【正文】 2為非沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性。 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 容積 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。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。 水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)可表示為： )1(1)( ssssWHsW h ?????? ?????? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 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。 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。水位實(shí)際變化曲線是 H1和 H2 之和。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。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。 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。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。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。 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)快的內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 13 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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 14 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。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。 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。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。 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)。 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 。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。為了保證泵在低負(fù)荷內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 15 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。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。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。通常可以采用以下方法進(jìn)行壓力校正。 圖 32 汽包水位測(cè)量系統(tǒng) bp 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； 1p ， 2p 夾在差壓變送器兩側(cè)的壓力； s? 飽和蒸汽的密度； G? 飽和水的密度； a? 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)。密度 a? 與環(huán)境溫度有關(guān)，一般可取 50℃時(shí)水的密度。而飽和水和飽和蒸汽的密度 G? 和 s? 均為汽包壓力 bp 的函數(shù)，即 )( )( bbsG basa pf pf?? ?? ?? ?? 由式（ 31）可以改寫成 )()( bb ba pf ppfh ??? （ 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。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 sa ?? ? 與 bp 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 39。2 )()( 39。1 bsa pkkHH ??? ?? bsa pkkH 21)( ??? ?? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 17 則式（ 31）可以改寫為 )(21 bb bpf ppkkh ???? （ 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。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。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。 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。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。 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。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。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。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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20 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，因 此測(cè)量旁路給水流量的變送器輸出信號(hào)要用乘法器乘以 的系數(shù)，以便使旁路給水流量信號(hào)與主給內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 21 水流量信號(hào)具有同樣的變化范圍。當(dāng)給水流量大于 25%時(shí)， k 值由 1 向零逐漸變小，當(dāng)流量達(dá)到 30%時(shí) 0?k ，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。 由上式可以看出，當(dāng) 1?k 時(shí)， 1w = 2w ；當(dāng) 0?k 時(shí)， w = 1w ，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。 圖 39 給水流量測(cè)量信號(hào)系統(tǒng) 在圖 39中， 1W 經(jīng)過(guò)大孔板的給水流量； 2W 經(jīng)過(guò)小孔板的給 水流量； ?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 22 1r 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)； 2r ?小孔板等測(cè)量系統(tǒng)總的系數(shù)； W 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 1r （即按大孔板測(cè)量范圍作為指示儀表的測(cè)量范圍）； k 0～ 1變化的系數(shù)。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 ： kWkWW 21 )1( ??? （ 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) 1m 比較，經(jīng)比例放大后，再限制其最大輸出值（ n=0～ 10），使k =0～ 1變化。 現(xiàn)把實(shí)現(xiàn)式（ 15）的線路原理說(shuō)明如下： 當(dāng) 1m ≥ 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 10nk? ，得到 0?k 。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 n =10V， 110?? nk 。 兩個(gè)乘法器的輸入輸出關(guān)系為 kmnmU ???? 110101 krrmnrrmU ?????? 21221202 10)( 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 23 加法器 ? 的輸出為 krrmkmmUUmm2121102020 ??????? = krrmkm ??? 2121 )1( krmkrmrm ???? 22111 )1( 因?yàn)? 111 rmW? ；222 rmW? ；1rmW? 所以 kWkWW ???? 21 )1( 例如，當(dāng)流量較小， GH 1m =，可得到 ???n ； ?? nk 21 WWW ?? 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)。在負(fù)荷變化時(shí)，大小閥門就需要進(jìn)行無(wú)擾切換。 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 10?b V。 a 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)。這是因?yàn)?KJ 斷開，限速組件≦的輸出信號(hào) b為 0，則大閥回路中乘法器輸出 010 0 ????? ac baU大。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 b 變?yōu)樾逼滦盘?hào)，當(dāng)斜坡信號(hào)達(dá)到 10V 時(shí)， 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(hào)，大閥門參與工作。 當(dāng) b 信 號(hào) 降 為 零 時(shí) ， 小 閥 門 回 路 的 乘 法 器 輸 出00 ????? cac baU 小 。 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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 25 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。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)。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。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)。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。當(dāng)單沖量系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)， 1C閉合， 3C 斷開。系統(tǒng)的切換在 25%內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 26 負(fù)荷左右進(jìn)行。 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)。 最簡(jiǎn)單的 原理圖如圖 312 所示。通過(guò)該線路可使 B 跟隨 A 變化，使 B 總與 A 相等。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。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。 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)。 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