СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ВОЗДУХА В БАРАБАННОМ КОТЛЕ

Полезная модель относится к системам управления паровыми котлами и может быть использована для задач регулирования расхода воздуха в барабанном паровом котле.
Широко известна система регулирования расхода воздуха по схеме «топливо-воздух» [Клюев А.С., Лебедев А.Т., Новиков С.И. Наладка систем автоматического регулирования паровых котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. С. 180] содержащая барабанный котел, датчики расхода топлива, воздуха и содержания кислорода в дымовых газах, регулятор расхода общего воздуха, корректирующий регулятор, дутьевой вентилятор с направляющим аппаратом и схема связи между ними.
Недостатком этой системы является невозможность работы с твердым топливом.
Известна так же система регулирования расхода воздуха по схеме «пар-воздух» [Клюев А.С., Лебедев А.Т., Новиков С.И. Наладка систем автомагического регулирования паровых котлов. - М: Энергоатомиздат, 1985. С. 181 ] содержащая барабанный котел, датчики расхода пара, воздуха и содержания кислорода в дымовых газах, регулятор расхода общего воздуха, корректирующий регулятор, дутьевой вентилятор с направляющим аппаратом и схема связи между ними.
Недостатком этой системы является плохая работа в случае с переменной нагрузкой и пренебрежение свойством аккумулирования тепла в барабане и рабочей среде котла.
Известна так же система регулирования расхода воздуха по схеме «теплота-воздух» [Клюев А.С., Лебедев А.Т., Новиков С.И. Наладка систем автоматического регулирования паровых котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. С. 182] содержащая барабанный котел, датчики расхода пара, воздуха, давления, и содержания кислорода в дымовых газах, регулятор расхода общего воздуха, корректирующий регулятор, дифференциатор, дутьевой вентилятор с направляющим аппаратом и схема связи между ними.
Недостатком этой системы является плохая работа при наличии частых и глубоких внутренних возмущении.
Известна так же система регулирования расхода воздуха по схеме «нагрузка-воздух» [Клюев А.С., Лебедев А.Т., Новиков С.И. Наладка систем автоматического регулирования паровых котлов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. С. 183] содержащая барабанный котел, датчики расхода пара в магистрали, воздуха, и содержания кислорода в дымовых газах, регулятор расхода общего воздуха, корректирующий регулятор по кислороду, корректирующий регулятор по давлению пара, дутьевой вентилятор с направляющим аппаратом и схема связи между ними.
Недостатком этой системы является зависимость от работоспособности системы регулирования расхода топлива.
Прототипом предлагаемого решения является система автоматического регулирования расхода воздуха в барабанном котле [Патент RU 36721 МПК F22B 35/00, 2006.01], содержащая барабанный паровой котел, установленный в нем датчик расхода воздуха, последовательно соединенные регулятор расхода, выполненный в виде пропорционально-интегрирующего блока, регулирующий блок и дутьевой вентилятор, нагнетательным патрубком присоединенный к воздухоподогревателю барабанного котла и нагнетающий воздух в его топку, задатчик расхода, выходом подключенный к первому входу регулятора расхода, ко второму входу которого подключен выход датчика расхода воздуха, корректирующий блок, включенный между выходом регулятора расхода и входом регулирующего блока.
Недостатком этой системы является плохое качество работы при существенном изменении параметров объекта и наличии возмущений (режимы работы системы пылеприготовления, отклонений по разрежению, изменение нагрузки котла, изменения в режимах работы других котло- и турбоагрегатов и т.п.), что имеет место для котлов высокого давления, работающих на общую паровую магистраль, работающих в условиях различного качества топлива и режимах работы, отличных от нормальных.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является расширение функциональных возможностей системы, т.е. в улучшение качества работы в случае существенного изменения параметров объекта и наличии возмущений, при относительно простой реализации контура управления.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в систему, содержащую барабанный паровой котел, установленный в нем датчик расхода воздуха, регулирующий блок и дутьевой вентилятор, нагнетательным патрубком присоединенный к воздухоподогревателю барабанного котла и нагнетающий воздух в его топку, задатчик расхода, дополнительно вводится адаптивный регулятор, состоящий из первого сумматора, первого умножителя, нелинейного элемента (зона нечувствительности), первого интегратора, второго умножителя, и, стабилизирующее устройство, состоящее из второго сумматора, первого блока задания коэффициентов, второго интегратора.
При этом выход задатчика расхода связан с первым входом адаптивного регулятора, второй вход адаптивного регулятора связан с выходом датчика расхода воздуха. Вход датчика расхода воздуха связан с барабанным котлом. Барабанный котел связан с дутьевым вентилятором, а дутьевой вентилятор в свою очередь связан с регулирующий блоком, при этом нагнетательный патрубок дутьевого вентилятора, присоединенный к воздухоподогревателю барабанного котла, и нагнетает воздух в его топку. Третий вход адаптивного регулятора связан с выходом стабилизирующего устройства. Выход адаптивного регулятора связан с входом стабилизирующего устройства и входом регулирующим блоком. Первый вход адаптивного регулятора связан с первым входом первого сумматора, второй вход адаптивного регулятора связан со вторым входом первого сумматора, третий вход адаптивного регулятора связан с третьим входом первого сумматора. Выход первого сумматора связан с первым входом первого умножителя, второй вход первого умножителя связан с первым входом адаптивного регулятора. Выход первого умножителя связан с входом нелинейного элемента типа зона нечувствительности. Выход нелинейного элемента связан с входом первого интегратора. Выход первого интегратора связан с первым входом второго умножителя, второй вход первого умножителя связан с первым входом адаптивного регулятора. Выход второго умножителя является выходом адаптивного регулятора. Вход стабилизирующего устройства связан с выходом адаптивного регулятора и первым входом второго сумматора. Второй вход второго сумматора связан с выходом второго интегратора. Выход второго сумматора связан с входом первого блока задания коэффициентов, выход первого блока задания коэффициентов связан с входом второго интегратора и с выходом стабилизирующего устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана блок схема системы автоматического регулирования, на фиг. 2 показана блок схема адаптивного регулятора, а на фиг. 3 показана блок схема стабилизирующего устройства.
Блок схема системы автоматического регулирования, представленная на фиг. 1, состоит из: барабанного котла 1, дутьевого вентилятора 2, датчика расхода воздуха 3, задатчика расхода воздуха 4, регулирующего блока 5, адаптивного регулятора 6, стабилизирующего устройства 7.
Блок-схема адаптивного регулятора 4, представленная на фиг. 2, состоит из: первого сумматора 8, первого умножителя 9, нелинейного элемента типа зона нечувствительности 10, первого интегратора 11, второго умножителя 12.
Блок-схема стабилизирующего устройства 7, представленная на фиг. 3, состоит из: второго сумматора 13, первого блока задания коэффициентов 14, второго интегратора 15.
Обобщенным объектом регулирования является последовательно связанные регулирующий блок, дутьевой вентилятор, барабанный котел, датчик расхода, имеющие математическое описание в виде передаточной функции:
a
где y(p) - скалярный выход объекта; u(p) - скалярное управление; p=d/dt - оператор дифференцирования; τ=const>0 - неизвестное постоянное запаздывание; (p) и b(p) - гурвицевы полиномы.
Стабилизирующее устройство описывается передаточной функцией вида:
где q(p) - выход стабилизирующего устройства, K>0, T>0 - соответственно коэффициент усиления и постоянная времени.
Адаптивный регулятор описывается уравнением:
где r - сигнал с выхода задатчика давления, c(t) - параметр, алгоритм настройки которого определяется следующим образом:
где h>0 - постоянное число, определяющие настройку процесса адаптации; θ(t) - выход нелинейного элемента типа зона нечувствительности определяемый как
где e(t)=r-y(t)-q(t) - ошибка системы; Δ - величина зоны нечувствительности нелинейного элемента.
Система функционирует следующим образом.
4
3
1
7
6
6
5
Выходной сигнал U=r задатчика расхода 4 поступает на первый вход адаптивного регулятора 4. На второй вход адаптивного регулятора 4 поступает сигнал U=y с выхода датчика расхода 3, на вход которого подается сигнал U с выхода барабанного котла 1. На третий вход адаптивного регулятора 6 подается сигнал U=q с выхода стабилизирующего устройства 7, на вход которого поступает сигнал U=u с выхода адаптивного регулятора 6. Выход адаптивного регулятора 6 в виде сигнала U=u подается на вход регулирующего блока 5. С выхода регулирующего блока 5 сигнал U поступает на дутьевой вентилятор 2, соединенный с барабанным котлом 1, на которые может действовать аддитивное, ограниченное по модулю, но незатухающее возмущение f(t), удовлетворяющее условиям
8
4
9
l0
11
4
12
6
На фиг. 2 первый сумматор 8 осуществляет алгебраическое сложение с соответствующими знаками трех входов адаптивного регулятора и формирует сигнал U=e=r-y-q, который подается на первый вход первого умножителя 9, на второй вход которого подается сигнал U=r. Сигнал U=e·r с выхода первого умножителя 9 подается на вход нелинейного элемента 10. Сигнал U=θ с выхода нелинейного элемента 10 подается на первый интегратор 11, где интегрируется и в виде U=c поступает на первый вход второго умножителя 12, на второй вход которого подается сигнал U=r. Сигнал U с выхода второго умножителя 12 является выходом адаптивного регулятора U=u.
6
14
7
13
На фиг. 3 вход стабилизирующего устройства U=u подается на первый вход второго сумматора 13, на второй вход которого подается сигнал с выхода второго интегратора 15, который в свою очередь формируется путем интегрирования сигнала U=U=q с постоянным коэффициентом 1/K. Сигнал с выхода второго сумматора U подается на вход первого блока задания коэффициентов 14, в котором он умножается на коэффициент K/T, так что блоки 13, 14 и 15 реализуют стабилизирующее устройство - формула (2).
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы, т.е. в улучшение качества работы в случае существенного изменения параметров объекта и наличии возмущений, при относительно простой реализации контура управления.
Данное устройство может быть реализовано промышленным способом, на основе стандартной элементарной базы.