電廠汽包鍋爐給水水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目 錄引言 ··············································&#

2、183;·················································&#

3、183;···································· 1第一章 第一章 給水控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 ·········

4、3;·················································

5、3;······· 31.1鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù) ········································

6、;············································ 31.2 給水控制對(duì)象和各種擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性 ·&

7、#183;········································· 31.2.1 給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 ·····

8、;··················································

9、;····················· 31.2.2 各種擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性 ·························&#

10、183;·············································· 5第二章 給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求和

11、基本結(jié)構(gòu) ·················································&

12、#183;····· 92.1 給水控制系統(tǒng)的基本要求 ·········································&

13、#183;········································· 92.2 給水控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及分析 ····

14、3;·················································

15、3;················ 92.2.1 單沖量給水控制系統(tǒng) ······························

16、3;·················································

17、3;··· 92.2.2 前饋-反饋三沖量給水控制系統(tǒng) ···········································

18、;····················· 102.2.3 串極三沖量給水控制系統(tǒng)分析 ·························

19、········································· 16第三章 給水控制系統(tǒng)的無(wú)擾切換 ······

20、;··················································

21、;························· 203.1 測(cè)量信號(hào)的自動(dòng)校正 ······················

22、··················································

23、················· 203.1.1 水位信號(hào)的壓力校正 ······························

24、;··················································

25、;·· 203.1.2 過(guò)熱蒸汽氣流信號(hào)的壓力、溫度校正 ···········································

26、83;·········· 223.1.3 給水流量信號(hào)的溫度校正 ····································

27、······································ 233.2 給水控制系統(tǒng)的切換 ·········&

28、#183;·················································&

29、#183;····························· 243.2.1 給水流量測(cè)量裝置切換系統(tǒng) ················

30、83;·················································

31、83;··· 243.2.2 大小給水調(diào)節(jié)閥門(mén)的切換 ···········································

32、······························· 283.2.3 系統(tǒng)的無(wú)擾切換 ················&

33、#183;·················································&

34、#183;······················· 29第四章 系統(tǒng)的參數(shù)整定及MATLAB仿真 ······················&

35、#183;················································ 324.1

36、控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法 ················································

37、································· 324.1.1 廣義頻率特性法 ··············&

38、#183;·················································&

39、#183;························· 324.1.2 工程整定法 ·····················

40、3;·················································

41、3;·························· 334.2 調(diào)節(jié)器的選取 ·····················&#

42、183;·················································&#

43、183;····························· 354.3 參數(shù)整定及MATLAB仿真 ·················

44、;··················································

45、;············ 364.3.1 單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定及MATLAB仿真 ································

46、3;··········· 36內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)4.3.2 串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定 ································

47、······························ 374.3.3 整個(gè)系統(tǒng)和各種擾動(dòng)量下的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖和仿真圖 ··············

48、;·········· 41 結(jié)論 ······································

49、3;·················································

50、3;·········································· 45 參考文獻(xiàn) ······&

51、#183;·················································&

52、#183;·················································&

53、#183;················ 46 謝辭 ································

54、··················································

55、················································· 47內(nèi)蒙古

56、工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)引 言自動(dòng)控制技術(shù)在工程和科學(xué)發(fā)展中起著極為重要的作用，在火電廠的生產(chǎn)過(guò)程中也采用了自動(dòng)控制技術(shù)。在火電廠的生產(chǎn)過(guò)程中采用的熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)，是伴隨著社會(huì)對(duì)電能需求的日益增加、單機(jī)容量的日益擴(kuò)大和自動(dòng)控制技術(shù)在火力發(fā)電廠中應(yīng)用的深度與廣度與日俱增而逐步發(fā)展起來(lái)的。電廠熱工自動(dòng)化水平的高低是衡量電廠生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)與否和企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。其中，汽包鍋爐給水及水位的調(diào)節(jié)已經(jīng)完全采用自動(dòng)的方式加以控制，在不需要操作人員干預(yù)的情況下，可以很好的完成生產(chǎn)過(guò)程中的給水及水位控制，大大提高了生產(chǎn)效率。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量，并使汽包中水位保持在一定的范

57、圍內(nèi)。只有保證汽包水位的波動(dòng)在允許范圍內(nèi)，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，汽包水位是影響整個(gè)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素，所以就要有一套較好的控制方案，來(lái)實(shí)現(xiàn)汽包水位的控制。從傳統(tǒng)的控制方式來(lái)看，它們要么系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，卻不能有效的控制鍋爐汽包“虛假水位”現(xiàn)象，要么能夠在一定程度上控制“虛假現(xiàn)象”，系統(tǒng)卻過(guò)于復(fù)雜，成本投入過(guò)大。目前工業(yè)控制急需一種系統(tǒng)簡(jiǎn)單，并且能夠控制“虛假水位”，具有高性價(jià)比的控制系統(tǒng)。汽包鍋爐的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)有三種基本結(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)，低負(fù)荷階段，由于疏水和鍋爐排污等因素的影響，給水和蒸汽流量存在著嚴(yán)重的不平衡，而且

58、流量太小時(shí)，測(cè)量誤差大，故在低負(fù)荷階段，很難采用三沖量調(diào)節(jié)方式，一般均采用單沖量調(diào)節(jié)方式。負(fù)荷達(dá)到一定值以上時(shí)，疏水和排污閥逐漸關(guān)閉，汽、水趨于平衡，流量逐漸增大，測(cè)量誤差逐漸減小，這時(shí)原則上可采用三沖量調(diào)節(jié)方式。但由于單級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求蒸汽流量和給水流量信號(hào)在穩(wěn)態(tài)時(shí)必須相等，否則汽包水位存在靜態(tài)偏差，而且由于測(cè)量裝置及變送器的誤差等因素的影響，實(shí)際上現(xiàn)場(chǎng)這兩個(gè)信號(hào)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，經(jīng)常難以做到完全相等，而且單級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)一個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定需兼顧的因素多。因此單級(jí)三沖量事實(shí)上一般也難以采用。串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)方式，采用主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器。兩調(diào)節(jié)器任務(wù)分工明確，整定相對(duì)容易，而且不要求穩(wěn)態(tài)時(shí)給水流量信

59、號(hào)與蒸汽流量信號(hào)完全相等，易于得到較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，因此現(xiàn)場(chǎng)多采用此控制方式。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，參數(shù)的整定也是非常重要的，由于在系統(tǒng)中所設(shè)計(jì)的對(duì)象是內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)確定的，所以只有對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行整定，控制系統(tǒng)的參數(shù)整定有理論計(jì)算方法和工程整定方法，理論計(jì)算方法是基于一定的性能指標(biāo)，結(jié)合組成系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特征，通過(guò)理論計(jì)算求得調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)定值；而工程整定法，則是源于理論分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)等一套工程上的方法，其具體方法將在本設(shè)計(jì)中體現(xiàn)。本設(shè)計(jì)的目的是采用串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)控制汽包水位，使其平穩(wěn)運(yùn)行，并通過(guò)MATLAB仿真，證明所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以很好的克服系統(tǒng)的內(nèi)外擾

60、動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽包鍋爐水位控制的要求。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第一章 概 述1.1 自動(dòng)控制技術(shù)在電廠的應(yīng)用電能由于其固有的優(yōu)點(diǎn)而成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域最廣泛使用的能量，從而成為人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)和生活中時(shí)刻不能離開(kāi)的二次能源，電力已經(jīng)深入到社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，一個(gè)國(guó)家的電氣化程度已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志。只有電力產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展才有可能保證整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速而穩(wěn)步的發(fā)展。熱力發(fā)電廠是電力工業(yè)的重要組成部分。熱力發(fā)電廠包括燃化石燃料（煤、油、氣）的火力發(fā)電廠與使用核燃料的核動(dòng)力電廠，迄今為止，熱力發(fā)電廠在世界大多數(shù)國(guó)家中仍占著各種發(fā)電形式中的主導(dǎo)地位，我國(guó)的火力發(fā)電占70%左右，而且根據(jù)

61、我國(guó)國(guó)情，火力發(fā)電廠基本是燃煤電廠。目前的大型燃煤電廠都已經(jīng)有了非常先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)技術(shù)和科學(xué)水平先進(jìn)與否的一項(xiàng)重要標(biāo)志。電力工業(yè)中電廠熱工生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)相對(duì)于其它民用工業(yè)部門(mén)有較長(zhǎng)的歷史和較高的自動(dòng)化水平，電廠熱工自動(dòng)化水平的高低是衡量電廠生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)與否和企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。早期的自動(dòng)控制系統(tǒng)因熱力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量小，對(duì)控制系統(tǒng)要求也不高，所以非常簡(jiǎn)單，只需對(duì)給水、汽溫、汽壓和汽機(jī)的轉(zhuǎn)速作簡(jiǎn)單的控制。這些控制系統(tǒng)大多分散在鍋爐和汽機(jī)車(chē)間就地安裝，整個(gè)電廠的機(jī)、爐、電也是分散控制的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電機(jī)組已由中溫、中壓、中小容量發(fā)展

62、到今天的大容量、高參數(shù)的單元機(jī)組。1.2 鍋爐概述鍋爐由汽鍋和爐子組成。爐子是指燃燒設(shè)備，為化石烯料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能提供必要的燃燒空間。汽鍋是為汽水循環(huán)和汽水吸熱以及汽水分離提供必要的吸熱和分離空間。鍋爐作為一種把煤、石油或天然氣等化石燃料所儲(chǔ)藏的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成水或水蒸氣的熱能的重要設(shè)備，長(zhǎng)期以來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)和居民生活中都扮演著極其重要的角色，它已經(jīng)有二百多年的歷史了，但是鍋爐工業(yè)的迅猛發(fā)展卻是近幾十年的事情。國(guó)外的鍋爐控制工業(yè)5060年代發(fā)展最快，70年代達(dá)到高峰。我國(guó)的鍋爐工業(yè)是在新中國(guó)成立后才建立和發(fā)展起來(lái)的，1953年在上海首創(chuàng)了上海鍋爐廠,從其在生產(chǎn)和生活中所起的作用不同，鍋爐可分為電

63、站鍋爐，主要用于發(fā)電；工業(yè)鍋爐，主要用于直接供給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或驅(qū)動(dòng)機(jī)械能源；生產(chǎn)鍋爐，主要用于為居民提供熱水和供內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)居民取暖。應(yīng)該說(shuō)鍋爐控制問(wèn)題伴隨著鍋爐的出現(xiàn)也就相應(yīng)的出現(xiàn)了，它長(zhǎng)期以來(lái)就是控制領(lǐng)域的一個(gè)典型問(wèn)題。伴隨著控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，鍋爐自動(dòng)化控制的水平也在逐步提高。鍋爐的自動(dòng)化控制，經(jīng)歷了三四十年代單參數(shù)儀表控制，四五十年代單元組合儀表綜合參數(shù)儀表控制，以及六十年代初期的計(jì)算機(jī)過(guò)程控制幾個(gè)階段，隨著六十年代第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用以及此后計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)逐漸進(jìn)入了鍋爐控制領(lǐng)域并正在成為這一領(lǐng)域的主要角色。計(jì)算機(jī)很強(qiáng)的記憶功能，邏輯判

64、斷功能以及快速計(jì)算功能為實(shí)現(xiàn)任意的控制算法提供了可能，這樣，先進(jìn)的控制理論和控制算法進(jìn)入鍋爐控制已經(jīng)有了可能性。從系統(tǒng)角度看，鍋爐包括燃燒負(fù)荷控制系統(tǒng)、送引風(fēng)系統(tǒng)、給水控制系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1-1：圖1-1 鍋爐控制系統(tǒng)總圖鍋爐汽包水位是鍋爐安全運(yùn)行的一個(gè)主要參數(shù)，水位過(guò)高會(huì)使蒸汽帶水帶鹽，嚴(yán)重的將引起整體品質(zhì)下降，嚴(yán)重影響生產(chǎn)和安全；水位過(guò)低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)，引起水冷壁局部過(guò)熱而損壞，尤其是大型鍋爐，一旦控制不當(dāng)，容易使汽包滿水或汽包內(nèi)的水全部汽化，造成重大事故。故鍋爐汽包給水控制系統(tǒng)的任務(wù)是保證汽包水位在允許的范圍內(nèi)，并兼顧鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)蒸汽鍋爐來(lái)說(shuō)，汽包水位是其

65、正常運(yùn)行的主要指標(biāo)之一，是一個(gè)重要的被調(diào)節(jié)參數(shù)。由于汽包水位在鍋爐運(yùn)行中占首要地位，所以這類(lèi)鍋爐的生產(chǎn)自動(dòng)化一般是從給水自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)始的。隨著鍋爐參數(shù)的提高和容量的擴(kuò)大，對(duì)給水控制提出了更高的要求，其主要原因有：（1）汽包的個(gè)數(shù)和體積減小，使汽包的蓄水量和蒸發(fā)面積減少，從而加快了汽內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)包水位的變化速度；（2）鍋爐容量增大，顯著的提高了鍋爐蒸發(fā)受熱面的熱負(fù)荷，使鍋爐負(fù)荷對(duì)水位的影響加劇了；（3）提高了鍋爐的工作壓力，使給水調(diào)節(jié)閥和給水管道系統(tǒng)相應(yīng)復(fù)雜，調(diào)節(jié)閥的流量特性更不易滿足控制系統(tǒng)的要求。由此可見(jiàn)，隨著鍋爐朝大容量、高參數(shù)的發(fā)展，給水系統(tǒng)采用自動(dòng)控制是必不可少的，它

66、可以大大減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證鍋爐的安全運(yùn)行。1.3 主要設(shè)備介紹汽包：一般汽包采用夾層結(jié)構(gòu)，并且汽包上、下兩半部采用不等壁厚，以減輕汽包重量，節(jié)約鋼材。來(lái)自水冷壁的汽水混合物從汽包頂部?jī)蓚?cè)進(jìn)入汽包的內(nèi)夾層，沖刷汽包上半部?jī)?nèi)壁，然后再進(jìn)入渦流式分離器，在分離器做第一次分離，每只分離器頂部都裝有立式波形板分離器，作為二次分離元件。汽包頂部還配有立式波形板分離器，作為三次分離元件，經(jīng)三次分離的飽和蒸汽由汽包頂部的引出管送到過(guò)熱器去，下降管安置于汽包最底部，在下降管入口處還裝有十字架，用來(lái)消除由于入口產(chǎn)生旋渦而將蒸汽帶入下降管的現(xiàn)象。此外，汽包內(nèi)還裝有給水管和連續(xù)排污管。變速泵：變速泵又分為電

67、動(dòng)變速泵和氣動(dòng)變速泵。電動(dòng)變速泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)液力聯(lián)軸器與水泵相連接，通過(guò)改變液力聯(lián)軸器中勺管的徑向行程，改變聯(lián)軸器的工作油量，實(shí)現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速的改變，氣動(dòng)給水泵由小汽輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，通過(guò)控制小汽輪機(jī)的進(jìn)氣量，改變氣動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速。氣動(dòng)給水泵可直接將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，有較高的效率。但由于驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)的蒸汽一般采用主汽輪機(jī)的抽汽，在機(jī)組啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)抽汽氣壓太低，無(wú)法維持氣動(dòng)泵運(yùn)行，因此采用氣動(dòng)給水泵的系統(tǒng)，一般都配有一定容量的電動(dòng)泵，作為機(jī)組啟停和低負(fù)荷時(shí)使用以及氣動(dòng)泵故障時(shí)的備用泵。圖1-2 變速泵的壓力-流量特性內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)變速泵的壓力-流量特性如圖1-2所示，為

68、了保證鍋爐和泵的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，泵必須工作在泵的上限特性、下限特性、鍋爐允許最高給水壓力Pmax和最低給水壓力Pmin以及泵的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin包圍的區(qū)域，該區(qū)域稱為泵的安全工作區(qū)。泵的上限特性曲線亦稱為最小流量曲線，它表示給水泵在不同轉(zhuǎn)速下必須滿足的最小流量，正如前所述，低于這個(gè)流量，不但運(yùn)行效率很低，而且還會(huì)產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。這是由于低流量時(shí)，泵內(nèi)機(jī)械能做功產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)帶走，使得給水加熱并汽化，導(dǎo)致汽蝕。泵的下限特性曲線，亦稱為最大流量曲線，它表示給水泵在不同轉(zhuǎn)速下允許的最大流量，大于這個(gè)流量，泵的工作效率降低，而且可能使泵內(nèi)靜壓最低值低于給水溫度下的飽和壓力，在流道靜壓最

69、低值部分給水將發(fā)生汽化，導(dǎo)致汽蝕。因此采用變速泵的給水控制系統(tǒng)，在控制給水流量的過(guò)程中必須保證泵的工作點(diǎn)在安全工作區(qū)內(nèi)。一般采用的保護(hù)措施是：當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入上限特性曲線之外時(shí)，打開(kāi)泵出口至除氧器再循環(huán)管路上的最小流量再循環(huán)閥，稱之為最小流量保護(hù)；當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入下限特性之外時(shí)，關(guān)小管路的給水調(diào)節(jié)閥或提高水泵轉(zhuǎn)速，稱之為最大流量保護(hù)，從而保證泵的工作點(diǎn)始終在泵的安全經(jīng)濟(jì)工作區(qū)內(nèi)。1.4 給水調(diào)節(jié)的任務(wù)給水自動(dòng)調(diào)節(jié)也叫水位自動(dòng)調(diào)節(jié)，其主要任務(wù)是：(1)維持鍋爐水位在允許的范圍內(nèi)，使鍋爐的給水量適應(yīng)于蒸發(fā)量。鍋爐的水位是影響安全運(yùn)行的重要因素。水位過(guò)高會(huì)影響汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水增加

70、，使過(guò)熱器管壁和氣輪機(jī)葉片結(jié)垢，造成事故；對(duì)于工業(yè)鍋爐，蒸汽帶水量過(guò)多，也要影響用戶的某些工藝過(guò)程。水位過(guò)低，則會(huì)破壞汽水正常循環(huán)，以致燒壞受熱面。水位過(guò)高或過(guò)低，都是不允許的。所以，正常運(yùn)行時(shí)汽包水位應(yīng)在給定值的 15mm上下范圍波動(dòng)。(2)保持給水量穩(wěn)定。給水量穩(wěn)定，有助于省煤器和給水管道的安全運(yùn)行。 上述兩個(gè)任務(wù)中，第一個(gè)任務(wù)尤為重要。實(shí)踐證明，無(wú)論是電站鍋爐，或者是工業(yè)鍋爐，用人工操作調(diào)節(jié)水位，既不安全，也不經(jīng)濟(jì)，其最有效的方法是實(shí)現(xiàn)給水自動(dòng)調(diào)節(jié)。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第二章 給水被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性在討論給水自動(dòng)控制系統(tǒng)之前，必須先分析被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，然后才能設(shè)計(jì)出一個(gè)合

71、理的給水控制系統(tǒng)。給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是指汽包水位的變化與引起水位變化的各種因素之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。汽包水位是汽包中儲(chǔ)水量和水面下汽泡容積的綜合反映。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。從水位反映儲(chǔ)水量來(lái)看，調(diào)節(jié)對(duì)象是一個(gè)無(wú)自平衡能力的對(duì)象，這是因?yàn)閮?chǔ)水量的變化是由給水流量和蒸汽流量變化引起的，而水位變化后既不能影響給水流量，又不能影響蒸發(fā)量，所以說(shuō)水位調(diào)節(jié)對(duì)象是沒(méi)有自平衡能力的。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。2.1 汽包水位的動(dòng)態(tài)特性工業(yè)鍋爐的汽包水位是正常運(yùn)行的重要指標(biāo)之一，水位過(guò)高，產(chǎn)生

72、蒸汽帶水現(xiàn)象，影響用汽單位的正常生產(chǎn)。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。因此，鍋爐運(yùn)行中，保持汽包水位在一定范圍是十分重要的自動(dòng)控制問(wèn)題。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。燃煤量對(duì)水位變化的影響是非常緩慢的，比較容易克服。因此，我們主要考慮給水量和蒸汽流量對(duì)水位的影響。鍋爐水位調(diào)節(jié)對(duì)象的原理結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 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。當(dāng)擾動(dòng)為階躍擾

73、動(dòng)時(shí)，對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性稱為階躍響應(yīng)曲線。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。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.2 各種擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性2.2.1 給水流量擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性圖2-2為給水量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線。圖2-2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。圖2-2 給水量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線在給水流量突然增加的瞬間，鍋爐的蒸發(fā)量還未改變，給水流量大于蒸發(fā)量，但水位一開(kāi)始并不立即增加，這是因?yàn)闇囟容^低的給水進(jìn)入省煤器及水循環(huán)系統(tǒng)的流量增加了，從原有的飽和汽水

74、混合物中吸取了一部分熱量，使水面下的汽泡容積有所減少。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。在此過(guò)程中，負(fù)荷還未變化，汽包中水仍在蒸發(fā)，因此水位也有下降趨勢(shì)。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?/p>

75、速度直線上升，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。下面簡(jiǎn)單介紹一下水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)。水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)可表示為： Wh(s)=H =-=Ws1+ss(1+s)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)其擾動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖如圖2-3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。其擾動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖如圖2-3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2-3 給水?dāng)_動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖2.2.2 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2-4所示。當(dāng)蒸汽流量突然增加（假定供熱量及

76、時(shí)跟上）時(shí)，鍋爐的蒸發(fā)量大于給水流量，汽包的貯水量應(yīng)等速下降，又因?yàn)槠菬o(wú)自平衡對(duì)象，所以水位的變化曲線應(yīng)如圖中曲線H1所示：實(shí)際上當(dāng)蒸發(fā)量突然增加時(shí)，在汽水循環(huán)系統(tǒng)中的蒸發(fā)強(qiáng)度也將成比例的增大，使汽水混合物中汽泡的容積增大；又因爐膛內(nèi)的發(fā)熱量并不能及時(shí)增加，從而使汽包壓力不斷下降，降低了飽和溫度，促使蒸發(fā)速度加快，汽泡膨脹，加大了汽水混合物的總體積，使水位變化過(guò)程如圖中曲線H2所示。水位實(shí)際變化曲線是H1和H2 之和。圖2-4 蒸汽流量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線H1-只考慮貯水量變化的水位反應(yīng)曲線；H2-只考慮水面下汽泡容積變化的水位反應(yīng)曲線；H-實(shí)際水位反應(yīng)曲線（H=H1+H2）兩曲線的疊加

77、，即圖中的曲線H，由圖可知，負(fù)荷變化時(shí)汽包水位的動(dòng)態(tài)特性具內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)有特殊的形式：負(fù)荷增加時(shí)，蒸發(fā)量大于給水量，但水位不是下降反而迅速上升；負(fù)荷突然減小時(shí)，水位卻先下降，然后迅速上升，這就是“虛假水位”現(xiàn)象。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24分鐘內(nèi)即達(dá)到最低值。在外部負(fù)荷突然減小時(shí)（如汽輪機(jī)甩負(fù)荷），“虛假水位”約在20秒內(nèi)即達(dá)到最低值，并且，“虛假水位”達(dá)到最低值的時(shí)間和負(fù)荷達(dá)到的最低值的時(shí)間基本相同。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。為了維持水位在允許的范圍內(nèi)，運(yùn)行

78、中應(yīng)對(duì)負(fù)荷的一次變動(dòng)量及負(fù)荷變化速度加以限制。2.2.3 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。如果負(fù)荷設(shè)備的進(jìn)氣閥不加調(diào)節(jié)，則汽包飽和壓力升高，蒸汽流出量增加，蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)該下降。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。所以在燃料量擾動(dòng)下，汽包水位也會(huì)因汽包容積的增加水位先上升，因此也會(huì)出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象，至蒸發(fā)量與燃料量相適應(yīng)時(shí)，水位才開(kāi)始下降，即經(jīng)過(guò)了Tm時(shí)間后水位開(kāi)始下降。由于

79、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。圖2-5 燃料量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線應(yīng)當(dāng)指出，蒸汽量、給水量和燃料量在運(yùn)行中是經(jīng)常變化的，為保持氣壓穩(wěn)定，燃料量與蒸發(fā)量必須相互適應(yīng)，因此這兩種擾動(dòng)總是相伴發(fā)生，只是有先后發(fā)生的差別。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(shū)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。為維持水位在允許的范圍內(nèi)，必須限制負(fù)荷的一次改變量和

80、負(fù)荷變化速度；在負(fù)荷變化后的開(kāi)始階段，給水流量和負(fù)荷的變化方向相反，如果忽視“虛假水位”現(xiàn)象的存在，盲目根據(jù)“水位”來(lái)調(diào)節(jié)給水量，將會(huì)擴(kuò)大鍋爐進(jìn)出流量的不平衡，使水位波動(dòng)加劇，實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)防止和避免。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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3.1 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(lèi)。母管制給水系統(tǒng)是指具有全廠鍋爐共用的給水母管系統(tǒng)。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(mén)進(jìn)行。典型的連接如圖3-1所示。圖3-1 母管制鍋爐給水系統(tǒng)示意圖在圖3-1中，#1

81、門(mén)是主給水調(diào)節(jié)閥，#2門(mén)是備用主給水調(diào)節(jié)閥，這兩個(gè)閥門(mén)允許通過(guò)100%負(fù)荷的給水量；#3門(mén)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。為了防止調(diào)節(jié)閥全閉時(shí)漏流，各條管路上都安裝了電動(dòng)截止門(mén)#4，#5和#6。為了檢修方便，在主給水管路上又安裝了總的電動(dòng)截門(mén)#7。此外還裝有鍋爐點(diǎn)火時(shí)省煤器用再循環(huán)門(mén)和事故放水電動(dòng)截止門(mén)#8和#9。另一類(lèi)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)。比較典型的有汽動(dòng)泵、電動(dòng)泵混合型及單純電動(dòng)泵組兩種。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。另一臺(tái)是定速電動(dòng)泵，在單元機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷時(shí)使用。由于

82、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。這時(shí)電動(dòng)泵通常是工作在定速工況，所以需用給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水量。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(shū)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。電動(dòng)泵組單元制給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的典型形式是三臺(tái)可變速電動(dòng)給水泵并聯(lián)，兩臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用，泵的轉(zhuǎn)速變化依靠液壓聯(lián)軸節(jié)（靠背輪）滑差實(shí)現(xiàn)。為了保證泵的安全運(yùn)行特性，通常也裝有再循環(huán)門(mén)和調(diào)節(jié)閥門(mén)。3.2 測(cè)量信號(hào)的自動(dòng)校正鍋爐從啟動(dòng)到正常運(yùn)行或是從正常運(yùn)行到停爐過(guò)程中，蒸汽參數(shù)和負(fù)荷在很大范圍內(nèi)變化，這就使水位、給水流量和蒸汽流量測(cè)量信號(hào)的準(zhǔn)確性受到影響。為了實(shí)現(xiàn)全程

83、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。測(cè)量信號(hào)自動(dòng)校正的基本方法是：先推導(dǎo)出被測(cè)參數(shù)隨溫度、壓力變化的數(shù)學(xué)模型，然后利用各種元件構(gòu)成運(yùn)算電路進(jìn)行運(yùn)算，便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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。由于汽包中飽和水和飽和蒸汽的密度隨壓力變化，所以影響水位測(cè)量的準(zhǔn)確性。通常可以采用以下方法進(jìn)行壓力校正。采用電氣校正回路進(jìn)行壓力校正，就是在水位差壓變送器后引入校正回路。圖3-2 汽包水位測(cè)量系統(tǒng)pb-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；p1 ，p2-夾在差壓變送器兩側(cè)的壓力；s-飽和蒸汽的

84、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3-2表示單元單容器平衡測(cè)量系統(tǒng)。從圖中可以看出：p1=Gh+s(H-h)p2=aHp=p2-p1=aH-Gh-sH+sh=(a-s)H-(G-s)h內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)h=(a-s)H-p （3-1） G-s當(dāng)H一定時(shí)，水位h是壓差和汽、水密度的函數(shù)。密度a與環(huán)境溫度有關(guān)，一般可取50時(shí)水的密度。在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，水溫略有增加，但由于同時(shí)壓力也升高，兩種因素對(duì)a的影響基本上可抵消，即可近似地認(rèn)為a時(shí)恒值。而飽和水和飽和蒸汽的密度G和s均為汽包壓力pb的函數(shù)，即a-s=fa(pb) G-s=fb(pb)由式（3-1）可以改

85、寫(xiě)成 h=fa(pb)-p （3-2） fb(pb)按照式（3-2）可以設(shè)計(jì)出水位壓力自動(dòng)校正線路，如圖3-3所示。圖3-3 水位壓力自動(dòng)校正線路圖3-3中函數(shù)組件f1（x）、f2（x）分別模擬式（3-2）中fa(pb)和fb(pb)。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a-s與pb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'(a-s)=k1'-k2pb'H(a-s)=H(k1'-k2pb)H(a-s)=k1-k2pb內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)則式（3-1）可以改寫(xiě)為 h=k1-k2pb-p （3-3） fb(pb)按式（3-3）可設(shè)計(jì)出較

86、為簡(jiǎn)便的水位自動(dòng)校正線路，如圖3-4所示。圖3-4 水位壓力自動(dòng)校正線路二2.過(guò)熱蒸汽流量信號(hào)的壓力、溫度校正過(guò)熱蒸汽流量測(cè)量通常采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴。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。但在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，運(yùn)行工況不能基本固定。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。可以按下列公式進(jìn)行校正：Tp+1.66-5.61100100 （3-4）式中 D-過(guò)熱蒸汽流量；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)P-過(guò)熱蒸汽壓力；T-過(guò)熱蒸汽溫度；p-節(jié)流件差壓；-過(guò)熱蒸汽密度；k-流量系數(shù)。按式（3

87、-4）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3-5所示。圖3-5 過(guò)熱蒸汽流量信號(hào)的壓力、溫度自動(dòng)校正線路圖計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)給水溫度為100不變，壓力在0.196-19.6Mpa范圍內(nèi)變化時(shí)，給水流量的測(cè)量誤差為0.47%；若給水壓力為19.6Mpa不變，給水溫度在100-290溫度范圍內(nèi)變化時(shí)，給水量測(cè)量誤差為13%。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3-6所示。若給水溫度變化不大，則不必對(duì)給內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)水流量測(cè)量信號(hào)進(jìn)行校正。3.3 給水流量測(cè)量裝置切換系統(tǒng)圖3-6 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

88、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。一般，大型單元機(jī)組的給水管路系統(tǒng)如圖3-7所示。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。圖中#1，#2，#3為截止閥，#4，#5，#6為調(diào)節(jié)閥，#7為總截止閥。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。為此，給水泵系統(tǒng)中安裝了1、2兩個(gè)孔板。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

89、。對(duì)于這種采用兩個(gè)測(cè)量元件的給水流量測(cè)量系統(tǒng)，需要用一個(gè)流量信號(hào)運(yùn)算回路，如圖3-8所示。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖3-7 給水管路系統(tǒng)示意圖圖3-8 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0.25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(shū)水流量信號(hào)具有同樣的變化范圍。在比較器1中，主給水流量信號(hào)w1減去旁路給水流量信號(hào)0.25w2，此差值信號(hào)在另一乘法器中乘可變系數(shù)k，乘法器的輸出為k(w1-0.25w2)，k值由比例偏置器p±調(diào)整。當(dāng)給水流量大于25%時(shí)，k值由

90、1向零逐漸變小，當(dāng)流量達(dá)到30%時(shí)k=0，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。可見(jiàn)比較器2的輸出信號(hào)為w=w1-k(w1-0.25w2)其中 w-總給水流量信號(hào)；w1-主給水流量信號(hào)；w2-旁路給水流量信號(hào)。由上式可以看出，當(dāng)k=1時(shí)，w1=0.25w2；當(dāng)k=0時(shí)，w=w1，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3-9中表示的也是一個(gè)大小孔板測(cè)量切換的線路，大負(fù)荷時(shí)用大孔板，小負(fù)荷時(shí)用小孔板，高低負(fù)荷切換時(shí)，測(cè)得的流量信號(hào)也進(jìn)行無(wú)擾切換。圖3-9 給水流量測(cè)量信號(hào)系統(tǒng)在圖3-9中，W1

91、-經(jīng)過(guò)大孔板的給水流量；W2-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(shū)流量變送器、I/U轉(zhuǎn)換及開(kāi)方器合在一起的測(cè)量系統(tǒng)總的系數(shù)； r1 -大孔板、r2 -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r1（即按大孔板測(cè)量范圍作為指示儀表的測(cè)量范圍）；k -01變化的系數(shù)。其他符號(hào)意義可從圖中看出。如果把圖3-9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：W=W1(1-k)+W2k （3-5） 圖3-9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)m1比較，經(jīng)比例放大后，再限制其最大輸出值（n=010），使k=

92、01變化。k的變化應(yīng)滿足以下的要求：當(dāng)截門(mén)還未打開(kāi)，給水流量較小時(shí)，應(yīng)使k=1，測(cè)量值以小孔板測(cè)量為準(zhǔn)，有W=W2；當(dāng)截門(mén)全開(kāi)，給水流量很大時(shí)，應(yīng)使k=0，測(cè)量值應(yīng)以大孔板測(cè)量值為準(zhǔn)，有W=W1；當(dāng)截門(mén)剛開(kāi)啟一部分，但流量較小時(shí)，大孔板測(cè)量值誤差較大，小孔板又只測(cè)得部分流量，此時(shí)應(yīng)使0k1，按式（3-5）可得到較精確的測(cè)量值?，F(xiàn)把實(shí)現(xiàn)式（1-5）的線路原理說(shuō)明如下：當(dāng)m1GH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k=得到k=0。當(dāng)mGH值時(shí)，比例組件輸入為正值。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，k=n=1。 10n，1

93、0當(dāng)m1GH，并數(shù)值范圍在GM-m10.5V時(shí)，輸出n在0至10V范圍內(nèi)變化，使0k1。兩個(gè)乘法器的輸入輸出關(guān)系為U01=m1U02=(m2n=m1k 10r1rn)=m21k r210r2內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)加法器的輸出為m=m1-U01+U02=m1-m1k+m2r1kr2=m1(1-k)+m2r1k r2mmm1=(1-k)+2k r1r1r2因?yàn)?W1=m1mm；W2=2；W= r1r2r1所以 W=W1(1-k)+W2k例如，當(dāng)流量較小，GH-m1=0.2V，可得到n=200.2=4；k=n=0.4 10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

94、號(hào)。3.4 大小給水調(diào)節(jié)閥門(mén)的切換在給水控制中，低負(fù)荷時(shí)通常用旁路閥門(mén)（即小閥門(mén)）調(diào)節(jié)給水流量，高負(fù)荷時(shí)用主給水閥門(mén)（即大閥門(mén)）調(diào)節(jié)給水流量。在負(fù)荷變化時(shí)，大小閥門(mén)就需要進(jìn)行無(wú)擾切換。圖3-10表示的是這種切換的線路原理。從圖3-10可以看出，在低負(fù)荷時(shí)，繼電器接點(diǎn)KJ斷開(kāi)，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b=10V。小閥回路乘法器輸出U小=aba10。a信號(hào)即為調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，所以小=a（c=10V）c10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)。與此同時(shí)，大閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。這是因?yàn)镵J斷開(kāi)，限速組件的輸出信號(hào)b為0，則大閥回路

95、中乘法器輸出U大=aba0=0。 c10當(dāng)機(jī)組負(fù)荷增加，給水流量增大到一定值時(shí)，絕對(duì)值報(bào)警組件H/L動(dòng)作，使繼內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)電組件KJ激勵(lì)，接點(diǎn)KJ閉合。這時(shí)，限速組件輸入為一個(gè)10V的階躍信號(hào)，其圖3-10 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)，U大=aba10=a，即大閥門(mén)逐c10漸開(kāi)大，最后變?yōu)檎{(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，大閥門(mén)參與工作。與此同時(shí)，加法器的輸出信號(hào)，即小閥門(mén)回路中的b信號(hào)如圖中所示，為一個(gè)由大到小的斜坡信號(hào)。當(dāng)b信號(hào)降為零時(shí)，小閥門(mén)回路的乘法器輸出U小=aba0=0。即在大閥門(mén)開(kāi)大時(shí)，小閥門(mén)相應(yīng)關(guān)小，直到全部關(guān)閉。 cc由于兩個(gè)閥門(mén)的

96、流通量是不同的，所以兩個(gè)閥門(mén)的開(kāi)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。繼電組件KJ是由給水量控制的組件，為了防止啟停過(guò)程中造成閥門(mén)的多次反復(fù)切換，切換點(diǎn)電壓應(yīng)具有一定的滯環(huán)值。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)調(diào)節(jié)閥的切換與截門(mén)的切換密切配合，截門(mén)應(yīng)在調(diào)節(jié)閥投入工作之前打開(kāi)。3.5 系統(tǒng)的無(wú)擾切換鍋爐在不同的負(fù)荷和參數(shù)下，其給水被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是不同的。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)。此時(shí)如果采用多種自動(dòng)校正措施，則會(huì)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整定困難，同時(shí)仍然存在誤差。于是出現(xiàn)

97、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3-11所示。圖3-11 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(fù)荷時(shí)的單沖量給水調(diào)節(jié)器，它只接受經(jīng)過(guò)自動(dòng)校正后的水位信號(hào)。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)。PI3為副調(diào)節(jié)器，除接受主調(diào)節(jié)器校正信號(hào)外，還接受蒸汽流量信號(hào)D及給水流量信號(hào)W。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。蒸汽流量信號(hào)送入偏差報(bào)警繼電器1KJ，控制繼電器接點(diǎn)1C和3C。當(dāng)單沖量系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，1C閉合，3C斷開(kāi)。當(dāng)要求三沖量系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，3C閉合，1C斷開(kāi)。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(shū)負(fù)荷左右