【導讀】進行了畢業(yè)設計（論文）答辯。答辯委員會委員：，，，第二章給水控制系統(tǒng)的動態(tài)特性···································鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務·····································給水控制對象和各種擾動下水位變化的動態(tài)特性·······給水控制系統(tǒng)的基本要求····································給水控制系統(tǒng)的基本結構及分析···························第四章給水控制系統(tǒng)的無擾切換····································測量信號的自動校正···············&#

　　

【正文】 頁 因為 111 rmW? ；222 rmW? ；1rmW? 所以 kWkWW ???? 21 )1( 例如，當流量較小， GH 1m =，可得到 ???n ； ?? nk 21 WWW ?? 即從大孔板測量值取 60%，從小孔板測量值取 40%，構成給水流量測量信號。 大小給水調(diào)節(jié)閥門的切換 在給水控制中，低負荷時通常用旁路閥門（即小閥門）調(diào)節(jié)給水流量，高負荷時用主給水閥門（即大閥門）調(diào)節(jié)給水流量。在負荷變化時，大小閥門就需要進行無擾切換。圖410表示的是這種切換的線路原理。 從圖 410 可以看出，在低負荷時，繼電器接點 KJ 斷 開，定值組件 GH 發(fā)出 10V的階躍信號，經(jīng)過加法器，直接送到小閥回路中的乘法器，即 10?b V。小閥回路乘法器輸出aac baU ????? 1010小 （ ?c V）。 a 信號即為調(diào)節(jié)器的輸出信號，所以小閥回路中的控制信號即為調(diào)節(jié)器的輸出信號，小閥處于工作狀態(tài)。 與此同時，大閥門處于關閉狀態(tài)。這是因為 KJ 斷開，限速組件≦的輸出信號 b 為 0，則大閥 回路中乘法器輸出 010 0 ????? ac baU大。 當機組負荷增加，給水流量增大到一定值時，絕對值報警組件 H/L 動作，使繼電組件KJ 激勵，接點 KJ 閉合。這時，限速組件輸入為一個 10V的階躍信號，其 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 圖 410 大小調(diào)節(jié)閥無擾切換原理圖 輸出 b 變?yōu)樾逼滦盘枺斝逼滦盘栠_到 10V時， aac baU ????? 1010大，即大閥門逐漸開大，最后變?yōu)檎{(diào)節(jié)器的輸出信號，大閥門參與工作。 與此同時，加法器的輸出信號，即小閥門回路中的 b 信號如圖中所示，為一個由大到小的斜坡信號。當 b 信號降為零時，小閥門回路的乘法器輸出 00 ????? cac baU小。即在大閥門開大時，小閥門相應關小，直到全部關閉。 由于兩個閥門的流通量是不同的，所以兩個閥門的開關速度應該是不同的，而流量應該保持相等，這可以通過比例系數(shù)和偏置值進行調(diào)整。 繼電組件 KJ 是由給水量控制的組件，為了防止啟停過程中造成閥門的多次反復切換，切換點電壓應具有一定的滯環(huán)值。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁 調(diào)節(jié)閥的切換與截門的切換密切 配合，截門應在調(diào)節(jié)閥投入工作之前打開。 系統(tǒng)的無擾切換 鍋爐在不同的負荷和參數(shù)下，其給水被控對象的動態(tài)特性是不同的。低負荷時，由于蒸汽參數(shù)低，負荷變化小，虛假水位現(xiàn)象不太嚴重，對維持水位恒定的要求又不高，所以允許采用單沖量給水控制系統(tǒng)。此時如果采用多種自動校正措施，則會使系統(tǒng)結構復雜，整定困難，同時仍然存在誤差。于是出現(xiàn)了低負荷時采用單沖量，高負荷時采用三沖量給水控制系統(tǒng)，如圖 411 所示。 圖 411 單沖量系統(tǒng)與三沖量系統(tǒng)相互切換和跟蹤線路 圖中 PI1 是低負荷時的單沖量給水調(diào)節(jié)器，它只接受經(jīng) 過自動校正后的水位信號。高負荷時采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)，其中 PI2 為主調(diào)節(jié)器，接受水位信號。 PI3 為副調(diào)節(jié)器，除接受主調(diào)節(jié)器校正信號外，還接受蒸汽流量信號 D 及給水流量信號 W。兩套控制系統(tǒng)的切換是根據(jù)鍋爐負荷（蒸汽流量）的大小進行的。蒸汽流量信號送入偏差報警繼電器平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 28 頁 1KJ，控制繼電器接點 1C 和 3C。當單沖量系統(tǒng)運行時， 1C 閉合， 3C 斷開。當要求三沖量系統(tǒng)運行時， 3C 閉合， 1C 斷開。系統(tǒng)的切換在 25%負荷左右進行。為了防止因負荷波動造成系統(tǒng)反復切換，切換值應有 10%的滯環(huán)值，就是說由單沖量系統(tǒng)切換為三沖量系統(tǒng) 是在 30%負荷下進行的，由三沖量系統(tǒng)切換為單沖量系統(tǒng)是在 20%負荷下進行的。 當三沖量系統(tǒng)運行時，要求 PI1 調(diào)節(jié)器的輸出跟蹤 PI3 調(diào)節(jié)器的輸出；單沖量系統(tǒng)運行時，要求 PI3 調(diào)節(jié)器的輸出跟蹤 PI1 調(diào)節(jié)器的輸出；主調(diào)節(jié)器 PI2 的輸出應保證加法器 ?的輸出跟蹤給水流量信號。所謂比較線路是由比較器和積分器組成得線路。最簡單的原理圖如圖 412 所示。 （ a） （ b） 圖 412 負端輸入跟蹤線路原理圖 （ a）原理電路圖；（ b）原理框圖 圖 412是由一個比較器和一個積分器組成的反饋線路，主動信號是 A，從動信號是 B。通過該線路可使 B 跟隨 A 變化，使 B 總與 A 相等。圖中比較器 E 可看成是放大倍數(shù)為 ? 的放大器，故在（ A— B）信號很小的情況下，有： ???? )( BAD dtBABD d t ?????? ? )( 0)( ????? BdtBA 所以： BA? 由于積分作用存在， B 最終一定要等于 A。若 A 是變化量，則 B 信號跟隨 A 信號變化，始終保持 B 與 A 相等。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 29 頁 圖 412 中閉環(huán)電路部分還應符合負反饋原則。由于閉環(huán)反饋回路中信號 B 是從比較器正端輸入的，所以在比較器環(huán)節(jié)中輸入輸出關系不變，而在積分環(huán)節(jié)中輸入輸出關系則有一負號，所以整個閉環(huán)回路是負反饋形式。 如果主動信號 A 從比較器正相輸入端輸入，為滿足閉環(huán)回路應是負反饋的要求，則應加一反向器，如圖 413 所示。 圖 413 正端輸入跟蹤線路原理圖 （ a）原理電路圖；（ b）原理框圖 如果在 信號跟隨電路中客觀需要加入一些其他信號，例如圖 411中，串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求副調(diào)節(jié)器給定信號跟隨給水流量信號 W，在 PI1 調(diào)節(jié)的積分器后又加入了蒸汽流量信號D，即中間加入了附加信號，仍能使從動信號跟隨主動信號。這是因為電路中有積分器和負反饋，并形成閉合回路，最后總能使比較器輸入信號代數(shù)和為零，始終使加法器輸出（即副調(diào)的給定值）跟蹤給水流量 W 值，保證副調(diào)節(jié)器入口偏差為零，從而保證無擾切換。 給水泵安全特性要求 給水泵的安全工作區(qū)如圖 414所示，圖中陰影區(qū)由泵的上、下限特性、最高轉(zhuǎn)速 maxn平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 30 頁 和最低轉(zhuǎn)速 minn ，泵出口最高壓力 maxP 和最低壓力 minP 圍成。為了滿足上限特性要求，在鍋爐負荷很低時，必須打開再循環(huán)門，以增加通過泵的流量。這樣在所需的相同的泵出口壓力條件下，可使泵進入上限特性右邊的安全工作區(qū)工作，如圖 314 中，泵工作點由 1a 移到1b 點。 圖 414 給水泵安全 特性示意圖 由于給水泵有最低轉(zhuǎn)速 minn 的要求，在給水泵已接近 minn 時就不能以繼續(xù)降低轉(zhuǎn)速的方式來調(diào)節(jié)給水量。這就需要用改變上水通道阻力，即設置給水調(diào)節(jié)閥的方式，使泵工作在安全區(qū)內(nèi)。由于兼用改變泵轉(zhuǎn)速和上水通道阻力兩種方式調(diào)節(jié)給水量，增加了全程給水自動控制系統(tǒng)的復雜性。在鍋爐負荷升高到一定程度，即泵流量較大時，為了不使泵在下限特性右邊區(qū)域工作，也需適當提高上水通道阻力，以使泵出口壓力提高，這樣給水調(diào)節(jié)門又保證了泵在下限特性左邊安全 區(qū)工作。如圖 414泵工作點由 2a 移至 2b 點。 第五章 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的設計 現(xiàn)代大型鍋爐的水位動態(tài)特性復雜，汽包存在著嚴重的“虛假水位”現(xiàn)象，為了保證給水系統(tǒng)的安全可靠，設計了許多不同類型的控制系統(tǒng)，但是無論采用何種調(diào)節(jié)手段，汽包鍋爐的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)不外乎采用以下三種基本結構：單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結構、單級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結構、串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結構。 低參數(shù)小容量的鍋爐，相對于負荷來說，其水容積大，“虛假水位”現(xiàn)象 不十分嚴重，對象的飛升速度比較小，對調(diào)節(jié)質(zhì)量要求不高，可采用圖 51 所示的單沖量單回路調(diào)節(jié)系平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 31 頁 統(tǒng)，采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律，就能可靠地運行。 圖 51 單沖量單回路自動調(diào)節(jié) 這種系統(tǒng)的缺點是不能適應較大的負荷擾動。在蒸汽流量突然減少時，調(diào)節(jié)器本應減小給水量以保持物質(zhì)的平衡，但由于“虛假水位”的存在使得水位 H 下降，調(diào)節(jié)器根據(jù)這一信號，使給水量增加，甚至可能把調(diào)節(jié)閥門開到最大。經(jīng)過一段時間，蒸發(fā)量和給水量的不平衡逐漸使水位回升并超過正常值，這時調(diào)節(jié)器又接受水位高的信號去減小給水量。由于水位回升很快，往往使水位的升高值 比第一次“虛假水位”下降值大。水位的第二次升高值是調(diào)節(jié)器接受虛假水位信號后產(chǎn)生的誤動作造成的。另外，由于采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律有靜差存在，鍋爐在大負荷時，水位保持低值，而在小負荷時，水位則保持高值，這種特性對鍋爐設備的運行是不利的。 在給水量產(chǎn)生擾動時，由于存在滯后，調(diào)節(jié)器不會及時動作，當水位偏差信號超過調(diào)節(jié)器的不靈敏區(qū)后調(diào)節(jié)器開始動作，改變給水調(diào)節(jié)閥門的開度，從閥門動作改變給水流量到水位發(fā)生變化又需要一定時間， 不能及時克服給水流量變化帶來的影響 。 當給水控制閥開度不變時，若給水泵出口壓力 、 管道阻力或汽包壓力變化 ， 將引起控制閥前后的差壓變化，從而引起給水流量變化。當給水流量自發(fā)變化時，要等到汽包水位變化后，才有信號輸入控制器?？刂破鞑拍茌敵鲂盘柛淖兛刂崎y開度，以抵消給水流量的自發(fā)擾動。控制器的這種控制作用是不及時的。 因此，當調(diào)節(jié)對象的滯后時間和飛升速度較大時，調(diào)節(jié)過程將出現(xiàn)很大的動態(tài)偏差。 雙沖量控制系統(tǒng)能消除內(nèi)擾，有效補償外擾引起的水位變化，克服 “ 虛假水位 ” 的影響，改善了控制質(zhì)量，但由于給水流量對水位的影響，其延遲要比蒸發(fā)量對水位影響大，平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 32 頁 用水位作為反饋信號去控制不及時，使得動態(tài)偏差增大。所以這種系統(tǒng)尚不能迅速消除 給水流量的自發(fā)擾動，也不能及時 體現(xiàn) 控制效果。這種控制方案 多 用于中、小型鍋爐的給水控制系統(tǒng)。 總之， 通過對給水控制系統(tǒng)的對象的動態(tài)性能分析可以看出 ， 采用單回路控制系統(tǒng) 是不能滿足生產(chǎn)對控制品質(zhì)的要求，所以電站汽包鍋爐的給水控制普遍采用三沖量給水控制方案。三沖量給水系統(tǒng)又分為單級三沖量和串級三沖量給水系統(tǒng)。所謂單級三沖量給水系統(tǒng)，是指系統(tǒng)中用了一個調(diào)節(jié)器，而調(diào)節(jié)器的輸入有三個，因此得名。這種系統(tǒng)與雙沖量給水系統(tǒng)相比，多了一個流量反饋信號。給水量發(fā)生變化時，流量信號自然要比水位信號快得多，從而大大的改善了控制質(zhì)量。 但是，在系統(tǒng)參數(shù)整定時，內(nèi)外回路相互關聯(lián)相互影響，不容易確定參數(shù)，從而得不到希望的調(diào)節(jié)效果，且負荷變化時水位靜態(tài)值是根據(jù) “ 靜態(tài)對比 ” 來進行整定的。所以，又出現(xiàn)了串級三沖量給水系統(tǒng)，此系統(tǒng)更進一步完善了結構，提高了控制質(zhì)量。 串級三沖量給水控制系統(tǒng)和單級三沖量給水控制系統(tǒng)相比，有如下特點： 1．兩個調(diào)節(jié)器任務不同，參數(shù)整定相對獨立。副調(diào)節(jié)器的任務是當給水擾動時，迅速動作使給水量不變；當蒸汽流量擾動時，副調(diào)節(jié)器迅速改變給水量，保持給水量和蒸汽量平衡。主調(diào)節(jié)器的任務是校正水位，這比單級三沖量給水控制系統(tǒng)的工作更為 合理，故串級系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量比單級系統(tǒng)要好一些。 2．在負荷變化時，水位靜態(tài)值是靠主調(diào)節(jié)器 1PI 來維持的，并不要求進入副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號的作用強度按所謂“靜態(tài)配合”來進行整定。恰巧相反，在這里可以根據(jù)對象在外擾下虛假水位的嚴重程度來適當加強蒸汽流量信號的作用強度，以便在負荷變化時，使蒸汽流量信號能更好的補償虛假水位的影響，從而改變蒸汽負荷擾動下的水位控制質(zhì)量。對于虛假水位較嚴重的被控對象，這一點就顯得更有意義。 3．當給水流量信號 WI 和蒸汽流量信號 DI 兩個信號中由于變送器故障而失去一個信號，或變送器特性發(fā)生變化， DI 和 WI 平衡關系失去時，主調(diào)節(jié)器由于積分作用可補償失去平衡的電流，使系統(tǒng)暫時維持工作；而單級系統(tǒng)當 DI 或 WI 因產(chǎn)生故障而失去時，則無法控制水位在額定值，因此，串級系統(tǒng)的安全性較好。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 33 頁 4．串級系統(tǒng)還可以接入其他沖 量信號（如燃料信號等）形成多參數(shù)的串級系統(tǒng)。 但是，串級三沖量給水控制系統(tǒng)在汽機甩負荷時，它的過渡過程和響應速度不如單級系統(tǒng)快。 給水控制系統(tǒng)概況 鍋爐的汽包水位能夠間接反映鍋爐蒸汽負荷與給水量之間的平衡關系，維持汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機安全運行的必要條件。汽包水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口的蒸汽水分含量過多，導致過熱器管壁結垢而被