船舶機艙自動化5-1-1 船舶輔鍋爐控制系統(tǒng)

第一節(jié)

船舶輔鍋爐控制系統(tǒng)

水位及蒸汽壓力自動控制概述鍋爐控制的內(nèi)容：水位自動控制、蒸汽壓力自動控制、鍋爐點火及燃燒的時序控制、自動安全保護內(nèi)燃機動力裝置的輔鍋爐：蒸發(fā)量?。?lt;5t/h），蒸汽壓力低（<1.0MPa），一般采用雙位控制蒸汽動力裝置的主鍋爐：對水位和蒸汽壓力要求比較嚴(yán)格，采用比例積分調(diào)節(jié)，定值控制。大型油輪輔鍋爐蒸汽用于加熱貨油，驅(qū)動貨油泵及其它甲板機械。其蒸發(fā)量和蒸發(fā)壓力較大，對水位和汽壓要求嚴(yán)格,工作特點接近主鍋爐圖5-1-1立式煙管鍋爐結(jié)構(gòu)圖1-鍋殼；2-封頭；3-爐膽；4-出煙口；5-燃燒室；6-后管板；7-前管板；8-煙管；9-電動油泵；10-燃燒器；11-鼓風(fēng)機；12-煙箱；13-汽空間；14-集汽管；15-停汽閥；16-內(nèi)給水管；17-檢查門；18-人孔門

一、船舶輔鍋爐的分類及基本結(jié)構(gòu)1.按照鍋爐的構(gòu)造可分為煙管（火管）鍋爐和水管鍋爐兩大類:煙管鍋爐是指燃油燃燒所產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谑軣崦婀軆?nèi)流動，而管外是水的鍋爐;水管鍋爐是指在受熱面管內(nèi)流動的是水或汽水混合物，而高溫?zé)煔庠诠芡饬鲃拥腻仩t。（1）立式煙管鍋爐的結(jié)構(gòu)圖圖5-1-2D型水管鍋爐的結(jié)構(gòu)圖1-汽包；2-水筒；3-聯(lián)箱；4-爐膛；5-水冷壁；6、7-蒸發(fā)管束；8-聯(lián)箱供水管；9-水筒供水管；10-燃燒器；11-過熱器；12-經(jīng)濟器（2）D型水管鍋爐的結(jié)構(gòu)圖2、燃燒器燃燒器主要由噴油器、配風(fēng)器及電點火器等部件組成。（1）噴油器燃油是通過噴油器（俗稱油槍）噴進爐內(nèi)的。噴油器有兩個作用：一是控制噴入爐內(nèi)燃油的數(shù)量，二是將燃油霧化，保證在爐膛內(nèi)的燃燒質(zhì)量。（2）配風(fēng)器配風(fēng)器的作用是分配一次風(fēng)和二次風(fēng)的風(fēng)量，創(chuàng)造條件使助燃空氣與油霧充分混合，促使油霧迅速汽化和受熱分解，以利于穩(wěn)定和充分的燃燒。配風(fēng)器根據(jù)二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)與否可分為旋流式和直流式（或稱平流式）。圖5-1-7葉片固定型旋流式配風(fēng)器的結(jié)構(gòu)圖圖5-1-8小型平流式配風(fēng)器二、鍋爐水位的自動控制1.柴油機貨船輔鍋爐水位自動控制（雙位控制）：實際水位下降至下限水位時——起動給水泵供水。實際水位上升至上限水位時——停止給水泵供水。水位檢測元件：浮子式（前已述）和電極式電極式雙位水位自動控制系統(tǒng)工作過程：水位在下限水位以下時→電極1、2露出水面→1Z斷電→3JY斷電→常閉觸頭3JY1閉合→1CY通電→1CJ1、1CJ3閉合→電機帶動水泵供水。在水位上升過程中，由于3JY2斷開，故水位在1、2之間時，1Z仍斷電，水泵繼續(xù)供水。當(dāng)水位=上限水位時，電極1通電→1Z通電→3JY通電→3JY1斷開→1CJ失電→電機停止水泵供水。當(dāng)水位從上限水位開始下降時（即使電極1露出水面），3JY仍有電（電極2通電）→水泵不會馬上供水。當(dāng)水位下降到下限水位時，電極2露出水面→3JY斷電→水泵供水。水位調(diào)整：調(diào)整電極1、2的高低位置，可調(diào)整允許的上、下限水位。1、2間間距過小，造成電機起停頻繁。1、2間間距過大，造成水位波動過大。如果給水泵發(fā)生故障，水位會一直下降到危險水位，當(dāng)電極3露出水面時，2Z斷電，4JY斷電→發(fā)出聲光報警。如果1Z損壞或3JY線圈燒壞——常閉觸頭3JY1脫不開，鍋爐滿水。一般有一用一備兩個電極室，長期使用后，水的純度會提高，電極及電極室殼體會結(jié)垢，使導(dǎo)電性能下降，故電極室應(yīng)定期放水和清洗。

2.油船輔鍋爐水位自動控制（定值控制）油輪鍋爐水位控制的特點：鍋爐負(fù)荷變化時，水位變化與正常的變化方向相反，如負(fù)荷增大時，水位虛假上升的現(xiàn)象。（假水位）鍋爐假水位產(chǎn)生的原因：水的自蒸發(fā)現(xiàn)象，水空間容積=水的容積+汽泡容積。負(fù)荷增大的短時間內(nèi)，燃燒強度未變，P汽↓，導(dǎo)致汽泡比容變大，水產(chǎn)生過熱，汽泡量增多，水空間容積↑→水位上升。若僅以水位變化（單沖量）控制給水閥開度，供水量反而減小。（1）鍋爐水位的雙沖量控制：水位沖量蒸汽流量沖量（2）水位控制的雙回路給水鍋爐給水調(diào)節(jié)閥的流量G與閥的流通面積F及閥前后的壓差ΔP的關(guān)系為：改變閥的開度即改變F，只有在ΔP不變時，G才與F成比例。對蒸汽泵來說，當(dāng)蒸汽閥開度不變時，蒸汽泵排量不變，改變給水調(diào)節(jié)閥開度時，必改變了ΔP，這樣，僅改變給水調(diào)節(jié)閥開度，達(dá)不到控制給水流量的目的①根據(jù)水位偏差控制給水調(diào)節(jié)閥開度的水位控制回路。②根據(jù)給水調(diào)節(jié)閥前后差壓控制蒸汽調(diào)節(jié)閥開度，維持給水調(diào)節(jié)閥ΔP恒定的差壓控制回路。三、柴油機貨船輔鍋爐蒸汽壓力自動控制控制原理：改變向爐膛的噴油量和送風(fēng)量，控制鍋爐的燃燒強度，在不同負(fù)荷下，其送風(fēng)量應(yīng)適應(yīng)噴油量的要求。貨船輔助鍋爐汽壓控制方式：多用雙位控制，少數(shù)用比例控制。1.燃燒的雙位控制最簡單的方法：在蒸發(fā)管上裝一個類似YT-1226壓力檢測開關(guān)，當(dāng)汽壓上升到允許上限時，壓力檢測開關(guān)斷開，切除油泵和風(fēng)機工作，鍋爐停風(fēng)、停油、停爐；當(dāng)汽壓下降到允許下限時，壓力檢測開關(guān)閉合，自動起動風(fēng)機油泵，點火燃燒。特點：控制方案簡單，鍋爐起停頻繁，對鍋爐運行不利，極少采用。實現(xiàn)方法：在蒸汽管上裝兩個整定值不同的壓力開關(guān)，當(dāng)汽壓低于下線時，兩開關(guān)均閉合→風(fēng)門電機使風(fēng)門關(guān)最大，回油閥開最?。ɑ虼蜷_兩個供油電磁閥同時供電）→大油量大風(fēng)量燃燒→“高火燃燒”；當(dāng)汽壓高于上限時，兩開關(guān)一斷一合→風(fēng)門電機使風(fēng)門關(guān)最小，回油閥開最大（或只開一個燃油電磁閥，只一個油頭噴油）→小油量小風(fēng)量燃燒——“低火燃燒”；當(dāng)汽壓達(dá)到高壓保護壓力時（小負(fù)荷，低火時）——兩開關(guān)均斷開——停爐報警。

2.燃燒的比例控制——屬汽壓定值控制

組成：壓力比例調(diào)節(jié)器+電動比例操作器

壓力比例調(diào)節(jié)器與電動比例操作器（執(zhí)行機構(gòu)）作用：將汽壓信號成比例地轉(zhuǎn)換成電壓信號，A點電位與汽壓信號成比例。如果蒸汽壓力上升，A點左移，R1減小，R2增大，A點電位降低。給定值調(diào)整：扭動調(diào)整螺釘，改變彈簧預(yù)緊力。電橋平衡破壞，輸出上負(fù)下正的不平衡電壓信號，經(jīng)放大器放大后，觸發(fā)反轉(zhuǎn)可控硅交流開關(guān)，電機反轉(zhuǎn)，關(guān)小風(fēng)門開大回油閥，降低鍋爐燃燒強度使蒸汽壓力下降。電機帶動的反饋凸輪轉(zhuǎn)動推動反饋劃針向左移動，使R3減小，R4增加，知道電橋重新平衡，電機停轉(zhuǎn)。比例帶調(diào)整：改變測量電位器的傾角，水平時，比例帶PB最大，比例作用最弱；傾斜時，PB下降，比例作用上升。3.油船輔鍋爐蒸汽壓力自動控制-采用定值控制蒸汽壓力控制的特點：主調(diào)節(jié)閥在鍋爐不同負(fù)荷下接收汽壓的偏差信號，通過PI調(diào)節(jié)規(guī)律，輸出控制信號，通過伺服器控制進入爐膛的噴油和送風(fēng)量，保持汽壓恒定送風(fēng)量為PB與噴油量F0之間有一定的關(guān)系：PB∝F02

蒸汽壓力自動控制系統(tǒng)組成及工作原理由兩個控制回路組成：①根據(jù)蒸汽壓力偏差值經(jīng)PI作用的蒸汽壓力調(diào)節(jié)器（稱主調(diào)節(jié)器）來控制燃油調(diào)節(jié)閥開度，即改變向爐膛的噴油量。②根據(jù)噴油量按最佳風(fēng)油比的送風(fēng)量控制回路。

函數(shù)發(fā)生器作用：使噴油量與送風(fēng)量近似成平方關(guān)系，輸出氣壓與輸入氣壓之間的函數(shù)關(guān)系由反饋凸輪外形輪廓實現(xiàn)。P入（代表噴油量實際值）→檔板靠近噴咀→P出↑→Pg↑→送風(fēng)量↑→壓縮反饋氣容波紋管→反饋杠桿上