热能动力技术中的电子学

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伟大的列宁曾想象到苏维埃国家全盘电气化的时代。他说过:“共产主义就是苏维埃政权加上全国电气化”。目前的七年计划就是实现这个天才理想的决定性价段。

到1965年苏联的电力生产将增加到5000—5200亿度(千瓦小时),也就是增长了2—2.2倍。发展电力生产的主要方向是优先建立热电站。

电子设备在现代热电站中广泛的采用着。最近靠这些设备可使操纵热电站各种的复杂生产设备完全自动化。

现代热电站有三个主要车间:锅炉车间、气轮机车间和配电车间。锅炉车间中实现换能的第一阶段,燃烧燃料产生蒸汽。在汽轮机车间把过热蒸汽的能量变为电能。最后配电车间进行变压、切换及配电。

电子仪器在每个车间完成了很多调整、发信号及自动调节作用。

在一篇很短的文章里不能叙述热能技术中采用电子仪器的所有方面,这里仅仅介绍几个调节机构和操纵锅炉机线方面的个别例子。我们先来看看锅炉机组(“蒸汽锅炉”)的规模,它的功率达几万千瓦,体积有几千立方米。机组附有功率强大的辅助设备—在几百个大气压下每小时供给几百吨水的进给泵;每小时入炉中数十万立方米空气的鼓风机;吸出适量炉气的引风机;每小时碾碎并烤干几十吨煤的磨煤设备;把煤粉加进炉中的供给器等等。所有这些机械应严格协调地工作。

在现代的热电站里操纵这样的锅炉机组只需要一个人。很多情况下操纵员在一个操纵台上就可操纵几个机组。当然这样一个人集中操纵只有在调节和控制系统十分完备的情况下才有可能。在控制盘和操纵台上集中了几十个指示、自记、发送信号的仪器和近十个自动调节器。

电子自动补偿器是被广泛用来同时完成几个调节作用的仪器。它调节温度、蒸汽压力、锅炉水位、锅炉水的含盐量、炉气体含氧量及很多各种不同的物理参数。这些参数的改变,靠一些能把测得数量变为成正比的电压的“一次”仪表帮助。用作一次仪表的有:测量温度的—热电偶及电阻温度计;测量压力、流量、水位的——和感应变换器相连的薄膜式、气箱式压力计管;测量含盐量的——电解电阻计等。

从“一次”仪表进入的电压差及被“反馈”发送器加强了的电压,进入操纵可逆电动机的电子放大器的输 入端。电动机转子经机械减速装置操纵仪表可动系统,这种系统通常是指示仪器、自记仪器及信号元件及反馈元件(发送器)等的总和。

被调节量偏离初值时引起放大器输入端的不平衡、电动机转子旋转、仪表指针的移动、反馈信号的变化以补偿所产生的不平衡。仪表的可动元件只有在它们的位置和测量量相适应时才有平衡状态。由于采用了惯性小和放大率高的电子放大器才能实现快而准确的测量读数。提高了的快动作可成功地采用“多点”仪器,在一纸带上同时纪录很多量值。电站中采用了同时纪录精确度0.2%左右能记录24个温度的自动补偿器。采用这样的仪器可大大简化控制盘的规模,并简化报告用材料的管理和加工。

图1
图1 🔍原图 (911×471)

电子自动调节器(如图1)用来自动调节锅炉机组的基本工作过程。被调节量的改变和前述一样是由“一次”仪表来实现的。在好些情况下一个调节器接入了几个一次仪表,因而调节器是调节它们的代数和。例如锅炉中的水位自动调节器装了三个一次仪表——水位表、水量表及蒸汽表。从一次仪表发出的信号进入“调节仪”(2)的测量设备(A)。这里它们也和手动调节器的发送器(3)的信号相加。总的信号从测量设备送到放大器(B),放大器借两种转换开关(4)控制强力可逆继电器——“磁性启动器”(6)。启动器的接点接通了由机械减速器(8)及用来间接作用在调节机件(9)上的执行机构可逆电动机(7)。在上述例子中调节机件是给水阀。在必要时借转换开关(4)操纵调节机件可转换为以遥控电键动作的手动控制。按仪表(11)的指示,在作业操纵盘上可监视被相应的发送器(10)所录下的调节机件状态。

“反馈”设备(B)在调节器中和自动补偿器一样起着很重要的作用。

调节量在规定数值时放大器输入端电压等于零。磁性启动器断开,调节机构不动作。调节量的偏移使磁性启动器动作,并引起调节机构位移,以消除所发生的偏移。但多数调节对象的特性是滞后于调节量对调节器作用的瞬时变化。因此调节器的切断若不及时,就会产生所谓“过调节”。“滞后”这种有害影响的消除由反馈设备(B)来担任,在调节量达定值而返回的瞬时之前,它使调节机件的运动停止并消除上述的“过调节”。

这里所介绍的电子调节器在很大程度上是万能的,它的功用由一次仪表和作用在作动机构上的调节机件的作用所确定。为了解这一点。可观察图2所示的一个简单锅炉机组调节系统的例子。调节系统的任务是保持不同数量所需要的一定过热蒸汽压力及温度。为了这个目的必须控制燃料、空气供给、烟气的排除、给水和冷却水的供给。

图2
图2 🔍原图 (839×1314)

蒸汽压力调节器由一次仪表——压力表得到信号,作用在控制燃料进给元件——加煤机(10)的作动机构(9)。燃料进给元件调节机构的状态改变由加入适当电压到空气调节器(11)的发送器(9)所确定。由气量计(2)得到信号的空气调节器确定了和调节机件——给煤机状态一致的空气流量。在炉室中借通风表(4)、排气调节器(Ⅲ)调节排气量,并相应地确定排烟阀(12)的状态。锅炉的水位调节器(给水调节器)(Ⅳ)按前述方式工作。它从三个一次仪表(5、6、7)得到信号并作用在给水阀(13)上。最后过热蒸气调节器借热电偶(8)测量它的温度并作用在调节冷凝器给水的阀(14)上。

它的压力在蒸汽的需要变化时而变化,它作用在全部调节系统上。燃料调节器改变它的供给,同时向空气调节器发出信号,空气调节器相应地改变它的流量。炉室的排气从定额偏移时在排气调节器上发生作用。蒸汽发生量变化的结果使锅炉的水位同样偏离定值,它引起相应的给水阀变动并恢复到原状,由于有补助一次仪表——水表及蒸汽表——促进中间过程加速并减少水位从定额的偏移。这样一来自动调节系统保证了蒸汽耗量在需要的蒸汽量任意摆动时锅炉机组的最有利状态。

电子调节器的采用可做成更现代化的自动调节系统。它要求在调节器中引入更复杂的信号配合,使它们按最适宜的方式变化调节器之外部联系的进行等等。

应用电子设备的部门在不断增长着。最近几年曾创造了一系列的专用仪器:煤粉在仓中高度的测量仪、轴承温度多点信号指示仪、炉子自熄时燃烧重油喷雾的自动设备、放射性水位计、调节炉室中燃烧过程的电视设备等等。电子计算设备可使用它们采集中调节,计算纪录自动化、设备最佳状态的确定、机组间功率分配等等。计划实现的热能发展包括进一步增大机线的单位客量,提高蒸汽参数。用大型的锅炉汽机组来进行电能的生产。所有这一切都向调节系统特别是自动调节系统提出了更多的要求,因为功率增加了同时还需缩减工作人员。

具有计算设备的锅炉-气输机组的完全自动化,将使它不仅在正常状态下同样在开动、停车、发生故障等等的情况下都能进行控制工作。

毫无疑问地党提出的今后发展动力工业的伟大任务将要实现。并且电子技术在它所有的各方面在这里将起着不小的作用。(杨绍胤译自苏联“无线电”杂志1959年第四期)((苏联)B·米隆诺夫)