§ 15.   Виды автоматического регулирования котлов

Управление судовой энергетической установкой сводится к тому, чтобы установить соответствующую требуемой скорости хода судна частоту вращения гребного винта, а следовательно, частоту вращения и мощность главных двигателей. С этой целью у судовых паровых установок регулируют:
—       расход (количество) пара, подаваемого в главную машину или турбину;
—       параметры пара (давление и температуру);
—       расход и параметры пара одновременно.

Регулирование расхода и параметров пара осуществляется соответствующим регулированием питания котлов и процесса горения топлива в котле, т. е. путем изменения подаваемого в котел количества воды, топлива и воздуха. Такое регулирование обеспечивает тепловой баланс котла или постоянное равновесие между теплом, уходящим из котла вместе с паром, и теплом, получаемым котлом при сгорании топлива. При этом количество пара, отданного котлом, должно непрерывно пополняться определенным количеством воды так, чтобы уровень ее в котле оставался постоянным. Поддерживать вручную такое равновесие, соблюдая условия высокой надежности и экономичности работы котла, в современных котлах трудно. Кроме того, ручное регулирование может привести к перегреву и пережогу труб, к уносу солей из котельной воды в пароперегреватель и в механизмы, к снижению к. п. д. установки. Поэтому в современных котлах применяют различные автоматические регуляторы и клапаны, обеспечивающие регулирование питания, давления, расхода топлива и других параметров. Каждый из этих параметров регулируется в зависимости от изменения другого. Например, в котлах с естественной циркуляцией подача питательной воды производится в зависимости от ее уровня в пароводяном барабане, а подача топлива и воздуха — в зависимости от давления пара на выходе из пароперегревателя.

Устройства автоматического регулирования бывают трех видов: пневматические, электромеханические и гидравлические; последние получили преимущественное распространение в отечественных котлах. Гидравлическая схема автоматического регулирования котельной установки с водотрубным котлом естественной циркуляции со всеми входящими в эту схему регуляторами и их связями между собой показана на рис. 26.


Рис. 26. Схема автоматического регулирования котельной установки.

1 — питательный насос; 2 — регулятор давления питательной воды, воздействующий на клапан свежего пара; 3 — регулятор уровня воды в котле, воздействующий на питательный клапан; 4 — регулятор давления пара, воздействующий на топливный регулирующий орган; 5 — регулятор температуры топлива; 6 — топливный насос; 7 — подогреватель топлива; 8 — регулятор давления топлива, воздействующий на клапан слива мазута б цистерну; 9 — регулятор расхода воздуха, воздействующий на регистры воздухопровода; 10 — турбовентилятор; 11 — регулятор давления воздуха, воздействующий на клапан свежего пара.

----воздействие регуляторов на соответствующие органы управления

Для прямоточных водотрубных котлов указанная схема сохраняется, только из нее исключают регулятор уровня воды в котле, а вместо регуляторов давления питательной воды и топлива вводят регуляторы перепадов давлений.

Устройство и принцип действия автоматических регуляторов различны, но все они могут быть подразделены на две основные группы: регуляторы прямого и непрямого действия.

Воспринимающий (чувствительный) элемент регуляторов прямого действия непосредственно воздействует на регулирующий орган. Например, у автоматического регулятора питания котла прямого действия воспринимающим элементом является поплавок, расположенный в поплавковой камере. Через систему рычагов поплавок воздействует на автоматический питательный клапан, регулируя подачу воды в котел. Поплавковую камеру крепят к днищу пароводяного барабана котла с наружной стороны при помощи фланцев. Чтобы поплавок мог реагировать на незначительные колебания уровня воды в котле, паровое и водяное пространства поплавковой камеры и пароводяного барабана соединяют между собой. Поэтому уровень воды в поплавковой камере всегда соответствует уровню воды в пароводяном барабане.

Недостатком автоматического регулятора питания прямого действия является ненадежность его работы при перемене режима работы котла, вследствие чего иногда приходится переходить на ручное питание. Поэтому такие регуляторы применяют для котлов, имеющих невысокие паропроизводительность и параметры пара.

Для котлов с высокой паропроизводительностью, устанавливаемых на крупных морских судах, в последнее время стали применять двухимпульсные регуляторы питания струйного типа непрямого действия, которые действуют безотказно при любых изменениях нагрузки котла. Устройство такого регулятора показано на рис. 27.


Рис. 27. Двухимпульсный регулятор питания струйного типа непрямого действия.

Основными частями регулятора являются: измерительный орган 3 с двумя мембранами; усилительный элемент 2 (струйная трубка); устройство обратной связи 1 (обратное выключение); исполнительные механизмы — сервомотор 7 и питательный клапан 8. Регулятор называется двухимпульсным потому, что он регулирует подачу воды из подогревателя 4 в котел по двум изменяющимся параметрам (импульсам): нагрузке котла (расходу пара) и изменению уровня воды в котле. Расход пара контролируется мембраной а, так как ее верхняя сторона соединена трубкой с главным паропроводом, а нижняя соединена другой трубкой с котлом. Уровень воды в свою очередь контролируется нижней мембраной б. На эту мембрану воздействует столб воды высотой H, измеряемой расстоянием по вертикали между уровнями воды в конденсационном бачке 6 и пароводяном барабане 5 котла независящей от уровня воды в последнем. Конденсационный бачок обычно располагают в ДП судна, чтобы исключить влияние качки, и сообщают при помощи трубок с паровым и водяным пространствами барабана.

Рассмотренный двухимпульсный регулятор отличается способностью перемещать питательный клапан 8 одновременно с расходом пара до того, как в котле произошли колебания уровня воды. Этот регулятор, обладая высокой чувствительностью, обеспечивает устойчивое регулирование, не допуская большого колебания уровня при различных нагрузках котла, что является его несомненным преимуществом перед одноимпульсным регулятором прямого действия.