Автоматическая регулировка уровня воды в паровом котле

Автоматизированная система управления КОНТУР-М для котлов типа ДКВР, ДЕ.

Автоматизированная система управления КОНТУР-М предназначена для управления работой парового котла типа ДКВР, ДЕ или котла ДКВР переведенного в водогрейный режим работы в полном соответствии с режимной картой котла в автоматическом режиме.

Основной функцией АСУ КОНТУР-М является безопасное автоматизированное управление технологическим оборудованием котлоагрегата в соответствии с техническим регламентом предприятия, для поддержания необходимых технико-экономических параметров работы оборудования.

Основными узлами автоматического управления и контроля системы являются:

схема внешних соединений

опросный лист (автоматизация парового котла)

• поддержание заданного значения давления пара в котле;
• регулирование давления воздуха перед горелкой;
• регулирование давления газа перед горелкой;
• регулирование разрежения в топке котла;
• регулирование уровня воды в барабане котла;
• регулирование солесодержания в котловой воде (опция);

Изображение — Меню регуляторов на панели оператора приведено на рисунке

Система управления котлом обеспечивает:

• автоматический останов котла при срабатывании системы автоматики безопасности;
• автоматический розжиг и останов котла;
• автоматическую проверку герметичности газовой запорной арматуры;
• автоматический прогрев котла из холодного состояния;
• учет энергоресурсов и выработанной тепловой энергии (опция);
• регистрацию и архивирование данных;
• хранение журнала операций выполняемых операторами.

Конструктивно АСУ котлом изготавливается в виде отдельного шкафа напольного или навесного исполнения на основе корпусной продукции Rittal. На передней дверце шкафа устанавливается панель оператора и элементы управления исполнительными механизмами.

Внутри шкафа устанавливается основной модуль системы автоматики и вспомогательные элементы (блоки питания, предохранители, промежуточные реле, коммутационное оборудование). Основной модуль представляет собой комплекс технических и программных средств на базе контроллера ПЛК160 производства фирмы ОВЕН. Контроллер обеспечивает сбор и обработку информации, регулирование и управление внешними устройствами, защиту котла от нештатных и аварийных ситуаций, подачу предупредительной и аварийной сигнализации, передачу и обработку информации или сигналов в автоматику верхнего уровня.

Системой АСУ КОНТУР-М реализуется:

• контроль температуры питательной воды до и после экономайзера;
• контроль температуры отходящих газов до и после экономайзера;
• контроль давления воздуха после дутьевого вентилятора;
• контроль давления пара в барабане котла;
• контроль давления газа перед горелкой;
• контроль давления воды питательной;
• контроль разрежения в топке котла;
• контроль уровня воды в барабане котла;
• контроль погасания основного факела и факела запальника;
• контроль герметичности газовых клапанов;
• контроль положения исполнительных механизмов;
• автоматическое регулирование уровня воды в барабане котла;
• автоматическое регулирование давления пара в барабане котла;
• автоматическое регулирование давления воздуха перед горелкой соотношение топливо-воздух (управление частотным преобразователем электродвигателя вентилятора);
• автоматическое регулирование разрежения в топке котла (управление частотным преобразователем электродвигателя дымососа);
• автоматическое регулирование солесодержания и автоматическая продувка котла;
• защита котла в соответствии с СНИП II -35-76*

Изображение панели оператора с мнемосхемой котла приведено на рисунке

Автоматизированная система управления Контур-М может устанавливаться на различные котлы:

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Выпуск воды из аппарата независимо от того, работает ли он под повышенным или атмосферным давлением, следует производить при помощи автоматического регулятора уровня воды . В водоотделителях атомосферных нефтеперегонных установок иногда спуск воды осуществляется без автоматического регулятора с помощью специального водоспускного колена. Однако небольшие колебания давления в аппарате ( 0 7 — 1 4 кПа) могут вызвать резкое понижение уровня водяной подушки и унос бензина с отходящей водой.  [16]

Питание следует производить так, чтобы уровень воды был постоянным, не поднимаясь и не опускаясь за пределы имеющихся указателей; вновь устанавливаемые котлы производительностью от 2 т / час и работающие с производительностью от 20 т / час должны быть оборудованы автоматическими регуляторами уровня воды .  [17]

Срыв подачи питательных насосов происходит вследствие недостаточного давления на всасывающей стороне насоса при данной температуре воды, что может иметь место по следующим ( основным) причинам: 1) неплотности фланцев трубопровода и арматуры перед насосом и его сальникового уплотнения на всасывающей стороне; 2) повышенное гидравлическое сопротивление трубопровода, арматуры и патрубка на входе воды в питательный насос; 3) упуск воды в баках-аккумуляторах деаэраторов и в других емкостях питательной воды при отсутствии или неисправности автоматических регуляторов уровня воды в них и неудовлетворительном ручном регулировании подачи воды. Упуск воды в баках может произойти при неправильных переключениях трубопроводов водоподготовятельных устройств, а также вследствие неисправности запорной и водоуказательной арматуры; 4) снижение давления в деаэраторах вследствие значительного увеличения подачи воды или понижения ее температуры без одновременного необходимого увеличения подачи греющего пара. Давление в деаэраторе может резко снизиться также при сбросе нагрузки турбины и снижении давления греющего пара деаэратора, работающего на паре из нерегулируемого отбора турбины и не имеющего резервного питания паром от автоматически включающейся редукционной установки.  [18]

В настоящее время эти и многие другие технологические процессы работы электростанций полностью автоматизированы. Почти все б-арабанные котлы оснащены автоматическими регуляторами уровня воды , что позволило ликвидировать профессию водосмотров — одну из самых тяжелых по условиям труда. Автоматизированы процессы пылеприготовления ( размол и сушка угля), что дало возможность уменьшить удельные расходы электроэнергии на размол угля. На многих электростанциях автоматизированы также редукционно-охладительные установки, деаэрация питательной воды, работа конденсаторов турбин, бойлеров и подогревателей воды. Особое внимание уделяется автоматизации управления паровыми котлоагрегата-ми. Регулирование процесса горения в топках котлоагрегатов осуществляется путем управления подачей топлива, воздуха и тягой. Следует иметь в виду, что в каждый момент времени должно обеспечиваться строгое соответствие между количеством вырабатываемого котлоагрегатами пара и количеством пара, потребляемого турбинами. Показателем такого соответствия в барабанных котло-агрегатах является постоянство заданного давления пара.  [19]

Из контактного аппарата нит-розкые газы поступают в котел-утилизатор 9, расположенный непосредственно под аппаратом. Кроме ручного регулирования подачи питательной воды, каждый котел снабжен автоматическим регулятором уровня воды ; продувка котла производится также автоматически.  [20]

Из конвертора нитрозные газы поступают в котел-утилизатор 8, расположенный непосредственно под аппаратом. Кроме приспособлений для ручного регулирования подачи питательной воды каждый котел снабжен автоматическим регулятором уровня воды ; продувка котла производится также автоматически.  [21]

Наш соотечественник И. И. Ползунов в 1766 г. сконструировал и изготовил первый в мире автоматический регулятор уровня воды в паровом котле.  [22]

Наш соотечественник И. И. Ползунов еще в 1766 г. сконструировал и изготовил первый в мире автоматический регулятор уровня воды в паровом котле.  [23]

В турбинном цехе расположено и оборудование, обеспечивающее подготовку питательной воды и ее подачу в парогенератор. Наличие кислорода в питательной воде обусловливает необходимость его удаления в специальных деаэраторных установках, режим которых обеспечивается применением автоматических регуляторов уровня воды и давления воздуха.  [24]

Трубные дифманометры не имеют устройств для дистанционной передачи показаний; они устанавливаются на отметке управления котлом. Поплавковые и мембранные дифманометры бывают показывающими, регистрирующими и с дистанционной передачей показаний. Мембранные и поплавковые бесшкальные дифманометры, снабженные индукционными датчиками, применяют также для автоматических регуляторов уровня воды в барабанах котлов.  [26]

Из последнего отсека ведут непрерывный сброс 4 продувочной воды. Применение ступенчатого испарения позволяет снизить необходимое количество продувочной воды. Экономичность котельной установки повышается. Современные котельные установки оборудуются автоматическими регуляторами уровня воды в барабане парогенератора и регуляторами процесса горения. Автоматизация котельных установок повышает производительность труда, обеспечивает безопасность и надежность работы оборудования, повышает КПД установки.  [27]

Для изучения фильтрационных свойств пород зоны аэрации используют способы, основанные на наливах в шурфы. Иногда дополнительно измеряют глубину промачивания после окончания опыта. Информативность опытов существенно повышается при радиоизотопных измерениях динамики влагосодержания в процессе опыта непосредственно в среде. Для этого при подготовке опыта в центре исследуемой площадки оборудуют наблюдательную скважину. Она должна вносить минимальные нарушения в процесс инфильтрации и оставаться сухой в течение опыта. Для этого скважину обсаживают глухой трубой диаметром примерно 57 мм с заглушенным забойным концом. Технология оборудования скважины должна обеспечивать плотное прилегание стенок трубы к породе. Соосно со скважиной проходят шурф для удаления почвенного слоя. На дно шурфа устанавливают кольцо инфильтромера диаметром 70 — 100 см, а затем систему водоснабжения с автоматическим регулятором уровня воды . Для проведения радиоизотопных измерений используют радиоизотопные серийные влаго-плотномеры.  [28]

Арматура паровых котлов

Арматура паровых котлов — все приборы, присоединенные к котлу с целью обеспечения безопасности его работы и правильной эксплуатации. Манометр, водомерные стекла и предохранительные клапаны носят название арматуры безопасности.

Паровой котел взрывоопасен, поэтому правилами Котлонадзора строго регламентирована необходимая котельная арматура, при помощи которой регулируются расход пара и его давление, водяное питание, уровень воды, продувка.

Давление на котле контролируется манометром. Манометр соединяется с паровым пространством котла сифонной трубкой, изогнутой таким образом, чтобы в ее колене все время находилась вода, получившаяся от сконденсировавшегося пара (рис. 162). Тогда давление на манометр будет передаваться при помощи охлажденной воды, а не горячего пара, что увеличит срок службы этого прибора. На сифонной трубке закрепляется перед манометром трехходовой кран с запасным фланцем, к которому периодически можно присоединять контрольный манометр для проверки манометра, установленного на котле.

На котлах с паропроизводительностью более 4 т/час должен устанавливаться манометр на водяной питательной линии, перед регулирующим вентилем. При указанной паропроизводительности устанавливается манометр и на выходе пара из перегревателя.

В месте выхода из котла насыщенного пара ставится вентиль либо непосредственно на котле, либо на патрубке, приклепанном или приваренном к котлу.

Если между котлом и пароперегревателем не имеется парозапорного приспособления, то парозапорный вентиль (или задвижка) устанавливается непосредственно за пароперегревателем. Таким же образом устанавливается и запорный вентиль, при помощи которого регулируется подача воды в котел.

Непосредственно к котлу устанавливается запорный вентиль, а и нему присоединяется обратный клапан (рис. 193); назначение последнего — не допускать выхода воды из котла (если бы, например, пробило прокладку у фланцев на питательной линии). Котлонадзором разрешается установка колена между фланцами штуцера котла и запорного вентиля. В крупных котельных перед обратным клапаном, считая по ходу воды, еще устанавливается регулирующий питательный клапан, управляемый автоматически и поддерживающий постоянный уровень воды в котле.

Из наиболее распространенных систем автоматических питателей надо отметить термостатический регулятор (рис. 194), работающий следующим образом. Термостатическая трубка А, изготовленная из сплава с большим коэффициентом линейного расширения, устанавливается наклонно к горизонту. Одним своим концом она присоединяется к водяному пространству котла, а другим — к паровому. Сама трубка так располагается по отношению к барабану котла, чтобы нормальный уровень воды в ней находился на середине длины. Водяная часть автомата присоединяется к котлу неизолированной трубкой, что обусловливает значительное охлаждение воды, находящейся в трубке, по сравнению с водой котла; зато паровая трубка хорошо изолируется, и пар не будет в ней конденсироваться. При понижении уровня воды в котле, а следовательно, и в термостатической трубке конец трубки, присоединенный к паровому пространству, начнет сильнее разогреваться, ее удлинение передастся через систему рычагов на регулирующий питательный клапан К, больше приоткрывая его и тем повышая количество идущей в котел питательной воды. В результате уровень повысится.

В котельных, снабженных автоматическими питательными клапанами, обслуживающий котельную персонал все же обязан следить за состоянием уровня воды в котле.

Для наблюдения за уровнем на котле устанавливают два водомерных стекла. Делается это для того, чтобы не прерывать контроля в случаях выхода из строя одного из стекол. Пока происходит заправка нового стекла, наблюдение ведут по второму. По правилам Котлонадзора вместо второго стекла допускается у небольших котлов (с давлением до 13 ати и поверхностью нагрева до 100м 2 ) установка двух пробных кранов: один-в паровом пространстве, другой — в водяном. Определять местонахождение уровня по пробным кранам неудобно, кроме того, в эксплуатации, если ими часто пользоваться, начинается пропаривание. Иногда водомерные стекла и манометр объединяют на одной колонке, которую и присоединяют к котлу.

На паровом котле должно быть не меньше двух предохранительных клапанов (рис. 143, 171 и 176). Из них один закрывается футляром, запирающимся на замок. Ключ хранится у заведующего котельной. Делается это для того, чтобы исключить всякую возможность изменения нагрузки на рычаг клапана.

Конец рычага обычно выходит за пределы кожуха, чтобы кочегар мог убедиться в исправности клапана, приподнимая его за выступающий конец рычага.

В самом низком пункте котла, непосредственно к нему или и патрубку, приклепанному или приваренному к котлу, устанавливается спускной вентиль. Если котел имеет грязевик (рис. 155, 159), то опускной вентиль присоединяют к последнему. Назначение спускного вентиля, как указывает и само название,- спускать грязь и вообще опоражнивать котел. Но не только этим ограничиваются его функции. Во избежание большой концентрации солей, выделяющих накипь, воду в котле надо периодически сменять, выпуская через спускную линию часть воды из котла и пополняя ее убыль питательной водой. Чтобы гарантировать безопасность при производстве этой операции, она по возможности производится под пониженным давлением, для чего дополнительно между спускным вентилем и котлом устанавливают задвижку, позволяющую открыть вентиль, еще не находящийся под давлением, а затем постепенно пускать воду. Удвоенные запорные приспособления лучше обеспечивают в должный момент полное перекрывание спускной линии, иначе легко упустить уровень. Под седло вентиля может попасть кусок накипи и в вентиле он скорее застрянет, чем в задвижке.

Чугунная арматура паровых котлов (вентили, задвижки) допускается к установке на котлах только до 13 ати давления и до 300° перегрева при диаметрах не более 200 мм; при более высоких параметрах требуется стальное литье или чугун особых высококачественных марок. При таком же перегреве, но для давления до 8 ати допускается чугунная арматура паровых котлов с диаметром прохода до 300 мм. Не допускается изготовление из чугуна патрубков, а также колен, к которым присоединяется спускная арматура паровых котлов. В практике эксплуатации было несколько случаев аварий с человеческими жертвами, когда ломали спускное колено, пытаясь повернуть прикипевший к своему седлу спускной кран.

Требования Котлонадзора в отношении предохранительных приспособлений для паровых котлов с давлением пара до 0,7 ати или водогрейных изложены в § 52, стр. 288.

Первые регуляторы паровых машин

В предыдущей статье [1] рассматривались редкие примеры известных регуляторов с обратной связью от древних веков до XVIII в.: водяные часы, регуляторы температуры и давления, механизм разворота ветряного колеса мельниц. Однако широкого применения подобные регуляторы не нашли из-за своей сложности и дешевизны ручного труда человека, который легко справлялся с такими задачами управления. И только с началом промышленной революции потребовались регуляторы совсем другого рода — регуляторы скорости машин.

Рис. 1. Джеймс Уатт (1736–1819)

Промышленная революция в европейских странах началась в XVIII веке с широкого применения паровых машин для откачки воды из шахт, плавки металлов, приведения в движение станков и механизмов на заводах. Особенно много машин потребовалось в XIX в. на транспорте после изобретения Робертом Фултоном (Robert Fulton) парохода в 1808 г. и Джорджем Стефенсоном (George Stephenson) паровоза в 1825 г. Французский изобретатель Клемент Адер (Cl?ment Ader) построил в 1890 г. даже самолет с паровым двигателем.

Первым попытался использовать энергию пара для механического движения еще французский физик и изобретатель Дени Папен (Denis Papin), построивший в 1690 г. паровой цилиндр с поршнем, который был усовершенствован в 1705 г. кузнецом Томасом Ньюкаменом (Thomas Newcomen). Однако обе машины управлялись вручную, были крайне неэффективны и широкого распространения не получили. Паровую машину с автоматическим впуском и выпуском пара с помощью золотника построил английский механик, изобретатель и предприниматель Джеймс Уатт (James Watt) (рис. 1), получивший на нее первый патент в 1769 г. [ 2 , 3 ].

Кроме того, паровые машины оснащались другими автоматическими устройствами: клапаном Папена, рассмотренным в предыдущей статье [1] , и регулятором уровня воды в паровом котле. На рис. 2 показан поплавковый регулятор первой в России паровой машины, построенной изобретателем Иваном Ползуновым на Урале в 1765 г. [5]. Паровой котел 1, вмурованный в кладку 2 с топкой 3, имел водяную трубу 4 и патрубок 5, отводящий пар. Уровень воды регулировался поплавком 6.

Рис. 2. Паровой котел Ползунова (1 — паровой котел; 2 — кладка; 3 — топка; 4 — водяная труба; 5 — патрубок, отводящий пар; 6 — поплавок)

Однако паровая машина стала вполне работоспособной и популярной только после того, как Уатт ввел в нее в 1788 г. центробежный регулятор скорости, устранивший нестабильную работу машины [4] . Уже к 1800 г. в Англии работали сотни машин Уатта (рис. 3). Центробежный регулятор паровой машины был настолько важной ее составной частью, что Уатт хранил его устройство в глубоком секрете и не патентовал.

Рис. 3. Паровая машина с регулятором Уатта (1 — паровой цилиндр; 2 — золотниковый распределитель; 3 — заслонка подачи пара; 4 — центробежный чувствительный элемент)

Центробежный чувствительный элемент, являющийся измерителем скорости машины, был заимствован Уаттом из водяных и ветряных мельниц, где он использовался для изменения усилия прижима жерновов при изменении скорости ветра. Его устройство было запатентовано механиком Томасом Мидом (Thomas Mead) в 1787 г. [ 5 , 6].

Рис. 4. Центробежный чувствительный элемент Уатта (1 — шкив; 2 — шары; 3 — ползун; 4 — рычаг)

Центробежный чувствительный элемент Уатта (рис. 4), приводимый во вращение от вала машины через шкив 1, содержит два массивных шара 2, соединенных с ползуном 3, связанным рычагом 4 с заслонкой паровой машины [7]. Центробежная сила, возникающая при вращении шаров, уравновешивается их весом таким образом, что каждому значению скорости соответствует определенное положение ползуна, а следовательно, и расхода или давления пара в цилиндре. В дальнейшем для улучшения регулировки такой элемент оснащался пружиной, компенсирующей вес шаров.

При увеличении момента нагрузки скорость машины слегка падает, поскольку для увеличения давления пара заслонка должна быть приоткрыта, что достигается движением ползуна вниз, т. е. опусканием грузов. Возникающая при этом ошибка регулирования скорости была названа неравномерностью регулятора, а все регуляторы такого типа назывались модераторами, т. е. устройствами, которые не устраняют ошибку регулирования, а только ее снижают. Современное название ошибки — статическая ошибка, а регулятора — статический регулятор.

Второй особенностью регулятора Уатта является прямое механическое действие чувствительного элемента на заслонку. Аналогично работал и рассмотренный в предыдущей статье [1] регулятор температуры Дреббеля, в котором энергия открывания вентиляции вырабатывалась спиртовым чувствительным элементом. Поэтому все регуляторы такого рода назывались регуляторами прямого действия.

Помимо коммерческого успеха, регулятор принес его автору и заслуженное признание. В его честь единица мощности в системе SI названа 1 Вт. Уатт был приглашен в Российскую академию наук, правда, от этой чести отказался. Центробежный регулятор скорости позднее нашел широкое применение также в телеграфных аппаратах, телескопах, граммофонах и т. д. [6].

В XIX в. изобретатели предложили ряд усовершенствованных центробежных регуляторов скорости. Так, английский математик и астроном Джордж Эри (Georg B. Airy) построил в 1840 г. телескоп с автоматическим приводом по азимуту и углу места с центробежным фрикционным регулятором, обеспечивающим равномерный поворот со скоростью вращения Земли [7].

На рис. 5а показан общий вид этого телескопа, а на рис. 5б — в упрощенном виде принцип действия регулятора привода без редукторов. Труба телескопа 1 поворачивается через блок механических редукторов 2 двигателем в виде барабана с грузом 3, снабженным фрикционным регулятором с расходящимися шарами 4, трущимися о поверхность неподвижной муфты 5 в случае, когда скорость вращения телескопа превышает заданную.

Рис. 5. а) Телескоп Эри; б) Фрикционный регулятор Эри. 1 — труба телескопа; 2— блок механических редукторов; 3 — двигатель; в виде барабана с грузом; 4 — фрикционный регулятор с расходящимися шарами; 5 — муфта

В данном регуляторе увеличение момента трения в опорах телескопа компенсируется уменьшением трения в регуляторе, однако это возможно лишь при некотором снижении скорости вращения, т. е. появлении статической ошибки регулирования.

Рис. 6. Регулятор Дженкина (1 — заслонка; 2 — груз; 3 — муфта; 4 — подпружиненные шары; 5 — вал; 6 — катаракт)

Более совершенным является регулятор паровой машины английского инженера Флиминга Дженкина (Fleeming Jenkin), построенный в середине XIX в. (рис. 6) [7].

В этом случае заслонка 1, регулирующая подачу пара в машину, поворачивается двумя устройствами: грузом 2, аналогичным двигателю Эри, и муфтой 3 фрикционного регулятора с подпружиненными шарами 4, приводимого во вращение от вала машины 5. В отличие от регулятора Эри, муфта 3 подвижная. Она прикрывает заслонку 1 тогда, когда шары вовлекают муфту во вращение.

Таким образом, когда скорость машины больше заданной, шары закрывают заслонку, а когда меньше, заслонка открывается грузом. При этом регулятор не имеет статической ошибки, поскольку, например, при увеличении нагрузки на машину и падении ее скорости груз приоткрывает заслонку до тех пор, пока скорость машины не вернется к заданному значению.

Регулятор Дженкина снабжен, как это видно на рис. 6, еще одним весьма важным регулирующим элементом 6, называемым катарактом, в виде цилиндра с маслом, в котором движется груз. Катаракт был применен впервые в регуляторе Эри [7]. Было обнаружено, что введение такого элемента, который со временем стал весьма популярным, существенно улучшает плавность и точность регулирования скорости. По современной терминологии катаракт — это устройство, формирующее отрицательную обратную связь по скорости, называемую тахометрической обратной связью, являющуюся мощным средством динамической коррекции систем автоматического управления.

Другие примеры успешных регуляторов, изобретенных в XIX в., приведены в обзоре [4].

Рис. 7. Регулятор непрямого действия (1 — заслонка; 2 — серводвигатель; 3 — золотниковый распределитель; 4 — центробежный регулятор с пружиной)

Все рассмотренные выше регуляторы являются регуляторами прямого действия, поскольку чувствительный элемент оказывает прямое силовое воздействие на заслонку или объект управления. Однако это возможно лишь в регулировании объектов малой мощности. Действительно, повернуть, например, затворы большой гидротурбины с помощью центробежного регулятора вряд ли удастся.

Французский инженер Джозеф Фарко (Joseph Farcot) предложил в 1873 г. ввести в регулятор дополнительный исполнительный элемент, названный им серводвигателем или сервомотором, усиливающим мощность чувствительного элемента [7, 8]. Такие регуляторы стали называть регуляторами непрямого действия. Пример такого регулятора приведен на рис. 7. В данном случае заслонка 1 двигается дополнительным паровым цилиндром – серводвигателем 2, золотниковый распределитель 3 которого управляется центробежным регулятором 4 с пружиной.

Нетрудно убедиться в том, что введение серводвигателя не только увеличивает выходную мощность чувствительного элемента, но и обеспечивает, в принципе, нулевую ошибку регулирования скорости, на которую настроен чувствительный элемент. Действительно, заслонка не движется только тогда, когда золотник перекрывает впускные каналы цилиндра. Регулятор настраивается таким образом, чтобы этому положению золотника соответствовала заданная скорость вращения шаров.

Рис. 8. Регулятор Чиколева (1 — электроды; 2 — обмотка якоря; 3 и 4 — обмотки возбуждения)

При увеличении момента нагрузки скорость машины падает, золотник смещается вверх и сервомотор поднимает заслонку до нового положения, при котором скорость машины будет в точности равна заданной. По современной терминологии применение серводвигателя в регуляторе непрямого действия означает введение интегратора, превращающего статическую систему в астатическую.

Все рассмотренные регуляторы с обратной связью используют принцип регулирования по отклонению или по ошибке. Современная терминология относит их к П- или ПИ-регуляторам. Однако в XIX в. появились и другие устройства: с регулированием по возмущению и с регулированием по производной от ошибки. Регулирование по возмущению или по нагрузке (принцип инвариантности Понселе) было предложено в 1830 г. французским математиком и инженером Жаном-Виктором Понселе (Jean-Victor Poncelet), а регулирование по производной выполнял так называемый инерционный регулятор, изобретенный в 1845 г. братьями Вернером и Вильгельмом Сименсами (Verner, Wilhelm Siemens) в Германии [4, 7].

Принципы построения и конструкции различных регуляторов детально анализировались в лекциях 1846 г. знаменитого профессора Петербургских железнодорожного и технологического институтов Николая Федоровича Ястржембского [8].

К концу XIX в. стали появляться и первые электромеханические регуляторы. Примером может служить дифференциальный регулятор дуговых ламп для освещения московских площадей, построенный известным российским электротехником Владимиром Николаевичем Чиколевым в 1874 г. Схема регулятора, заимствованная из [9], показана на рис. 8, где штриховыми линиями обозначены соединительные провода.

Электроды 1 дуговой лампы сближаются через винтовую передачу электродвигателем постоянного тока с обмоткой якоря 2 и двумя обмотками возбуждения 3 и 4, причем обмотка 3 подключается прямо к источнику питания, а обмотки 2 и 4 соединяются с нижним электродом. Обмотки 3 и 4 создают потоки возбуждения двигателя противоположных знаков, причем их действие уравновешивается при нормальном зазоре между электродами. При увеличении зазора его сопротивление растет, а ток падает, что приводит к преобладающему действию обмотки 4 и вращению двигателя в сторону сближения электродов. При чрезмерном сближении электродов будет преобладать действие обмотки 3, обеспечивающей вращение двигателя в противоположную сторону и увеличение зазора.

Таким образом, новый этап развития систем автоматики, начавшийся с изобретения и внедрения паровой машины, отличался следующими основными особенностями:

• Паровая машина потребовала ряда автоматических устройств, таких как клапан давления, регулятор уровня, золотниковый парораспределитель и регулятор скорости вращения, что поставило перед изобретателями первые серьезные задачи автоматического управления.
• Наибольшее распространение получили центробежные регуляторы скорости прямого действия, в которых чувствительный элемент обладал непосредственным воздействием на заслонку (регулятор Уатта) либо создавал переменный нагрузочный момент трения (регулятор Эри).
• Эти регуляторы имели пропорциональный (П) закон регулирования, вызывающий статическую ошибку, устраняемую в регуляторе Дженкина механическим интегратором, обеспечивающим пропорционально-интегральный (ПИ) закон регулирования.
• До середины XIX в. были предложены и другие законы регулирования: по возмущению (принцип Понселе) и по производной от ошибки (регулятор Сименсов).
• В регуляторах непрямого действия, первый из которых был создан Фарко, чувствительный элемент управлял дополнительным сервомотором заслонки, что не только повышало мощность регулятора, но и обеспечивало астатизм регулирования скорости.
• Появились регуляторы и других машин, например фрикционный регулятор вращения телескопа Эри, электромеханический регулятор дуговой лампы Чиколева и др.

Ко второй половине XIX в. было известно уже большое число различных достаточно сложных конструкций регуляторов, заложивших основы создания замкнутых систем автоматического управления в современном понимании этого термина. Однако отсутствовали не только методики расчета, выбора параметров и настройки, но и теоретическое понимание происходящих в них процессов регулирования.

Как будет показано в следующей статье, широкое внедрение паровых и других машин, а также повышение точности и быстродействия их регулирования выявило проблему устойчивости регулятора, вызванную противоречием между требованиями точности и устойчивости работы машины, а также наличием в ней нелинейных элементов.