Глава 8. Автоматизация судовой котел ьной установки

 

§ 8.1 Общие сведения

Высокая эксплуатационная надёж­ность и экономичность работы ко­тельной установки могут быть достиг­нуты только с помощью автоматиче­ских систем, обеспечивающих:

поддержание заданных значений регулируемых параметров при раз­личных нагрузках;

сигнализацию о предельных откло­нениях регулируемых параметров и защиту котла (прекращение горения топлива) при их недопустимых от­клонениях;

облегчение труда обслуживающего персонала — освобождение от необ­ходимости постоянного контроля за работой котельной установки и ис­ключение влияния индивидуальных качеств вахтенного персонала;

возможность дистанционного цент- рализованного управления и контроля за работающей установкой без несения постоянной вахты.

В общем случае автоматические системы обеспечивают подачу топли­ва и воздуха в топку в соответствии с расходом пара, поддерживают за­данные значения давления и темпе­ратуры пара (если котел выраба­тывает перегретый пар), осуществля­ют подачу питательной воды в коли­честве, соответствующем расходу па­ра, и поддерживают уровень воды в котле в требуемых пределах.

Система сигнализации обеспечи­вает дистанционный контроль за работой установки и позволяет свое­временно реагировать на отклонения рабочих параметров. Система авто­матической защиты настроена на от­дельные объекты, а чаще на всю ко­тельную установку для случая откло­нения регулируемых параметров за предельно допустимые.

С помощью запретно-разрешаю­щей блокировки предупреждаются ошибочные действия обслуживающе­го персонала и разрешается прове­дение рабочих процессов только в 4* определенной последовательности. Системы сигнализации и защиты (блокировки) бывают световые и звуковые.

Автоматическое регулирование подразделяется на непрерывное, по­зиционное и комбинированное. Для непрерывного регулирования ис­пользуют более сложные гидравличе­ские или пневматические автомати­ческие устройства, обеспечивающие повышенную чувствительность регу­ляторов.

У обычных вспомогательных мало- нагруженных котлов теплоходов ча­сто применяется позиционное регули­рование («включено» — «выключе­но»). Оно осуществляется как прави­ло с помощью электромеханических регуляторов, поддерживающих регу­лируемые величины в заданных пре­делах путем включения или выключе­ния вентилятора, питательного и топ­ливного насосов. Комбинированное регулирование представляет собой комплекс регуляторов позиционного и непрерывного действия. Комбини­рованные системы осуществляют обычно непрерывное регулирование при нагрузках до 20—30% номи­нальной и при более низких нагруз­ках — позиционное.

Автоматическое регулирование утилизационных котлов сводится к байпасированию отработанных газов главного двигателя или изменению эффективной поверхности нагрева, температуры и количества питатель­ной воды. В ряде случаев предусмат­ривается сброс избытка пара во вспо­могательный конденсатор.

В состав системы автоматического регулирования входят регулируемый объект и регулятор с регулирующим органом. Объектом регулирования является та часть котла или установ­ки, где протекает процесс, параметры которого регулируются. Во вспомо­гательных котельных 'установках обычно применяется независимое ре­гулирование, когда каждый регуля-

тор реагирует на изменение только одного параметра процесса. Системы автоматического регулирования ко­тельными установками изучаются в специальном курсе «Судовая автома­тика». Здесь ограничимся лишь изло­жением основных понятий и сведе­ний о назначении и способах автома­тического регулирования питания и горения, применяемых наиболее ча­сто на вспомогательных котлах теп­лоходов и о назначении и общем принципе работы систем и элементов сигнализации и защиты.

§ 8.2 Регулирование основных параметров

Одноимпульсный непрерывного действия гидромеханический регу­лятор уровня воды в котле КВВА1/5 показан на рис. 8.1. Здесь измери­тельным элементом является мемб­ранный датчик 4, мембрана которого разделяет корпус датчика //на две полости. Полость под мембраной сое­динена с конденсационным сосудом /, который сообщается с паровым пространством котла 3. В результате

Рис. 8.1. Одноимпульсный гид­ромеханический регулятор уров­ня воды в котле КВВА 1/5

 

конденсации пара сосуд постоянно заполнен конденсатом на высоту трубки 2. Излишки конденсата по этой же трубке сливаются обратно в котел. В результате этого полость под мембраной находится под посто­янным гидростатическим давлением, а полость над мембраной — под дав­лением, зависящим от уровня воды в котле. В результате разницы Но меж­ду уровнями мембрана изгибается в ту или иную сторону, перемещает рычаг 5, который, вращая валик, по­вернет насаженную на него струй­ную трубку 6. Рабочая вода от пита­тельного насоса, проходя через эту трубку, поступит в одну из полостей поршневого исполнительного меха­низма 7, переместит его поршень, а следовательно, и клапан 8 подачи воды в котел. Сила, действующая на мембрану от перепада уровней воды, уравновешивается суммой сил от веса груза, закрепленного на мем­бране, и настроечной пружины 9. Пружина 9 стремится восстановить равновесие, сдвинуть струйную труб­ку в среднее положение, при котором вода в корпусе усилительного эле­мента сбрасывается в теплый ящик. Рукоятка 10 служит для открывания и закрывания клапана 8 вручную.

Схема гидроусилителя показана на рис. 8.2. В корпусе / установлены струйная трубка 3 (напорное сопло), из которой рабочая жидкость посту­пает в суживающееся качающееся на оси 4 сопло 2, и два приемных выходных расширяющих сопла 5, сообщающиеся трубами 6 с полостя­ми поршневого исполнительного ме­ханизма 7. При выходе из сопла 2 потенциальная энергия жидкости преобразуется в кинетическую, а при проходе через одно из расширяю­щихся сопл 5 вновь преобразуется в потенциальную энергию давления, под действием которой перемещается поршень исполнительного механиз­ма. При среднем положении струйной трубки 2 в соплах 5 и полостях поршневого исполнительного меха­низма давление одинаковое и пор­шень остается неподвижным.

		РаНомя жидкость
	Рис. 8.2. Схема работы струйного гидроусилителя с качающимся соп­лом

	Рис. 8.3. Термогидравлический регуля­тор уровня

На вспомогательных котлах широ­ко применяются также термогидрав­лические регуляторы уровня прямого действия (рис. 8.3). Датчиком уровня в них является термогидравличе­ский генератор, который состоит из трубки 5, соединенной клапанами 4 и 7 с паровым и водяным пространст­вами котла. Уровень в трубке соот­ветствует уровню воды в котле. Ниж­ний конец трубки имеет ребра 1 для усиления охлаждения, а верхний — покрыт изоляцией. Трубка 5 в сред­ней части заключена в кожух 3 с ребрами 2. Пространство между трубкой 5 и кожухом, соединитель­ная трубка 8 и полость сильфона 9 заполнены конденсатом. Открытие клапана возможно, если давление конденсата в полости сильфона будет выше, чем усилие противодействую­щей пружины 10. Изменение давле­ния конденсата зависит от уровня воды в трубке 5. Чем уровень выше, тем меньшая часть трубки заполнена паром, тем меньше теплоотдача от пара к конденсату и тем ниже дав­ление конденсата в полости сильфона 9. В результате клапан 11 прикры­вается. При снижении уровня воды в котле, а значит, и в трубке 5 прои­зойдет обратный процесс. При уста­новившемся режиме, когда расход пара из котла равен притоку пита­тельной воды, клапан 11 находится в определенном приоткрытом поло­жении. На рис. 5.2 показано место установки термогидравлического ре­гулятора уровня 9 на котле КАВ 6,3/ 7.

На котлах малой паропроизвцди- тельности и невысоких параметров пара достаточно широко применяют­ся поплавковые регуляторы уровня. У котлов зарубежной постройки чаше используют регуляторы типа «Моб- рей». Регуляторы устанавливают в отдельную поплавковую камеру 7 (рис. 8.4, а), сообщающуюся клапа­нами 1 и 6 соответственно с паровым и водяным пространствами котла. Обычно ставят три одинаковых двух­позиционных регулятора непрямого действия. Верхний регулятор 2 вык-

Рис. 8.4. Поплавковый регулятор уровня: а — схема установки поплавков; б — схема поплавкового регулятора; в — внешний вид

 

 

лючает электродвигатель питатель­ного насоса при предельном верхнем положении уровня в котле, а сред­ний 3 — включает насос при предель­ном нижнем положении уровня, при этом оба регулятора подают также сигнал о значениях уровня. Если уровень в котле будет продолжать понижаться, то нижний регулятор 4 обеспечит выключение подачи топли­ва и замкнет контакты аварийной сигнализации..

Для отключения камеры с целью замены регуляторов, их проверки и

Рис. 8.5. Гидромеханический регу­лятор давления пара

настройки, а также для ее продува­ния пользуются разобщительными клапанами 1, 6 и клапаном проду­вания 5. Поплавковый регулятор (рис. 8.4, б, в) имеет поплавок 1, соединенный с рычагом 2, который может поворачиваться на оси 3 в проушинах корпуса 5. На рычаге 2 установлен магнит 4. Внутри корпуса на оси 7 тоже закреплен магнит 6. Магниты 4 и 6 обращены один к другому одноименными полюсами, поэтому при изменении уровня маг­нит 4 при вращении будет отталки­вать магнит 6, который в свою оче­редь, поворачиваясь на оси 7, с по­мощью контактного мостика 8 будет замыкать или размыкать контакты 9.

Системы автоматического регули­рования горения предназначены для поддержания в заданных пределах давления пара и соотношения между количествами сжигаемого топлива и подаваемого в топку воздуха. Суще­ствуют разнообразные схемы, но все они, как правило, работают на прин­ципе использования импульса по из­менению давления пара в котле. В системах применяют регуляторы не­прерывного действия и достаточно широкопозиционного действия, по­скольку у вспомогательных котлов обычно не требуется особо высокой точности поддержания давления па­ра и взаимосвязь между топливом и воздухом осуществляется с помощью

довательного включения сажеобду­вочных устройств применяют автома­тическую систему, которая включает сажеобдувочные трубы по заранее предусмотренной программе. Могут применяться автоматические газо­анализаторы, солемеры, регуляторы температуры топлива, воды, уровней в емкостях систем, обслуживающих котлы и другие автоматические уст­ройства.

§ 8.3 Системы сигнализации и защиты

Основные цели применения сигна­лизации и защиты упоминались при рассмотрении отдельных систем автоматического регулирования. Здесь отметим, что поскольку вспо­могательные котлы работают, как правило, в режиме безвахтенного об­служивания, управление и контроль за их работой осуществляются с центрального поста управления (ЦПУ). Для этого устанавливается автоматическая световая и звуковая сигнализация, извещающая о проте­кающем режиме работы, или преду­преждающая обслуживающий пер­сонал о возможности возникновения аварийного состояния. При достиже­нии недопустимых значений парамет­ров работы установки система за­щиты отключит подачу топлива в топку котла и одновременно подаст об этом сигнал в ЦПУ. К средствам автоматической сигнализации и за­щиты предъявляются такие требова­ния: они должны обладать высокой надежностью и не давать ложных срабатываний, например, при качке судна.

В зависимости от выполняемых функций автоматические системы сигнализации подразделяются на исполнительные и предупредитель­ные, аварийные и предупредительно­аварийные.

Система исполнительной сигнали­зации оповещает обслуживающий персонал о выполнении заданных команд, например, об открытии или 104

закрытии клапанов, включении или выключении механизмов и др. Сис­тема предупредительной сигнализа­ции предупреждает об отклонении рабочих параметров.

Аварийная система извещает о достижении параметром предельно допустимого значения и срабатыва­нии защиты. Предупредительно-ава­рийная сигнализация позволяет по достижении контролируемым пара­метром аварийного значения приос­тановить действие автоматической защиты.

Чувствительные элементы изме­рителей неэлектрических парамет­ров (сильфонные, мембранные и др.) управляют контактами электричес­ких цепей различных систем сигна­лизаций. Световая сигнализация вы­полняется в виде световых табло с надписями или контрольных ламп с оправами из цветного стекла (крас­ного, зелёного, белого), а звуко­вая— в виде сирены или звонка. Звуковая сигнализация сопровож­дается световой. Звуковая сигнали­зирует о срабатывании той или иной системы, а световая указывает место возникновения неисправности. После привлечения внимания обслу­живающего персонала необходи­мость в звуковом сигнале отпадает, поэтому у звукового прибора имеет­ся кнопка отключения сигнала. В системах автоматической защиты котла (по уровню воды, давлению пара, потуханию факела форсунки) используются электромагнитные кла­паны, прекращающие подачу топли­ва в топку. Защита по давлению пара настраивается так, что сраба­тывает при повышении давления на 3 % выше рабочего (до подрыва пре­дохранительных клапанов). Защита по снижению уровня воды сраба­тывает при снижении уровня ниже видимой части водоуказателей. Для исключения срабатывания защиты по уровню во время качки обычно предусматривается установка реле времени. Защита по срыву факела реализуется с помощью фотоэлемен­та.

показана на рис. 8.8. На корпусе клапана установлена катушка элект­ромагнита 2, внутри которой разме­щён сердечник 3. На нижнем конце сердечника расположена игла, са­дящаяся на гнездо клапана. При прохождении тока через катушку образуется магнитное поле, которое втягивает сердечник, открывая тем самым клапан. При обесточивании катушки сердечник пружиной 1 возв­ращается в первоначальное положе­ние, и доступ топлива к форсунке прекращается.

Фотоэлемент (рис. 8.9), используе­мый в системе защиты по срыву фа­кела форсунки, имеет корпус 1, ко­торый при помощи втулки 4 крепится к переднему фронту котла или то­почному устройству. Полупроводни­ковое фотосопротивление 3 смонти­ровано в^[VII] корпусе на изолированной плате 2. Электропитание к нему под­водится через сальник 6. Стекла 5 являются защитными. Принцип ра­боты фотосопротивления основан на том, что при изменении степени освещенности меняется его электро­сопротивление. При появлении фа­кела в топке котла световой поток уменьшит сопротивление полупро­водника, сила тока возрастет и обес­печит подачу сигнала для отклю­чения системы зажигания топлива. При потухании факела сопротив­ление увеличится, ток уменьшится и даст сигнал на включение системы защиты, которая закроет электро­магнитный клапан подачи топлива в топку и включит световую и звуко­вую сигнализацию. Включение эле­ментов установки, выключенных за­щитой, производится вручную.

Контрольные вопросы

1. Что обеспечивают в котельных уста­новках автоматические системы?

2. Как работает гидроусилитель в систе­мах регулирования?

3. Для каких целей применяется система сигнализации и на какие виды она подраз­деляется?

4. Каковы основные принципы регулиро­вания давления пара в утилизационных кот­лах?

 

Глава 9. ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ