага 6, качающегося на своей оси. К сервомотору подходит четыре трубопровода. Нижняя полость цилиндра сервомотора соединена с нагнетательным патрубком топливного насоса при помощи трубопровода4, верхняя полость -- со специальным клапаном при помощи трубопровода 3. Этот регулирующий клапан может располагаться в любом удобном месте котельного отделения. В верхней части цилиндра сервомотора имеется трубопровод для подвода топлива к форсунке 7 через топливный клапан 2. Трубопровод 5 служит для отвода утечки топлива из сервомотора.

Принцип действия регулирующего устройства следующий. Открывая регулирующий клапан (на схеме не показан), по трубопроводу 3 подводят топливо в верхнюю полость цилиндра сервомотора. По трубопроводу4 также подается топливо от нагнетательной магистрали топливного насоса. В результате разности верхней и нижней площади поршня создается усилие, движущее его вниз. В результате открывается шибер воздухо-направляющего устройства, поршень тянет шток топливного клапана 2 и открывает его. Мазут из верхней полости цилиндра через клапан 2 по трубопроводу подводится к форсунке 7. Давление мазута, создаваемое топливным насосом, так же как и давление в нижней полости цилиндра сервомотора, в процессе эксплуатации остается практически неизменным.

Регулируя давление в верхней полости цилиндра, уменьшают или увеличивают открытие клапана 2 и подачу топлива к форсунке 7. Одновременно регулируется подача воздуха в топку изменением положения шибера 8. Открытие шибера и топливного клапана отрегулировано таким образом, чтобы горение в топке котла происходило при минимальном коэффициенте избытка воздуха.

Топливо в верхнюю часть цилиндра сервомотора подается по трубопроводу 3 автоматически в зависимости от расхода пара. Так, с увеличением нагрузки котла подаваемого в топку топлива не хватает и, как следствие, давление пара в котле начнет понижаться. В это время регулирующий клапан на трубопроводе 3 среагирует и откроется на большую величину, что увеличит давление в верхней полости цилиндра сервомотора. Поршень пойдет вниз, и большее количество топлива и воздуха поступит в топку для сгорания. В результате этого давление в котле снова поднимется до установленного. И так процесс регулирования будет осуществляться непрерывно.

Автоматические регуляторы, в зависимости от рода рабочей среды и используемой вспомогательной энергии разделяются на гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные.

В гидравлических регуляторах используется энергия рабочей жидкости (вода, минеральное масло) давлением 0,6-- 1,0 МПа, а в пневматических -- воздух такого же давления.

В регуляторах непрямого действия применяют усилительные органы, наибольшее распространение из которых получили струйные усилители, используемые в водяных и масляных системах регулирования.

Размещено на Allbest.ru