50

8.Proiectarea sistemului de reglare a nivelului apei n tambur Conform schemei bloc a cazanului, prezentat n Fig.4.6, nivelul apei n

tambur depinde de debitul i temperatura apei de alimentare aW a cazanului, de

debitul de abur produs PD i de debitul de abur consumat CD . La rndul su,

debitul de abur produs PD depinde de debitul de combustibil B.

Procesul de vaporizare pentru cazanele cu circulaie natural i forat desfurndu-se la echilibru, nivelul de lichid n tambur va fi puternic influenat de variaiile presiunii, deci de variaiile debitelor de abur produs i consumat. La scderea presiunii, temperatura la care se afl sistemul ap - vapori, va corespunde unui punct de vaporizare pe diagrama de echilibru ( P ) i va ncepe o vaporizare intens n ntreaga mas de lichid din tambur ceea ce duce la o "umflare" a lichidului, deci creterea nivelului de lichid. Procesul se desfoar invers la creterea presiunii.

Variaiile de presiune pot fi cauzate de variaiile debitului de abur consumat

CD i de variaiile energiei interne produse de modificarea cantitii de cldur

primit din zona evilor de fierbere i prin apa de alimentare. n baza acestor consideraii, modelul matematic ce stabilete dependena

ntre nivelul de lichid n tambur i cele trei mrimi de intrare ( CD , B , aW ) va

conine o serie de coeficieni de material ce nu pot fi determinai n funcie de valorile staionare ale presiunii i temperaturii. De asemenea, construcia cazanului, capacitatea de acumulare termic i masic influeneaz coeficienii ce intervin n modelul matematic.

De aceea, n cadrul acestui capitol ne vom limita la o analiz a dependenelor intrare-ieire stabilite experimental i prelucrarea acestora n vederea determinrii funciilor de transfer pe fiecare canal n parte. Din schema bloc prezentat n Fig.4.6, reinem doar partea corespunztoare nivelului apei n tambur completat i cu influena presiunii asupra nivelului de lichid, aa cum s-a discutat mai sus (vezi Fig.8.1.).

8.1. Funcia de transfer pe canalul Wa - L

n cazul n care debitul de abur produs i debitul de abur consumat ar fi riguros constante atunci dependena dintre nivelul de ap n tambur i debitul de alimentare aW ar corespunde unui element integrator pur (ca n cazul reglarea

nivelului n cazul evacurii cu pomp de debit constant).

Fig.8.1

ML MDP

MPT DC

Wa

L DP

PT

MTG B

g A

51

n realitate se vor suprapune efectele de scdere a nivelului datorit

modificrii energiei interne a lichidului, ntruct temperatura apei de alimentare este n general mai mic dect temperatura de fierbere la presiunea de lucru. Experimental se constat c variaia nivelului de lichid are forma prezentat n Fig.8.2. (curba 1) ca urmare a variaiei treapt a debitului apei de alimentare Wa.

Curba 1 poate fi descompus simplu grafic n curba 2 ce trece prin origine i este paralel cu zona liniar a curbei 1 i curba 3 rezultat ca diferen ntre ordonatele punctelor curbei 2 i curbei 1 pentru aceeai valoare a timpului t, luat ns n raport cu valoarea constant 0L . Curba 2 corespunde rspunsului unui

element integrator pur, iar curba 3 unui element aperiodic cu coeficient de transfer

negativ, la variaia treapt a mrimii de intrare. Deci funcia de transfer va putea fi considerat de forma:

sTsTk

sW

sLsH

a

LW

21

101

11 (8.1)

constantele 211 ,, TTk se determin prelucrnd n mod corespunztor curbele 2 i 3.

8.2 Funcia de transfer pe canalul LDC

Variaiile debitului de abur consumat CD au influen direct asupra

presiunii din tambur TP i, conform analizei anterioare, va modifica nivelul de

lichid. Forma de variaie a nivelului de lichid la o variaie treapt pozitiv a debitului de abur consumat CD , n cazul care cantitatea de cldur primit de evile

de fierbere rmne constant (B = ct.) i debitul de ap de alimentare i temperatura acesteia rmn de asemenea constante, este prezentat n Fig.8.3. adica curba 1.

Curba 1 poate fi descompus grafic n curba 2 ce trece prin origine i este paralel cu zona liniar a curbei 1 i curba 3, rezultat ca diferena ordonatelor curbei 1 i curbei 2 luate n raport cu 0L . Curba 2 corespunde unui element

integrator cu coeficient de transfer negativ iar curba 3 unui element aperiodic de

ordinul I, i corespunde variaiei energiei interne datorit scderii presiunii (proces cu autoechilibrare).

Fig.8.2

Wa

t

Wa

t

0 1

2

3

4

5

6

7

3

1

2

L

L0

52

n acest caz funcia de transfer pe canalul LDC are forma:

sTsTk

sD

sLsH

C

LDC

43

21

11 (8.2)

Ca i n cazul precedent, constantele 432 ,, TTk se determin prin prelucrarea

adecvat a curbelor 2 i 3 i vor fi funcie de regimul staionar considerat.

8.3. Funcia de transfer pe canalul B L

Variaiile debitului de combustibil se vor transmite n urma procesului de ardere i transmisie a cldurii la evile de fierbere, la apa din tambur, modificndu-i energia intern i deci va intensifica procesul de vaporizare n ntreaga mas de lichid.

n urma acestui proces apare o cretere a nivelului de lichid din tambur, mai lent ns dect n cazul variaiei debitului de abur consumat CD datorit ineriei

suplimentare a procesului de transmisie a cldurii la evile fierbtorului. Creterea cantitii de cldur va intensifica procesul de vaporizare, crete

debitul PD i nivelul de lichid ncepe s scad (presupunem c debitul aW se va

menine constant). Creterea cantitii de vapori n spaiul superior lichidului, n ipoteza c se

menine n permanen CD constant, va avea drept efect creterea presiunii, i

atingerea unui nou punct de echilibru corespunztor unei noi perechi ( TP ). n continuare scade debitul PD i nivelul de lichid se va stabiliza la o nou valoare.

Experimental, se constat c variaia nivelului de lichid la variaia debitului de combustibil are forma prezentat n Fig.8.4 curba 1.

Curba 1 poate fi descompus n curbe elementare ce corespund unor funcii de transfer cunoscute. Astfel, dac curba 1 n zona MN, are o poriune liniar, se prelungete aceast zon, rezultnd curba 2, format din poriunea MNL0 a curbei

Fig.8.3

DC

t

Dc

t

0

1

2

3

4

5

6

3

1

2

L

L0

DC0

l

l

t

PT0 PT

53

1 i prelungirea zonei liniare. n cazul n care curba 1 nu are o zon liniar, atunci punctul N va fi punctul de inflexiune din aceast zon, iar prelungirea liniar NQ corespunde tangentei n punctul de inflexiune. Dac din ordonatele curbei 1 se scad ordonatele curbei 2 pentru aceleai valori ale timpului ncepnd cu t corespunztor proieciei N a punctului N pe axa orizontal, rezult curba 7.

Deci rspunsul sistemului la variaia debitului de combustibil, curba 1, rezult prin nsumarea curbelor 2 i 7. Curba 2 poate fi descompus n dou curbe 3 i 4 n mod similar ca la punctul 8.2, dar decalat cu timpul mort. Curba 4 difer de curba 3 din Fig.8.4, prin aceea c are un punct de inflexiune, deci va corespunde unui element aperiodic de ordin superior.

n acest fel funcia de transfer pe canalul LB va avea forma:

s

g

nLBe

sTsTk

sTsTk

sB

sLsH

1

11

1

11

7

4

65

3 (8.3)

Constantele care apar se determin n mod similar prin prelucrarea curbelor 3,4,7 i 6.

8.4. Structura sistemului de reglare a nivelului apei n tambur Dintre cele trei mrimi de intrare care apar n schema bloc prezentat n Fig.8.1, singura disponibil aparinnd cazanului este debitul de ap de alimentare. Din punct de vedere al transferului de mas, deoarece masa de ap care pleac din tambur spre evile de fierbere se rentoarce integral, echilibrul este asigurat prin egalitatea debitului masic de ap de alimentare aW cu debitul masic de abur

consumat CD . Deci, comanda debitului de ap de alimentare trebuie s se fac n

raport cu debitul de abur consumat pentru a elimina perturbaia principal a cazanului i a face ca nivelul n tambur s fie independent de sarcina cazanului.

Fig.8.4

B

t

B

t 0

1

2

3

4

5

6

3

1

2

L

L0

B0

h

M N

4

5

6

7

N

Q

54

Datorit faptului c procesul de fierbere se desfoar la echilibru, presiunea conduce la variaii false ale nivelului de lichid datorit vaporizrilor sau condensrilor intense ce au loc n prima faz n masa de lichid la scderea respectiv creterea presiunii. De aceea semnalul de la traductorul de nivel trebuie corectat corespunztor dup presiunea n tambur. n acest fel se poate anticipa i efectul variaiei debitului de combustibil, a doua perturbaie a sistemului.

Schema bloc a sistemului de reglare automat a nivelului apei n tambur, care asigur condiiile specificate mai sus, este prezentat n Fig.8.5.

Calculul parametrilor regulatoarelor 1aH i 2RH se realizeaz simplu prin

metodele cunoscute. Regulatorul 1RH poate fi de tip P sau PI iar 2RH de tip PI.

Fig.8.5.

HR1(s)

HTL(s)

+

L*

HLDc(s)

-

- +

k -

HR2(s) +

-

KEE HLWa(s) +

-

Wa

HTW0(s)

HLB(s)

+

B

L

MPT(s)

HTD(s)

HTPT(s)

DC

DP

PT