【正文】 給水量。圖41 單沖量單回路自動(dòng)調(diào)節(jié)這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是不能適應(yīng)較大的負(fù)荷擾動(dòng)。第四章 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)現(xiàn)代大型鍋爐的水位動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜，汽包存在著嚴(yán)重的“虛假水位”現(xiàn)象，為了保證給水系統(tǒng)的安全可靠，設(shè)計(jì)了許多不同類型的控制系統(tǒng)，但是無(wú)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(jié)構(gòu)：?jiǎn)螞_量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、單級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在鍋爐負(fù)荷升高到一定程度，即泵流量較大時(shí)，為了不使泵在下限特性右邊區(qū)域工作，也需適當(dāng)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。這就需要用改變上水通道阻力，即設(shè)置給水調(diào)節(jié)閥的方式，使泵工作在安全區(qū)內(nèi)。這樣在所需的相同的泵出口壓力條件下，可使泵進(jìn)入上限特性右邊的安全工作區(qū)工作，如圖314中，泵工作點(diǎn)由移到點(diǎn)。 給水泵安全特性要求給水泵的安全工作區(qū)如圖314所示，圖中陰影區(qū)由泵的上、下限特性、最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速，泵出口最高壓力和最低壓力圍成。圖313 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(hào)跟隨電路中客觀需要加入一些其他信號(hào)，例如圖311中，串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求副調(diào)節(jié)器給定信號(hào)跟隨給水流量信號(hào)W，在PI1調(diào)節(jié)的積分器后又加入了蒸汽流量信號(hào)D，即中間加入了附加信號(hào)，仍能使從動(dòng)信號(hào)跟隨主動(dòng)信號(hào)。由于閉環(huán)反饋回路中信號(hào)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(guān)系不變，而在積分環(huán)節(jié)中輸入輸出關(guān)系則有一負(fù)號(hào)，所以整個(gè)閉環(huán)回路是負(fù)反饋形式。若A是變化量，則B信號(hào)跟隨A信號(hào)變化，始終保持B與A相等。通過(guò)該線路可使B跟隨A變化，使B總與A相等。最簡(jiǎn)單的原理圖如圖312所示。當(dāng)三沖量系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，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(yùn)行時(shí)，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(yīng)保證加法器的輸出跟蹤給水流量信號(hào)。系統(tǒng)的切換在25%負(fù)荷左右進(jìn)行。當(dāng)單沖量系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，1C閉合，3C斷開。兩套控制系統(tǒng)的切換是根據(jù)鍋爐負(fù)荷（蒸汽流量）的大小進(jìn)行的。高負(fù)荷時(shí)采用串級(jí)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(hào)。于是出現(xiàn)了低負(fù)荷時(shí)采用單沖量，高負(fù)荷時(shí)采用三沖量給水控制系統(tǒng)，如圖311所示。低負(fù)荷時(shí)，由于蒸汽參數(shù)低，負(fù)荷變化小，虛假水位現(xiàn)象不太嚴(yán)重，對(duì)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)。調(diào)節(jié)閥的切換與截門的切換密切配合，截門應(yīng)在調(diào)節(jié)閥投入工作之前打開。由于兩個(gè)閥門的流通量是不同的，所以兩個(gè)閥門的開關(guān)速度應(yīng)該是不同的，而流量應(yīng)該保持相等，這可以通過(guò)比例系數(shù)和偏置值進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)信號(hào)降為零時(shí)，小閥門回路的乘法器輸出。這時(shí)，限速組件輸入為一個(gè)10V的階躍信號(hào)，其圖310 大小調(diào)節(jié)閥無(wú)擾切換原理圖輸出變?yōu)樾逼滦盘?hào)，當(dāng)斜坡信號(hào)達(dá)到10V時(shí)，即大閥門逐漸開大，最后變?yōu)檎{(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，大閥門參與工作。這是因?yàn)镵J斷開，限速組件≮的輸出信號(hào)為0，則大閥回路中乘法器輸出。信號(hào)即為調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，所以小閥回路中的控制信號(hào)即為調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，小閥處于工作狀態(tài)。從圖310可以看出，在低負(fù)荷時(shí)，繼電器接點(diǎn)KJ斷開，定值組件GH發(fā)出10V的階躍信號(hào)，經(jīng)過(guò)加法器，直接送到小閥回路中的乘法器，即V。在負(fù)荷變化時(shí)，大小閥門就需要進(jìn)行無(wú)擾切換。兩個(gè)乘法器的輸入輸出關(guān)系為加法器的輸出為 =因?yàn)? ；；所以 例如，當(dāng)流量較小，GH=，可得到；即從大孔板測(cè)量值取60%，從小孔板測(cè)量值取40%，構(gòu)成給水流量測(cè)量信號(hào)。由于選擇比例組件的放大倍數(shù)較大，比如為20，此時(shí)，輸出將大于10，經(jīng)限幅后，使=10V?，F(xiàn)把實(shí)現(xiàn)式（15）的線路原理說(shuō)明如下：當(dāng)≥GH值時(shí)，比例組件輸入為負(fù)值，反向截止使輸出N=0，由乘法器中，得到。如果把圖39中各個(gè)環(huán)節(jié)參數(shù)配合恰當(dāng)，則可以得到以下結(jié)果： （35）圖39中用虛線框表示的部分，是一個(gè)比例限幅電路，通過(guò)恒流給定器GH輸出與大孔板測(cè)量信號(hào)比較，經(jīng)比例放大后，再限制其最大輸出值（n=0～10），使=0～1變化。圖39 給水流量測(cè)量信號(hào)系統(tǒng)在圖39中，經(jīng)過(guò)大孔板的給水流量；經(jīng)過(guò)小孔板的給水流量； 大孔板、流量變送器、I/U轉(zhuǎn)換及開方器合在一起的測(cè)量系統(tǒng)總的系數(shù)； 小孔板等測(cè)量系統(tǒng)總的系數(shù)；最后測(cè)得的給水流量信號(hào)，它如用指示表表示出來(lái)，系數(shù)值用（即按大孔板測(cè)量范圍作為指示儀表的測(cè)量范圍）； 0～1變化的系數(shù)。由上式可以看出，當(dāng)時(shí)，=；當(dāng)時(shí)，=，這樣就實(shí)現(xiàn)了在低負(fù)荷時(shí)用旁路管路上的孔板2測(cè)量給水流量，高負(fù)荷時(shí)用主給水管路上的孔板1測(cè)量給水量的要求，從而提高了測(cè)量精度。當(dāng)給水流量大于25%時(shí)，值由1向零逐漸變小，當(dāng)流量達(dá)到30%時(shí)，這時(shí)旁路給水流量信號(hào)消失，轉(zhuǎn)入主給水管路的給水流量測(cè)量。圖37 給水管路系統(tǒng)示意圖圖38 給水流量信號(hào)運(yùn)算回路由于旁路給水管路中的實(shí)際流量為主給水管路的1/4左右，以便使旁路給水流量信號(hào)與主給水流量信號(hào)具有同樣的變化范圍。在鍋爐啟停及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，用旁路孔板2測(cè)量給水量，高負(fù)荷時(shí)用主管路孔板1測(cè)量給水量。旁路給水管路中的最大流量只有主給水管路流量的30%左右，如果采用一個(gè)孔板測(cè)量給水流量，在低負(fù)荷時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。上面的一路為主給水，在高負(fù)荷時(shí)使用；下面一路為流量較小的旁路給水，鍋爐啟停過(guò)程中及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)用它供水；中間一路為輔助給水，當(dāng)主給水管路發(fā)生故障或因水壓過(guò)低而主給水供不應(yīng)求時(shí)使用。 給水流量測(cè)量裝置切換系統(tǒng)圖36 給水流量信號(hào)溫度校正線路給水流量測(cè)量信號(hào)的準(zhǔn)確性與壓力、溫度的校正精度有關(guān)，但主要取決于高、低負(fù)荷時(shí)流量的測(cè)量精度。所以，對(duì)給水流量測(cè)量信號(hào)可以只采用溫度校正，其校正回路如圖36所示。按式（34）可設(shè)計(jì)出過(guò)熱蒸汽流量信號(hào)的壓力，溫度自動(dòng)校正線路如圖35所示。當(dāng)被測(cè)過(guò)熱蒸汽的壓力和溫度偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，蒸汽的密度變化很大，這就會(huì)給流量測(cè)量造成誤差，所以要進(jìn)行壓力和溫度的校正。這種噴嘴基本上是按定壓運(yùn)行額定工況參數(shù)設(shè)計(jì)，在該參數(shù)下運(yùn)行時(shí)，測(cè)量精度是較高的。計(jì)算和試驗(yàn)表明，密度與汽包之間的函數(shù)曲線可以看出與的關(guān)系在較大范圍內(nèi)可以近似地認(rèn)為是線性關(guān)系，即則式（31）可以改寫為 （33）按式（33）可設(shè)計(jì)出較為簡(jiǎn)便的水位自動(dòng)校正線路，如圖34所示。而飽和水和飽和蒸汽的密度和均為汽包壓力的函數(shù)，即由式（31）可以改寫成 （32）按照式（32）可以設(shè)計(jì)出水位壓力自動(dòng)校正線路，如圖33所示。密度與環(huán)境溫度有關(guān)，一般可取50℃時(shí)水的密度。圖32 汽包水位測(cè)量系統(tǒng)汽包壓力；H汽水連通管之間垂直距離，即最大變化范圍；h汽包水位高度； ，夾在差壓變送器兩側(cè)的壓力；飽和蒸汽的密度；飽和水的密度；汽包外平衡容器內(nèi)凝結(jié)水的密度圖32表示單元單容器平衡測(cè)量系統(tǒng)。通?？梢圆捎靡韵路椒ㄟM(jìn)行壓力校正。按參數(shù)變化范圍和要求的校正精度不同，可建立不同的數(shù)學(xué)模型，因而可設(shè)計(jì)出不同的自動(dòng)校正方案。為了實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制，要求這些信號(hào)能夠自動(dòng)地進(jìn)行壓力、溫度校正。為了保證泵的安全運(yùn)行特性，通常也裝有再循環(huán)門和調(diào)節(jié)閥門。為了保證泵在低負(fù)荷時(shí)出口有足夠的流量，防止給水泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，安裝了再循環(huán)管路。由于機(jī)組啟動(dòng)階段還不能得到穩(wěn)定的氣源，汽動(dòng)變速泵無(wú)法使用，故先用電動(dòng)泵。汽動(dòng)泵電動(dòng)泵混合型給水系統(tǒng)共有三臺(tái)主給水泵，其中兩臺(tái)是可變速的汽動(dòng)泵，它們?cè)诟哓?fù)荷時(shí)使用。另一類是單元制給水系統(tǒng)，每臺(tái)單元機(jī)組都有自己獨(dú)立的給水管路系統(tǒng)。為了檢修方便，在主給水管路上又安裝了總的電動(dòng)截門7。圖31 母管制鍋爐給水系統(tǒng)示意圖在圖31中，1門是主給水調(diào)節(jié)閥，2門是備用主給水調(diào)節(jié)閥，這兩個(gè)閥門允許通過(guò)100%負(fù)荷的給水量；3門是旁路給水調(diào)節(jié)閥，允許通過(guò)25%~30%左右負(fù)荷的給水量。全廠所有的給水泵都連在給水母管上；而每臺(tái)鍋爐的給水調(diào)節(jié)則用各自連接在給水母管上的給水調(diào)節(jié)門進(jìn)行。第三章 串級(jí)三沖量給水系統(tǒng)的信號(hào)校正與系統(tǒng)切換 鍋爐給水設(shè)備及管路連接鍋爐給水管路連接是和機(jī)爐連接方式相適應(yīng)的，可分母管制與單元制兩類。從各種擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性可估計(jì)到水位調(diào)節(jié)的一些缺點(diǎn)：由于存在延遲，等到水位偏離規(guī)定值后再去進(jìn)行調(diào)節(jié)，水位必然會(huì)有較大的變化（尤其是水位反應(yīng)快的鍋爐），水位的偏差也大；在負(fù)荷變化時(shí)，由于“虛假水位”現(xiàn)象，水位將迅速變化，這種變化幅度不可能用調(diào)節(jié)給水量來(lái)減小。由于熱慣性的原因，這種“虛假水位”沒(méi)有蒸汽流量擾動(dòng)下的“虛假水位”那樣嚴(yán)重。隨著汽包壓力的升高，汽水混合物中汽泡的比例將減小，又使得汽水總?cè)莘e下降；其次，在汽壓升高時(shí)，汽的比容變小，水的比容變大，總的效果是汽水混合物的比容變化不大。 爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)燃料M增加時(shí)，爐膛熱負(fù)荷隨著增加，水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的汽水混合物的氣泡比例增加，蒸發(fā)強(qiáng)度增加。汽輪機(jī)甩負(fù)荷擾動(dòng)下的“虛假水位”現(xiàn)象是相當(dāng)嚴(yán)重的，這給組成水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來(lái)了困難。虛假水位的變化情況和鍋爐的特性有關(guān)，燃料突然減小時(shí)（如鍋爐滅火），“虛假水位”約在2～4分鐘內(nèi)即達(dá)到最低值。水位實(shí)際變化曲線是H1和H2 之和。圖23 給水?dāng)_動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖 蒸汽流量擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性蒸汽流量擾動(dòng)下水位的階躍起反應(yīng)曲線如圖24所示。水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)可表示為： 其擾動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖如圖23所示，可近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)或串聯(lián)的兩種形式。由H曲線可以清楚地看出給水被控對(duì)象內(nèi)擾的特點(diǎn)是：給水?dāng)_動(dòng)剛剛加入時(shí)，由于給水的過(guò)冷度影響，水位H的變化很慢，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后其變化速度才逐漸增加，最后變?yōu)榘匆欢ㄋ俣戎本€上升，這時(shí)就是物質(zhì)不平衡在起主要作用了，如果給水量和蒸汽量不能平衡，水位就不能確定。事實(shí)上也就是因?yàn)榻o水溫度遠(yuǎn)低于省煤器的溫度，即給水有一定的過(guò)冷度，水進(jìn)入省煤器后，使一部分汽變成了水，特別是沸騰式省煤器，給水減輕了省煤器內(nèi)的沸騰度，省煤器內(nèi)汽泡總?cè)莘e減少，因此，進(jìn)入省煤器內(nèi)的水首先用來(lái)填補(bǔ)省煤器中因汽泡破滅容積減少而降低的水位，經(jīng)過(guò)一段遲延甚至水位下降后，才能因給水不斷從省煤器進(jìn)入汽包而使水位上升。圖22中曲線1為沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性，曲線2為非沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性。影響水位變化的原因是很多的，其中鍋爐的蒸發(fā)量和給水流量的變化是主要的，其它還有爐膛熱負(fù)荷、汽包壓力的變化等原因。圖21 給水調(diào)節(jié)對(duì)象結(jié)構(gòu)圖1給水母管；2調(diào)節(jié)閥；3省煤器；4汽包；5管路；6過(guò)熱器；7蒸汽管給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是指各種擾動(dòng)下的汽包水位隨時(shí)間變化的特性。因此，我們主要考慮給水量和蒸汽流量對(duì)水位的影響。影響汽包水位變化的因素很多，主要有燃煤量、給水量和蒸汽流量。汽包水位過(guò)低，會(huì)影響鍋爐的汽水自然循環(huán)，如不及時(shí)調(diào)節(jié)，就會(huì)使汽包里的水全部汽化掉，可能導(dǎo)致鍋爐燒塌和爆炸事故。影響汽包水位變化的因素主要有：蒸汽流量D,給水量W，爐膛熱負(fù)荷（燃料量M）,汽包壓力P等。所以，水位不僅受汽包儲(chǔ)水量變化的影響，而且還受到汽水混合物中汽泡容積變化的影響。