锅炉给水自动调节系统的类型.docx

给水调节系统的类型
汽包锅炉给水自动调节系统主要有三种主要的类型
一．单冲量给水自动调节系统
单冲量给水自动调节系统如图7－6所示。

（图7－6）
这种系统只依据汽包水位一个信号进行调节，所以称为单冲量。实际的汽包水位信号与给定值的偏差信号输入到比例积分调节器，如果存在偏差，调节器发出调节指令，通过调节机关改变给水量，直到汽包水位等于给定值为止。
单冲量给水自动调节系统是一种最基本、最简单的调节系统。对于一些低参数、小容量的汽包锅炉，且对调节质量的要求不高，这种调节系统是适用的。
单冲量给水自动调节系统存在的缺陷也是十分明显的，主要是：
1.不可能克服“虚假水位”现象造成的误动作。在蒸汽量D变化时（如增加），汽包水位H一开始反而上升，调节系统接受的是H上升的信号，所以调节系统使给水量W下降，这是一个误动作，其调节的结果将进一步扩大了汽包流入量与流出量之间的物质不平衡，汽包水位H大幅度波动，调节时间加长。
2.在给水流量W变化时，汽包水位H要经过一段时间τ后才能有所反应，所以调节作用也必定滞后，调节的结果也会造成汽包水位H波动较大，调节时间较长。
需要指出的是，单冲量给水调节系统的调节方案除了适用于小型汽包锅炉之外，对于大容量高参数汽包锅炉在低负荷工况时也是被采用的（详见本章第四节）。
二．单级三冲量给水自动调节系统
单级三冲量给水自动调节系统是目前普遍采用的一种基本调节方案，是典型的系统类型，图7－7所示的是系统示意图。

（图7－7）
调节器依据汽包水位H、给水流量W和蒸汽流量D三个信号进行调节，所以称为三冲量调节系统。调节系统中构成有两个闭合回路，汽包水位测量装置、比例积分调节器、执行器、调节阀门和被调对象构成的闭合回路称为主回路或外回路；给水流量测量装置、比例积分调节器、执行器、调节阀门和被调对象构成的闭合回路称为副回路或内回路，所以系统也称为单级三冲量双回路调节系统。单级是相对于串级而言，它说明在主回路中只有一个调节器。
为了说明单级三冲量给水自动调节系统的工作原理，我们采用电动单元组合仪表实现给水自动调节，如图7-8所示。

图中蒸汽流量D和给水流量W通过标准节流件得到的差压信号分别送至差压变送器（DBC）、开方器（DJK）和分流器（DGF）线性转换为电流信号，汽包水位H通过水位计得到的差压信号送至差压变送器（DBC）和阻尼器（DFZ）转换为电流信号。其中，汽包水位信号H是调节系统的主信号，它和单冲量给水调节系统中的作用原理一样，汽包水位信号H上升时，调节作用使给水流量W减小，H下降时调节作用使W增加。蒸汽流量信号D是调节系统引入的前馈信号，当蒸汽流量D改变时，调节作用使给水流量W同方向改变（D增加时W增加；D减少时W减少），所以这个前馈信号的引入可以有效地减少或消除“虚假水位”现象产生误动作带来的影响。给水流量信号W作为调节系统的反馈信号，当给水流量W发生自发性扰动时调节器立即动作，使给水流量在较短时间内恢复原有数值，汽包水位可基本不受其影响。由于在单冲量调节系统的基础上，增加了前馈信号D和反馈信号W，使系统更有效地控制汽包水位的变化，提高了系统的调节品质。
我们把图7-8所示的系统示意图相对应地画成系统方框图，如图7-9所示。

图中更明显地看出系统中存在内、外两个闭合回路。内回路是由给水流量信号W信号局部反馈构成，外回路是由汽包水位信号H反馈到系统调节器输入端构成的。蒸汽流量信号只是引入的前馈信号，在系统中该信号并没有形成闭合回路，前馈调节不会影响系统的稳定性，在整定调节系统时，只需要对两个闭合回路进行稳定性的分析。整定的具体步骤和稳定性分析如下：
1．内回路的分析与整定
内回路的主要任务是当给水流量侧产生自发性扰动时，必须迅速的消除扰动，使被调量（汽包水位H）基本不受到自发性扰动的影响；当内回路外部发生扰动汽包水位H发生变化时，内回路要具有快速随动的特性，使给水流量W尽快地起到调节汽包水位的作用。
内回路的方框图如图7-10所示。

内回路系统的闭环传递函数为

（7-1）
闭环系统的特性方程为

（7-2）
从（7-2）中可看出，内回路系统是一阶系统，从理论上说，无论调节器整定参数δ和Ti如何选取,内回路都不会发生振荡,即δ和TI值可以选得很小。但是实际的系统和图7-10所示的系统方框图是有些区别，方框图中各环节的数学描述也是近似的，它忽略了一些非线性的因素，虽然这些非线性因素在一般情况下可以不考虑，但是当δ和Ti取值太小时，非线性因素就会突出，因此内回路实质上并不是一个理想的一阶系统，尽管δ和Ti取值可以较小，但还是要受到限制的。
在内回路中有三个可以改变的参数，除了比例带δ和积分时间Ti外，还有给水流量侧的分流系数αw，我们可以把αw归纳到调节器中构成一个等效调节器，等效调节器的传递函数为

在整定内