В существующих устройствах для автоматического регулирования регулирующий импульс получается или при помощи сравнения механических усилий, действующих на общий рычаг (системы Хаган и Ручка), или сравнения давления жидкости или воздуха, действующих на мембраны (системы Аскания, Арка и Смут), или сравнения электромагнитных усилий, действующих на соленоид (система Лидс и Нортроп), или же сравнения величин сопротивлений плеч мостика Уитстона (система Сименса). Все эти системы применяют сложные приборы, требующие часто весьма тонкого изготовления, и в большинстве случаев не дают прогрессивного регулирования, являющегося чрезвычайно желательным с точки зрения устойчивости регулирования.
Уже известны устройства для автоматического регулирования работы различного рода установок, в частности котельных, состоящие из определяющих характеризующие работу установки величины индикаторов, каждый из которых управляет введением сопротивления в цепь электроизмерительного прибора со стрелкой, замыкающей контакты цепи реле, включающего исполнительные механизмы. Но, как уже указывалось выше, названные устройства не дают возможности производить регулирование импульсами, по величине зависящими от отклонения регулируемых величин от заданного значения, или же требуют слишком сложного оборудования.
Предлагаемое устройство по своей конструкции относится к разряду указанных устройств и предназначено для автоматического регулирования работы различного рода установок, например, котельных, и имеет ту отличительную особенность, что, с целью включения исполнительных механизмов при каждом отклонении регулируемой величины от заданного значения и на зависящее от величины этого отклонения время, все электроизмерительные приборы, управляющие включением реле, снабжены приводимыми в колебательное движение в плоскости их шкал и охватывающими указательные стрелки вилками с установленными на них и переключаемыми стрелками при переходе их через положение равновесия контактами, из которых левый контакт вилки одного из электроизмерительных приборов соединен последовательно с правыми контактами вилок остальных приборов, а правый контакт - с левыми контактами, и в цепь соединения контактов включены управляющие исполнительными механизмами реле. Таким образом время, в течение которого реле остается включенным, зависит от величины расхождения в показаниях электроизмерительных приборов, зависящих от значения регулируемых величин, характеризующих работу установки.
В дальнейшем предлагаемое устройство описано в применении для регулирования работы котельных установок.
На чертеже фиг. 1 изображает схему устройства для регулирования работы котельных установок; фиг. 2 - часть устройства в большем масштабе; фиг. 3 - схему, поясняющую принцип работы устройства.
В качестве основной регулирующей величины в предлагаемом устройстве использовано давление пара в паропроводе. При постоянном давлении пара в паросборнике котла давление пара в паропроводе изменяется в зависимости от нагрузки по закону квадратичной кривой и может служить таким образом мерилом нагрузки котла.
В данной системе это давление измеряется манометром 10 (фиг. 1) который, в зависимости от давления пара, переставляет движок сопротивления 11, присоединенного к вспомогательному источнику постоянного тока. Манометр может быть применен любого типа (мембранный, с трубкой Бурдона, поршневой и т.д.).
Напряжение в цепи сопротивления 11 измеряется вольтметром 1, который при этом дает отклонение стрелки, пропорциональное отклонению давления пара в паровой магистрали от нормальной величины.
Устройство кроме вольтметра 1 имеет еще два вольтметра 2 и 3, один из которых 2, будучи присоединен к сопротивлению 17, управляемому измеряющим скорость вращения электродвигателя 14 для подачи топлива центробежным регулятором 16, дает отклонения стрелки, пропорциональные количеству топлива, подаваемого в котел, а другой 3 присоединен к сопротивлению 24, управляемому диференциальным манометром 23, измеряющим количество воздуха, проходящего через котел, и дает отклонения стрелки, пропорциональные этому количеству воздуха.
Вольтметры 1, 2, 3 снабжены специальными вилками m (фиг. 2), охватывающими стрелку прибора и снабженными каждая двумя контактами. Эти вилки m при помощи вспомогательного электродвигателя 8 и червячных передач с кулачками n, имеющими эпициклоидный профиль, приводятся в колебательное движение взад и вперед с размахом, равным величине шкалы. При этом движении стрелка прибора, захватываемая вилкой, прижимается, в зависимости от показания прибора, то к правой, то к левой стороне вилки, замыкая соответствующие контакты вилки.
Так как давление пара в паропроводе изменяется в квадратичной зависимости от расхода пара, то показания вольтметра 1 будут пропорциональны квадрату расхода пара. Электроизмерительный прибор 2 указывает число оборотов электродвигателя, подающего топливо, и дает таким образом показания, изменяющиеся по закону квадрата в зависимости от расхода топлива. Наконец электроизмерительный прибор 3 связан с диференциальным манометром, измеряющим разность разрежений в дымоходах котла, и дает поэтому показания, пропорциональные квадрату количества воздуха, поступающего в котел. Эта одинаковая закономерность отклонения стрелок всех трех приборов позволяет свести процесс автоматического регулирования к сравнению положения стрелок приборов.
Положение стрелки прибора может быть охарактеризовано расстоянием, на которое она отстоит от начала или конца шкалы прибора, или углом, составляемым ею с прямой, проведенной через ось стрелки до начала или конца шкалы. Расстояние или угол можно измерять рычагом, движущимся с равномерной угловой скоростью от начала или конца шкалы, замыкающим электрическую цепь в момент прохождения мимо стрелки. При соответствии положения стрелок приборов друг другу движущиеся рычаги достигнут их и замкнут свои контакты в одно и то же время. При несоответствии положения стрелок приборов друг другу один из рычагов достигнет стрелки прибора и замкнет свой контакт раньше другого. Эта разница во времени замыкания контактов может быть использована для получения регулирующего импульса.
В предлагаемом устройстве вместо рычага, движущегося с равномерной скоростью вдоль шкалы прибора, применен несколько другой способ. Каждый электроизмерительный прибор в устройстве, как видно из вышеизложенного, имеет вилку m, которая охватывает стрелку прибора с обеих сторон. Вилка при помощи электродвигателя перемещается все время взад и вперед вдоль шкалы прибора, захватывая с собой стрелки. При каком-либо показании прибора стрелка его устанавливается в определенном положении, характеризующемся равновесием между моментом, получаемым стрелкой от тока, проходящего через рамку прибора, и моментом - от пружинки прибора, закрученной на определенный угол. Если попытаться отклонить стрелку прибора от этого состояния равновесия, то она будет этому противодействовать с определенной силой, стремясь возвратиться в состояние равновесия. Поэтому при отклонении стрелки вилкой от состояния равновесия она, стремясь возвратиться в положение равновесия, будет прижиматься то к правой, то к левой стороне вилки, в зависимости от направления движения вилки (фиг. 3), и замыкать находящиеся на вилке контакты.
Очевидно, что при таком устройстве время замыкания правого и левого контакта вилки будет прямо пропорционально показанию прибора. Предположим, что величина, измеряемая прибором, такова, что нормально стрелка прибора должна стоять на середине шкалы. В этом случае при движении вилки слева направо сперва будет замкнут правый контакт ее (фиг. 3а). При достижении вилкой середины шкалы стрелка, пройдя через положение равновесия (фиг. 3b), отойдет от правой стороны вилки, разомкнув правый контакт, и, прижавшись к левой стороне вилки, замкнет ее левый контакт (фиг. 3с). Левый контакт будет замкнут все время, пока вилка не дойдет до конца шкалы и снова не возвратится к середине шкалы. При прохождении вилкой середины шкалы стрелка прибора, разомкнет левый контакт вилки и снова замкнет правый контакт.
При одинаковом положении стрелок приборов размыкание одного контакта вилки и замыкание другого будет происходить в один и тот же момент. При разном положении стрелок это переключение контактов будет происходить в разное время и наступит такой момент, когда в одном приборе будет замкнут левый контакт вилки, а в другом приборе - правый контакт вилки. Это свойство используется для целей регулирования следующим образом. Левый контакт а вилки прибора 1, показывающего регулирующую величину (в данном случае давление пара), соединяется с правыми контактами d и ƒ вилок приборов 2 и 3, показывающих регулируемые величины (в данном случае количество тепла и воздуха), и в цепь их включаются промежуточные реле 5 и 7, действующие в сторону повышения регулируемых величин. Правый контакт b вилки прибора 1 соединяется последовательно с левыми контактами с, е вилок приборов 2 и 3, и в цепь их включаются промежуточные реле 4 и 6, действующие в сторону понижения регулируемых величин. Цепь промежуточных реле будет замыкаться дважды за одно колебание вилки и они будут посылать регулирующие импульсы в первом случае в сторону повышения и во втором случае в сторону понижения количества топлива и воздуха, подаваемого в котел. При этом продолжительность регулирующих импульсов будет тем большая, чем больше будет разница в положении стрелок приборов 1, 2 и 3. Замыкание цепей промежуточных реле и посылка ими промежуточных импульсов, будет, очевидно, продолжаться до тех пор, пока стрелки приборов 2 и 3 снова не займут положение, одинаковое со стрелкой прибора 1, т.е. до тех пор, пока количество топлива и воздуха, подаваемого в котел, не будет точно соответствовать нагрузке.
Процесс регулирования количества воздуха и топлива, подаваемых в котел, происходит в описываемой системе следующим образом.
При изменении давления пара в паровой магистрали манометр 10, как уже указывалось выше, переставляет движок сопротивления 11. При этом изменяется величина напряжения, подводимого к клеммам электроизмерительного прибора 1 и стрелка этого прибора отклоняется в ту или другую сторону. Благодаря нарушению соответствия положения стрелки этого прибора со стрелками приборов 2 и 3 замыкается цепь соответствующих промежуточных реле. При замыкании промежуточных реле 4 или 5, регулирующих количество топлива, они включают вспомогательный электродвигатель 12, который, переставляя движок регулирующего сопротивления 13, увеличивает или уменьшает скорость вращения электродвигателя, приводящего в движение шнеки угольной пыли до тех пор, пока центробежный тахометр 16, перемещая движок сопротивления 17 и изменяя этим напряжение, подводимое к электроизмерительному прибору 2, не установит ею стрелки в положение, точно соответствующее положению стрелки прибора 1.
То же самое будет происходить и при замыкании промежуточных реле 6 и 7 с той только разницей, что в этом случае будет включаться вспомогательный электродвигатель 19, изменяющий скорость вращения электродвигателя, приводящего в действие дутьевой вентилятор, а перестановка стрелки прибора 3 главного регулятора будет осуществляться под воздействием диференциального манометра 23, измеряющего разность разрежении в дымоходах котла (а вместе с тем и количество воздуха, просасываемое через котел) и переставляющего рукоятку сопротивления 24.
После такого первоначального регулирования количества топлива и воздуха между ними устанавливается правильное соотношение, соответствующее наибольшей экономичности горения, газоанализатором 25, воздействующим при помощи указательного прибора 26 и регулятора 27 на дополнительный движок 23 сопротивления 24.
В устройстве предусмотрено также регулирование постоянного напряжения в топке котла. Это регулирование осуществляется при помощи регулятора разрежения 29, представляющего собой тягомер поплавкового типа, снабженный контактным приспособлением. При отклонении разрежения в топочном пространстве от установленной величины нарушается равновесие между колоколом и грузом тягомера и он, замыкая свои контакты, включает вспомогательный электродвигатель 30. Последний, воздействуя на регулировочное сопротивление 31 электродвигателя 32, приводящего в движение тяговый вентилятор, будет изменять его скорость до тех пор, пока разрежение в топке не достигнет снова нормальной величины.
Описываемая система, несмотря на простоту ее, обладает значительной гибкостью.
Путем включения добавочных реостатов с рукоятками, переставляемыми от руки, в цепь сопротивлений 17 и 24 (реостат 18) можно с центрального щита управления или с какого-либо другого места вмешиваться в процесс регулирования или производить настройку регулирования, не приостанавливая действия системы. Этим путем можно, например, осуществлять в широких пределах регулирование системы при колебании качества топлива.
В случае параллельной работы нескольких котлов автоматическое регулирование их может производиться от одного и того же манометра 10 с сопротивлением 11. Распределение нагрузки между котлами в зависимости от их экономичности или степени загружения легко осуществляется при этом при помощи небольших реостатов с рукоятками, переставляемыми от руки, включаемых отдельно для каждого котла последовательно с сопротивлением 11.
Также очень легко может быть осуществлено переключение с автоматического регулирования на дистанционное или ручное регулирование. Для этого достаточно только предусмотреть в цепи промежуточных реле 4, 5, 6 и 7 рубильники, переключающие их цепь от контактов приборов 2 и 3 на кнопки, расположенные на центральном щите управления или вовсе выключающие их.
Следует указать, что работа устройства не зависит от колебаний напряжения вспомогательного источника тока. Так как сопротивления 11, 13 и 24 питаются от одного и того же источника тока, то понижение или повышение напряжения этого источника тока вызовет изменение положения стрелок одновременно всех трех приборов главного регулятора на одну и ту же величину, причем равновесие положения стрелок не нарушится. Если к тому же источнику тока присоединить и электродвигатель 8, приводящий в движение вилки приборов главного регулятора, а вспомогательные электродвигатели 12, 19 и 30 питать от другого источника тока, то продолжительность регулирующих импульсов также не будет зависеть от колебаний напряжений вспомогательного источника тока. Действительно, если при понижении напряжения источника вспомогательного тока и нарушении равновесия расстояние между положениями стрелок измерительных приборов уменьшается, так как каждый из приборов показывает меньшую величину, то вместе с тем в том же соотношении уменьшается и число оборотов электродвигателя 8, благодаря чему продолжительность импульсов останется прежней.
Устройство для автоматического регулирования работы различного рода установок, например, котельных, состоящее из определяющих характеризующие работу установки величины индикаторов, каждый из которых управляет введением сопротивления в цепь электроизмерительного прибора со стрелкой, замыкающей контакты цепи реле, включающего исполнительные механизмы установки, отличающееся тем, что с целью включения исполнительных механизмов при каждом отклонении регулируемой величины от заданного значения и на зависящее от величины этого отклонения время, все электроизмерительные приборы снабжены приводимыми в колебательное движение в плоскости шкал и охватывающими указательные стрелки вилками с установленными на них и переключаемыми стрелками при переходе их через положения равновесия контактами, из которых левый контакт а вилки одного из электроизмерительных приборов соединен последовательно с правыми контактами d, ƒ вилок остальных приборов, а правый контакт b - с левыми контактами с и е, и в цепи соединения контактов включены реле 5, 7 и 4, 6, управляющие исполнительными механизмами.
