Система регулирования питания прямоточного котла Советский патент 1987 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к теплоэнергетической технике и может быть использовано для регулирования питания прямоточных котлов, имеющих два или более параллельных трубопроводов питания.

Цель изобретения - повышение экономичности и быстродействия системы.

На фиг. 1 приведена структурная схема системы регулирования питания прямоточного котла с двумя трубопроводами; на фиг. 2 - диаграммы сигналов, иллюстрирующие работу системы.

Система содержит первый 1 и второй 2 датчики перепада давления, первый 3 и второй 4 питательные клапаны, первый 5 и второй 6 трубопроводы, питательный насос 7, регулятор 8 производительности, блок 9 выделения минимального сигнала, задат- чиу 10 производительности, первый 11 и второй 12- регуляторы расхода воды, первый 13 и второй 14 исполнительные механизмы, первый 15 и второй 16 датчики расхода воды, первый 17 и второй 18 задатчики, сглаживающий фильтр 19, источник 20 постоянного сигнала, контакты 21 и 22 путевых выключателей и контакты 23 и 24 концевых выключателей, первого 13 и второго 14 исполнительных механизмов, первый 25 и второй 26 резисторы, конденсатор 27 и основной трубопровод 28.

На диаграмме (фиг. 2) приняты следующие обозначения: ф - перемещение выходных органов исполнительного механизма 13 (или 14) наиболее открытого клапана 3 (или 4); - выходной сигнал сглаживающего фильтра 19;3е„ и Х - состояние контактов путевого и концевого выключателей 21 и 23 (или 22 и 24).

Система (фиг. 1) содержит датчики 1 и 2 перепадов давления на регулирующих питательных клапанах 3 и 4, установленных на трубопроводах 5 и 6, питательный насос 7, регулятор 8 производительности питательного насоса, блок 9 выделения минимального сигнала, задатчик 10 производительности регулятора 8 производительности питательного насоса 7, регуляторы 11 и 12 расхода воды, формирующие закон регулирования, исполнительные механизмы 13 и 14, датчики 15 и 16 расхода воды в трубопроводах 5 и 6, задатчики 17 и 16 регуляторов расхода воды, сглаживающий фильтр 19, источник 20 постоянного сигнала, контакты 21 и 22 путевых выключателей 22 «больше исполнительных механизмов 13 и 14, контакты 23 и 24 концевых выключателей «больше исполнительных механизмов 13 и 14.

В состав сглаживающего фильтра 19 (фиг. 1), например апериодического, входят первый 23 и второй 24 контакты концевых выключателей «больше исполнительных механизмов 13 и 14, первый 25 и второй 26 резисторы и конденсатор 27. Выпускаются приборы, например прибор типа БДС, в ко

0

5

0

5

0

5

0

5

торых сглаживающий фильтр 19 и источник 20 постоянного сигнала объединены в одном функциональном блоке. Датчики 1 и 2 перепадов давлений подключены к блоку 9 выделения минимального сигнала. Блок 9 и задатчик 10 подключен к регулятору 8 производительности питательного насоса 7. Источник 20 постоянного сигнала может с помощью контактов 21 и 22 путевых выключателей подсоединяться к информационному входу сглаживающего фильтра 19.

В сглаживающем фильтре 19 параллельно второму резистору 26 подключены контакты 23 и 24 концевых выключателей 23 и 24.

Регулятор 11 расхода воды через исполнительный механизм 13 связан с регулирующим клапаном 3. К входам регулятора 11 подсоединены датчик 15 расхода воды и задатчик 17. Регулятор 12 расхода воды через исполнительный механизм 14 связан с регулирующим клапаном 4. К входам регулятора 12 подсоединены датчик 16 расхода воды и задатчик 18. Контакты 21 и 22 путевых выключателей в исходном состоянии разомкнуты. Источник 20 постоянного сигнала является источником напряжения. В качестве источника 20 постоянного сигнала можно использовать источник токового сигнала, тогда необходимо применить размыкающие последовательно соединенные контакты путевых выключателей, щунтирующие токовый сигнал. Современные исполнительные механизмы имеют путевые и концевые выключатели, выполненные на микровыключателях с размыкающими и замыкающими контактами.

Система работает следующим образом.

Регуляторы 11 и 12 расходов с помощью исполнительных механизмов 13 и 14, соединенных с регулирующими питательными клапанами 3 и 4, управляют подачей воды от насоса 7 каждый по своему трубопроводу 5 и 6 в соответствии с сигналами от задат- чиков 17 и 18.

Регулятор 8 производительности насоса 7 работает в трех режимах.

Первый режим обычно наблюдается на низких нагрузках, когда положение выходных органов исполнительных механизмов 13 и 14 не достигает уставок срабатываний контактов 21 и 22 путевых выключателей В этом режиме регулятор 8, получая сигнал от задатчика 10 и сигнал по минимальному из перепадов давлений на регулирующих питательных клапанах 3 и 4, сформированный с помощью блока 9 выделения минимального сигнала и датчиков I и 2, управляет насосом 7, поддерживая минимальный перепад давлений на клапанах 3 и 4, в соответствие с сигналом от задатчика 10. Такой режим характерен для известной системы, работа предлагаемой системы аналогична работе известной системы.

Второй режим работы регулятора 8 связан с перемещением выходных органов исполнительных механизмов 13 и 14 до срабатывания контактов 21 и 22 путевых выключателей или хотя бы одного из них. Такой режим работы регулятора 8 обусловлен тем, что, стремясь повысить экономичность энергоблока, оперативный персонал устанавливает по возможности наименьшее значение задающего сигнала от задатчика 10.

Для повышения экономичности путевые выключатели настраиваются (фиксируются) в таком положении, чтобы оставалось несколько процентов хода до концевого выключателя для создания запаса на регулирование (запас делается минимальным, но таким, чтобы исполнительный механизм 13 (или 14) в базовом режиме работы энергоблока не доходил в процессе работы до концевого выключателя). Сглаживающий фильтр 19 представляет собой апериоди- .ческое звено. При замыкании контактов 21 и 22 путевых выключателей (или хотя бы одного из них) на вход фильтра 19 скачком поступает сигнал с выхода источника 20 постоянного сигнала и на выходе фильтра 19 начинает расти сигнал, который поступает на третий вход регулятора 8 (фиг. 1 и 2) в виде дополнительного задающего сигнала. В результате регулятор 8 увеличивает загрузку насоса 7. При этом увеличиваются расходы воды в трубопроводах 5 и 6 и регуляторы 11 и 12, восстанавливая их, с помощью исполнительных механизмов 13 и 14 прикрывают клапаны 3 и 4 до тех пор, пока исполнительный механизм 13 (или 14) наиболее открытого клапана 3 (или 4) не сходит с путевого выключателя. В этот момент оба контакта 21 и 22 оказываются разомкнутыми (или одни из них разомкнуты ранее, или вообще не замыкался). В результате этого источник 20 постоянного сигнала отключается от входа фильтра 19. Вслед за этим сигнал на выходе фильтра 19, а это дополнительный задающий сигнал для регулятора 8, уменьшается по экспоненте с постоянной времени Т, которая является параметром настройки фильтра 19 в соответствие с уменьшением задающего сигнала. Насос 7 медленно разгружается. Расходы воды в трубопроводах 5 и 6 стремятся к уменьшению и регуляторы 11 и 12, восстанавливая их, открывают клапаны 3 и 4 до тех пор, пока исполнительный -механизм 13 (или 14) не доходит до путевого выключателя.

В результате предлагаемая система работает в автоколебательном режиме. В этом случае выходной орган исполнительного механизма 13 (или 14) наиболее открытого клапана 3 (или 4), а вместе с ним и исполнительный механизм 14 (или 13) второго питательного клапана 4 (или 3), совершают медленные колебания с небольшой амплитудой относительно уставки путевого выключателя. В результате этого система на вы

5

0

5

0

0

5

0

5

соких нагрузках энергоблока (в базовых режимах) работает с максимально открытыми клапанами 3 и 4, что обеспечивает наивысшую экономичность при одновременном обеспечении запаса устойчивости системы. При этом все регулирующие питательные клапаны 3 и 4 находятся в одинаковом (регулирующем) режиме, так как яи один из них не находится в концевом выключателе. Это позволяет избежать существенного ухудшения температурного режима поверхности нагрева на одном трубопроводе 5 (или 6). Чтобы частота включений, исполнительных механизмов 13 и 14 в предлагаемой системе не намного превыщала частоту включений известной системы, первый параметр настройки - постоянная времени Т, фильтра 19 выбирается достаточно большой, например 300-400 с. Вторым параметром настройки системы является уровень выходного сигнала источника 20. Допускается увеличение частот включений исполнительных механизмов 13 и 14 на 10-20%.

Предлагаемая система с фильтром 19, источником 20 постоянного сигнала и контактами 21 и 22 путевых выключателей, хотя и обеспечивает наивысшую экономичность, но не решает проблему повышения быстродействия, т. е. быстрого набора нагрузки (точнее решает далеко недостаточно), так как она действует весьма медленно.

Для быстрого набора нагрузки, когда исполнительные механизмы 13 и 14 открываются до срабатываний концевых выключателей (один или оба - третий режим работы системы), в систему дополнительно введены замыкающие контакты 23 и 24 концевых выключателей, шунтирующие второй резистор 26 сглаживающего фильтра 19. При замыкании хотя бы одних контактов 23 (или 24) щунтируется второй резистор 26 фильтра 19 и его постоянная времени изменяется со значения Т на Го, причем Га во много раз меньше Т. В результате этого скорость нарастания сигнала на выходе фильтра 19 увеличивается приблизительно в раз. Выходной сигнал фильтра 19 нарастает потому, что одни из контактов 21 (или 22, или оба) в этом режиме уже замкнуты.Нарастание задающего сигнала на регуляторе 8 происходит в несколько раз быстрее. Это сопровождается быстрым кагру- жением насоса 7 и прикрытием клапанов 3 и 4 регуляторами 11 и 12 до тех пор, пока исполнительный механизм 13 (или 14) наиболее открытого клапана 3 (или 4) не сходит с концевого выключателя. После этого сие-, тема работает во втором режиме, так как описано.

На фиг. 2 изображены процессы перемещения ф выходного органа исполнительного механизма 13 (или 14) наиболее открытого клапана 3 (или 4), изменение сигнала L IQ на выходе сглаживаюпдего фильтра 19, со

стояния 1 онтактов 21 (или 22) путевого выключателя, состояние Х контактов 23 (или 24) концевого выклЕОчателя (замкнутые контакты - логическая единица, разомкнутые - логический нуль). Путевой выключатель настроен на 90% открытия, концевой - на 95%, запас на регулирование составляет (95-90) - 5%. Для упрощения процесс перемещения ф изображен (аппроксимирован) в виде гладкой линии, фактически из-за работы релейного регулятора эта линия ступенчатая (фиг. 2, участок а-б)

На участке наблюдается первый режим работы системы, на участках и /12-/16 - второй режим, на участке /12 - третий режим. Второй режим характерен тем, что появление и изменение сигнала на выходе фильтра 19 связано с замыканием и размыканием контактов 21 (или 22) одного из путевых выключателей, а третий режим тем, что изменение сигнала на выходе этого же фильтра 19 дополнительно связано с замыканием контактов 23 (или 24) одного из концевых выключателей. На участке /1-/11 (фиг. 2) система работает в автоколебательном режиме: в момент /i замыкаются контакты 21 (или 22) путевого выключателя и сигнал на выходе фильтра 19 растет по экспоненте. За счет инерции системы контакты 21 (или 22) путевого выключателя размыкаются не мгновенно, а в момент /2, причем исполнительный механизм 13 (или 14) перемещается ниже уставки 90%. Сигнал на выходе фильтра 19 начинает уменьшаться по экспоненте и, как следствие, исполнительный механизм 13 (или 14) перемещается на открытие, пока не достигнет путевого выключателя в момент /з и далее картина автоколебательного процесса повторяется. В момент /9 начинается набор нагрузки энергоблока. В результате чего в момент /ю срабатывает концевой выключатель и замыкаются контакты 23 (или 24) и на участке /II-/12 сигнал на выходе фильтра 19 начинает быстро расти, потому что с помощью контактов 23 (или 24) изменяется постоянная времени с Т на TZ, которая в несколько раз меньще Ti. В результате быстрого погружения насоса 7 исполнительный механизм 13 (или 14) наиболее открытого регулирующего питательного клапана 3 (или 4) быстро схо- дит с концевого выключателя в момент /i2 и далее система переходит снова на второй режим работы (если нагружение энергоблока продолжается, то третий режим может неоднократно повторяться).

Таким образом, благодаря дополнительному источнику постоянного сигнала и сглаживающему фильтру, соединенных с путевыми выключателями при высоких нагрузках энергоблока, которые являются преобладающими, обеспечиваются наибольщие откры- тия регулирующих питательных клапанов до уровня, на который настроены путевые выключатели за счет автоколебательного

0

5 0 5

0

5

режима, причем максимально открытый клапан имеет минимально необходимый запас на регулирование. Тем самым достигается первая поставленная цель - повышение экономичности по сравнению с известной системой. При повышенных нагрузках благодаря соединению концевых выключателей с управляющими входами сглаживающего фильтра обеспечивается быстрый набор нагрузки и тем самым достигается вторая поставленная цель - повышение быстродействия системы. При низких нагрузках энергоблока (их вес по времени невелик) запас на регулирование клапанов заведомо обеспечивается, сигнал на выходе сглаживающего фильтра равен нулю и работа предлагаемой системы не отличается от известной.

Предлагаемая система реализуется на серийной аппаратуре. В качестве сглаживающего фильтра 19 более целесообразно использовать интегратор, хотя это и усложняет систему. Интегратор должен соответствовать определенным требованиям: иметь устройство для суммирования двух сигналов к одному из входов которого с малым коэффициентом усиления постоянно подсоединен источник постоянного сигнала, а к другому входу - этот же источник постоянного сигнала заведен через контакты путевых выключателей с изменением полярности. Его выходной сигнал должен быть однополяр- ным. Преимущество применения интегратора в том, что скорость уменьшения сигнала на его выходе, а следовательно, и частота включений исполнительных механизмов в автоколебательном режиме не зависит от сигнала задания регулятору производительности насоса. В случае, когда сглаживающий фильтр выполнен как апериодическое звено, автоколебательные процессы (фиг. 2) состоят из участков экспонент, при использовании интеграторов - из отрезков прямых линий.

В качестве сглаживающего фильтра можно применить также и другие звенья, например интегрально-дифференцирующее и т. д. Целесообразность их применения должна обосновываться теоретическими исследованиями на основе критериев экономичности.

Формула изобретения

1. Система регулирования питания прямоточного котла, содержащая первый и второй датчики перепада давления, соединенные выходами с соответствующими входами блока выделения минимального сигнала, подключенного выходом к первому входу регулятора производительности, соединенного вторым входом с выходом задатчика производительности, а выходом - с управляющим входом питательного насоса, установленного в основном трубопроводе, подключенном к первому и второму трубопроводам, в которых установлены первый и второй питательные клапаны, управляющие входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго исполнительных механизмов с путевыми и концевыми выключателями, подключенными входами к выходам, соответственно первого и второго регуляторов расхода воды, соединенных первыми входами с выходами соответственно первого и второго датчиков расхода воды, а вторыми входами с выходами соответственно первого и второго задатчиков, отличающаяся тем, что, с целью повышения эко

номичности системы, в ней дополнительно установлены сглаживающий фильтр и источник постоянного сигнала, соединенный выходом через параллельно включенные контакты путевых выключателей первого и второго исполнительных механизмов с информационным входом сглаживающего фильтра, подключенного к третьему входу регулятора производительности.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия системы, в ней концевые выключатели первого и второго исполнительных механизмов соединены с первым и вторым управляющими входами сглаживающего фильтра.

Изобретение относится к теплоэнергетической технике и может быть использовано для регулирования питания прямоточных котлов, имеющих два или более параллельных трубопроводов питания. Цель изобретения - повышение экономичности и быстродействия системы. В системе измеряют перепады давления в трубопроводах и определяют минимальный перепад давления. Этот сигнал подается на первый вход регулятора производительности, на второй вход которого поступает сигнал задания, а его выходной сигнал подается на управляющий вход питательного насоса, установленного в общем трубопроводе. Выходные сигналы первого и второго датчиков расхода подаются на первые входы первого и второго регуляторов расхода. Выходные сигналы первого и второго задатчиков подаются на вторые входы первого и второго регуляторов расхода. Выходные сигналы первого и второго регуляторов расхода поступают на входы соответственно первого и второго исполнительных механизмов с путевыми и концевыми выключателями. Исполнительные механизмы воздействуют на питательные клапаны, установленные в первом и втором трубопроводах, подключенных к общему трубопроводу. Постоянный сигнал через параллельно включенные путевые выключатели первого и второго исполнительных механизмов подается на информационный вход сглаживающего фильтра, а с его выхода - на третий вход регулятора производительности. Концевые выключатели исполнительных механизмов подключены к управляющему входу склаживающего фильтра - апериодического звена, меняя его постоянную времени. 1 3. п. ф-лы, 2 ил. о (Л ts5 00 N3 О со

фиг.1

,

Усгпабка сра ал7б/ омия /( Зй// лю а/77е/}( L/cmaS/fa срадашь/Вонил nymeSoeo бымю о/тгеля

/

ti

tz tj Tr

4 4

/ //

/

/

/

сриг.2.

titi

tiz

f:

Чб

4

tfS

11

1