Система управления режимом работы парового котла Советский патент 1992 года по МПК F22B1/28 

Предполагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для управления режимом работы паровых котлов при нагревании жидкостей с различными физическими свойствами.

Известен индукционный котел, содержащий корпус с электронагревателем и уровнемерную колонку с датчиками уровня 1. Указанное устройство не обеспечивает надежной работы котла при переменных параметрах питающей сети, так как у него отсутствует регулирование мощности в функции уровня жидкости в котле и оно не обеспечивает защиту от переполнения.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство для автоматического регулирования уровня и защиты парового котла 2.

Это устройство содержит последовательно соединенные датчики уровня с пневматическим выходом, орган подачи питательной воды и блок формирования управляющих воздействий.

Данное устройство не обеспечивает надежной работы котла со встроенным элект- ронагревателем при переменных .параметрах питающей сети, так как оно не осуществляет регулирование мощности электронагревателя в функции уровня питательной воды в котле, что приводит к перегреву котла и выходу его из строя, а также к нестабильной паропроизводительности. Последний фактор ухудшает качество продукции при различных технологических процессах, например, при паротермической обработке режущего инструмента.

2

О 00

сл о

Цель изобретения состоит в повышении надежности работы котла со встроенным электронагревателем.

Поставленная цель достигается тем, что система управления режимом работы парового котла содержит верхний и нижний датчики уровня, орган подачи питательной воды и блок формирования управляющих воздействий.

Новизной изобретений является то, что орган подачи питательной воды выполнен в виде электромагнитного клапана, а блок формирования управляющих воздействий выполнен в виде двух усилителей, последовательно соединенных генератора импульсов, двоичного счетчика импульсов и дешифратора, двух переключателей, двух конденсаторов, двух RS- триггеров, двух логических элементов 2И-НЕ, трех инвенто- ров, двух диодов и двух силовых тиристоров, причем выход верхнего датчика уровня соединен через первый усилитель с катушкой электромагнитного клапана подачи питательной воды, вход генератора импульсов соединен с сетью электропитания, первая половина выходов дешифратора соединена через первый переключатель с S- входом первого RS-триггера, вторая половина выходов дешифратора соединена через второй переключатель с S-входом второго RS-триггера, R-входы первого и второго RS-триггеров соединены через первый и второй конденсаторы с первым выходом дешифратора, прямой выход первого RS-триггера соединен с первым входом первого элемента 21/I-HE, выход которого через последовательно соединенные первый инвертор и первый диод подключен ко входу второго усилителя прямой выход второго RS-триггера соединен с первым входом второго элемента 2И-НЕ, выход которого через последовательно соединенные второй инвертор и второй диод подключен ко входу второго усилителя, выходы которого подключены к управляющим выводам тиристоров, силовые выводы которых включены в сеть электропитания электронагревателя, а выход нижнего датчика уровня соединен со вторым входом второго элемента 2И-НЕ и через третий инвертор со вторым входом первого элемента .

В литературе известно устройство для регулирования продувки котла, содержащее датчик уровня и датчик тока нагрузки котла, по сигналам которых повышается качество регулирования 3.

Однако, прямое использование данного устройства для получения пара из неэлектропроводных жидкостей невозможно, поскольку оно предназначено только для

котлов, нагрузка которых связана с током, являющимся характерным параметром только для электропроводных жидкостей. Таким образом, в литературе не обнаружены технические решения, которые содержали бы сходные отличительные признаки порознь или в их сочетании, поэтому предлагаемое изобретение обладает в совокупности признаков новизной и

существенными отличиями.

На фигуре представлена схема системы управления режимом работы парового котла.

Система управления режимом работы

парового котла 1 со встроенным электронагревателем 2 содержит цепи 3 и 4 электропи- тания котла, орган подачи воды, выполненный в виде электромагнитного клапана 5 с катушкой 6, верхний 7 и нижний

8 датчики уровня питательной воды и блок формирования управляющих сигналов, выполненный в виде двух усилителей 9 и 10, последовательно соединительных генератора 11 импульсов, двоичного счетчика 12

импульсов и дешифратора 13, двух пере- кпючателей 14, 15, двух конденсаторов 16, 17, двух RS-триггеров 18, 19с R-входами 20 и 21 соответственно и S-входами 22,23, двух логических элементов 2И-НЕ 24, 25 трех

инверторов 26, 27, 28, двух диодов 29, 30, двух силовых тиристоров 31. В цепь электропитания 4 включены силовые выводы 32 тиристоров 31. Выход верхнего 7 датчика уровня соединен с входом первого усилителя 9, через выход которого катушка 6 электромагнитного клапана 5 подключена к цепям электропитания 3 и 4.

Генератор импульсов 11 входом соединен с цепью 4 электропитания электронагревателя 2, а выходом - со счетным входом двоичного счетчика 12, Генератор импульсов может представлять собой устройство, состоящее из разделительного трансформатора, вторичное напряжение которого выпрямляетсядвухполупериодным

выпрямителем и подается на триггер Шмит- та.

Выходы двоичного счетчика 12 соединены с одноименными входами дешифратора

13. В качестве счетчика и дешифратора могут быть использованы микросхемы, например двоичный счетчик К155ИЕ5 и дешифратор-демультиплексор К155ИДЗ. - Первая половина выходов дешифратора 13 через переключатель 14 соединена с S-входом 22 RS-триггера 18, а вторая половина выходов дешифратора 13 через переключатель 15 соединена с S-входом 13 RS-триггера 19. R-вход 20 триггера 18 и Rвход 21 триггера 19 через конденсаторы 16

и 17 соединены с первым выходом дешифратора 13.

Прямой выход RS-триггера 18 соединен с первым входом первого элемента 2И-НЕ

24.Прямой выход RS-триггера 19 соединен с первым входом второго элемента 2И-НЕ

25.Выходы элементов 24 и 25 соответственно через инверторы 28 и 27 и диоды 29 и 30 соединены с входом второго усилителя 10, каждый выход которого соединен с одним управляющим электродом тиристоров 31.

Усилитель 10 может состоять, например, из транзисторной сборки, в коллекторную цепь которой включены оптотиристоры, выход каждого из которых соединен с управляющими выводами силового тиристора.

Выход нижнего датчика 8 уровня соединен со вторым входом второго элемента 2И- НЕ 25 и с входом третьего инвертора 28, выход которого соединен со вторым входом первого элемента 2И-НЕ 24,

Логический элемент 2И-НЕ и инверторы могут бы гь реализованы на микросхемах серии К 155, например К 155 ЛАЗ.

Генератор 11 импульсов, двоичный счетчик 12, дешифратор 13, переключатели 14 и 15, триггеры 18 и 19 образуют основу цифрового регулятора мощности, у которого на прямом выходе триггеров 18 и 15 сохраняется логический ноль до тех пор пока на выходе дешифратора 13, подключенном к 5-входам22 и 23 триггеров 18 и 19 переключателями 14 и 15 не появится логический ноль, который устанавливает триггеры 18 и 19 в единичное состояние на выходе. Причем на прямом выходе триггера 18 логическая единица удерживается большую часть времени цикла работы дешифратора 13, а на прямом выходе триггера 19 - меньшую часть времени цикла работы дешифратора 13. Это связано с тем, что в начале каждого цикла работы дешифратора 13 сигнал логического нуля на его первом выходе через конденсаторы 16 и 17 одновременно устанавливает триггеры 18 и 19 в нулевое состо- яние, а в единичное, как уже было показано, триггеры устанавливаются в соответствии с положением переключателей 14 и 15.

Используя выходы триггеров 18 и 19 как основу управления силовыми тиристорами 31, можно регулировать мощность нагревателя 2. Причем каждое положение переключателей 14 и 15. начиная от второго выхода дешифратора 13, это прибавка мощности, равная

Рн N

где Рн - номинальная мощность нагревателя 2;

N - количество выходов дешифратора 13.

Система управления режимом работы

парового котла работает следующим образом.

Перед пуском переключатель 14 устанавливают в положение, при котором нагре0 ватель 2 будет развивать мощность, недостаточную для испарения требуемого количества воды, а переключатель 15 - в положение, при котором развиваемая нагревателем 2 мощность будет больше, чем

5 необходимо для испарения требуемого расхода воды.

Подают электропитание на цепи 3 и 4. Счетчик 12 и дешифратор 13 производят циклический пересчет импульсов, поступа0 ющих с генератора 11. При этом циклически на выводах дешифратора 13 появляются сигналы, устанавливающие триггеры 18 и 19 в нулевое или единичное состояние, что совместно с сигналами от датчиков уровня 7 и

5 8 определяет мощность нагревателя 2. Поскольку воды в котле нет, то датчик 7 верхнего уровня включает через первый усилитель 9 катушку 6 электромагнитного клапана 5 подачи, и питательная вода посту0 пает в котел, а датчик 8 нижнего уровня формирует сигнал логического нуля на входе инвертора 28 и втором входе элемента 2И-НЕ 25. Этот сигнал с одной стороны формирует на выходе элемента 28 сигнал

5 логической единицы, что устанавливает элемент 24 з состояние, разрешающее прохождение логического сигнала по первому его выходу, а с другой - элемент 25 не изменит своего выхода (логическая единица) при лю0 бой комбинации на его первом выходе. Поэтому сигнал, разрешающий включение тиристоров 31 поступит на усилитель 10 через инвертор 26 и диод 29 от элемента 24 и будет соответствовать минимальной мощ5 ности, развиваемой нагревателем 2. Котел 1 прогревается, а уровень воды повышается и как только он достигает нижнего датчика 8 уровня последний сформирует сигнал логической единицы (на выходе инвертора 28

0 логического нуля), элемент 25 изменит свое состояние на разрешающее прохождение сигнала по его первому входу, а элемент 24 изменит свое состояние на запрещающее прохождение сигнала по его первому входу.

5 С выхода элемента 2И-НЕ 25 через инвертор 27 и диод 30 на вход усилителя 10 посту- пит сигнал, разрешающий включение тиристоров 31 и нагреватель 2 увеличит мощность до величины, соответствующей положению переключателя 15. Поскольку

тепловое состояние котла еще не соответствует испарению жидкости, то ее уровень будет повышаться и при достижении верхнего датчика 7 уровня, последний отключит через первый усилитель 9 катушку 6 электромагнитного клапана 5. Подача воды прекратится, она быстро доводится до кипения, испаряется, уровень воды понижается и при снижении ниже верхнего датчика 7 электромагнитный клапан 5 откроет подачу воды и котел начнет подпитываться. Но, поскольку нагреватель 2 развивает мощность большую, чем необходимо для испарения воды, то уровень ее будет понижаться. При снижении уровня до нижнего датчика 8, последний сформирует сигнал логического нуля, что приведет к запрету элементом 25 прохождения сигнала от триггера 19 и разрешению элементом 24 прохождения сигнала от триггера 18. Мощность, развиваемая нагревателем, понизится до величины, соответствующей положению переключателя 14, и, поскольку она недостаточна для испарения воды, то уровень вновь начнет повышаться. Когда он достигнет нижнего датчика 8 уровня нагреватель включится на большую мощность, что в последующем приведет к понижению уровня и при достижении им нижнего датчика 8 - к снижению мощности нагревателя 2.

Таким образом, после пускового переходного процесса паровой котел выходит на заданную паропроизводительность, которая достигается импульсным регулированием мощности, развиваемой нагревателем 2, а стабильность обеспечивается тепловой инерционностью котла и выбранными переключателями 14 и 15 уставками мощностей.

По сравнению с прототипом предложенное техническое решение позволяет в случае изменения параметров питающей сети (увеличения или уменьшения давления) исключить перегрев котла и выход нагревателя из строя, поскольку возникающие при этом колебания уровня воды в котле взаимосвязаны с регулированием мощности нагревателя, что повышает надежность котла и обеспечивает непрерывность технологического процесса с использованием пара. Наряду с указанным эффектом сокращаются непроизводительные расходы питательной воды и электроэнергии за счет ограничения верхнего уровня воды в котле и использования теплоемкости котла (режим парообразования с минимальной мощностью нагревателя).

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Система управления режимом работы парового котла, содержащая верхний и нижний датчики уровня, орган подачи питательной воды и блок формирования

управляющих воздействий, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы котла со встроенным электронагревателем, орган подачи питательной воды выполнен в виде электромагнитного

клапана, а блок формирования управляющих воздействий выполнен в виде двух усилителей, последовательно соединенных генератора импульсов, двоичного счетчика импульсов и дешифратора, двух переключателей, двух конденсаторов, двух RS-тригге- ров, двух логических элементов 2 И-Н Е, трех инверторов, двух диодов и двух силовых тиристоров, причем выход верхнего датчика уровня соединен через первый усилитель с

катушкой электромагнитного клапана подачи питательной воды, вход генератора импульсов соединен с сетью электропитания, первая половина выходов дешифратора через первый переключатель с S-входом первого RS-триггера, вторая половина выходов дешифратора соединена через второй переключатель с S-входом второго RS-триггера, R-входы первого и второго RS-триггеров соединены через первый и второй конденсаторы с первым выходом дешифратора, прямой выход первого RS-триггера соединен с первым входом первого элемента 2И- НЕ, выход которого через последовательно соединенные первый инвертор и первый диод подключен ко входу второго усилителя, прямой выход второго RS-триггера соединен с первым входом второго элемента 2И- НЕ, выход которого через последовательно соединенные второй инвертор и второй диод подключен ко входу второго усилителя, выходы которого подключены к управляющим выводам тиристоров, силовые выводы которых включены в сеть электропитания электронагревателя, а выход нижнего датчика уровня соединен со вторым входом второго элемента 2И-НЕ и через третий инвертор - со вторым входом первого элемента 2И-НЕ.

//

30

Использование: в теплотехнике и управлении режимами работы паровых котлов при нагревании жидкостей с различными физическими свойствами. Сущность изобретения: система управления режимом работы парового котла 1 со встроенным электронагревателем 2 содержит верхний 7 и нижний 8 датчики уровня питательной воды, орган подачи питательной воды, выполненный в виде электромагнитного клапана 5 с катушкой 6 и блок формирования управляющих воздействий. Верхний датчик 7 управляет электромагнитным клапаном 5 подачи питательной воды, а нижний датчик 8 управляет мощностью электронагревателя 2 посредством генератора 11 импульсов, двоичного счетчика 12 импульсов, дешифратора 13, двух RS-триггеров 18, 19, двух элементов 2И-НЕ 25, 24, трех инверторов 26, 27, 28, усилителя 9 и тиристоров 31. 1 ил. сл с