CS224408B1

CS224408B1 - Apparatus for liquid level adjusting provided with a compensation coupling being initiated by flow

Info

Publication number: CS224408B1
Application number: CS623281A
Authority: CS
Inventors: Josef Ing Altmann
Original assignee: Altmann Josef
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1981-08-20
Publication date: 1984-01-16
Also published as: DD230363A3; SU1142724A1; HU190402B; GB2105467A; DE3209153A1

Abstract

The liquid level in a vessel (3) e.g. a condensate collecting tanks controlled by a valve (6) in the outlet conduit (61) operated by a hydraulic servodrive (5). The control means include a sensing tank (2) communicating with a fluidic sensing unit (1) which communicates, via a control pipe (51), with the hydraulic servodrive (5). The pressure applied by the unit (1) varies according to the liquid level in a sensing tank (2). The tank (2) is connected to an annular space (41) communicating with the throat of a venturi nozzle (4) in the outlet conduit (61). Whereby the level in the sensing tank is dependant both on the liquid level in tank (3) and the flow rate from that tank. If the level in tank (3) increases, the difference in levels between the tanks DELTA H falls causing a reduction in flow through pipe (22). The level in tank (2) rises causing the pressure from unit (1) to valve (5) to drop and valve (6) to open. <IMAGE>

Description

Vynález se týká zařízení pro regulaci úrovně hladiny kapalin s korekční vazbou, vyvozenou průtokem, které je zvláště vhodné pro regulaci hladiny kondenzátu v tepelně — regeneračním systému parní turbíny.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow level correction fluid level control apparatus which is particularly suitable for regulating condensate level in a steam turbine heat recovery system.

Dosavadná řešení regulace hladiny kapaliny a jejího odvodu z kapacity regulované soustavy je možno rozlišit jednak na základě fyzikálního principu, který je u jednotlivých řešení použit pro převedení informace o úrovni hladiny v regulované soustavě na vhodný vstupní signál do navazujících členů regulační smyčky, jednak podle způsobu dalšího zpracování signálu generovaného hladinovým čidlem v navazujícím regulačním obvodu.Current solutions of liquid level regulation and its withdrawal from the capacity of the regulated system can be distinguished on the basis of the physical principle, which is used in individual solutions to convert information about the level in the regulated system to a suitable input signal to the connected control loop members, processing the signal generated by the level sensor in the downstream control circuit.

Mezi nej starší typy regulačních smyček regulace hladiny lze například zařadit zařízení plovákového typu. V těchto systémech je informace o úrovni hladiny většinou převáděna na silovou veličinu využitím vztlaku vhodného tělesa ponořeného do kapaliny, jejíž hladina je snímána; u nejjednodušších zařízení, u nichž není požadována velká přestavná síla, je možno výstupní silovou veličinou plovákového čidla přímo ovládat zdvih regulačního ventilu.Among the older types of level control loops are, for example, float type devices. In these systems, the level information is usually converted into a force value by utilizing the buoyancy of a suitable body immersed in the liquid whose level is being sensed; For the simplest devices where a high adjusting force is not required, the output of the float sensor can be used to directly control the stroke of the control valve.

V současné technické praxi je nejčastěji používána pro regulaci hladiny elektromechanická regulační smyčka, ve které je převod informace o úrovni hladiny na elektrický signál realizován vhodným čidlem, jehož výstup je zpracován a zesílen elektronickým regulátorem připojeným na elektromechanický servopohon; jeho výstupní veličinou, kterou je většinou zdvih, je měněna poloha škrticího elementu regulačního ventilu. Další, relativně velmi jednoduchý způsob převodu informace úrovně · hladiny na výkonový hydraulický signál představuje fluidický snímač hladiny kapalin založený na využití rozpadu turbulentního proudu kapaliny, vytékajícího z vysílací trysky. Ta je situována kolmo ke snímané hladině ve vrstvě kapaliny nad snímací tryskou, která je umístěna souose s již zmíněnou vysílací tryskou. Stupeň rozpadu turbulentního proudu tekutiny je zhruba proporcionální k tloušťce vrstvy kapaliny nad snímací tryskou a určuje úroveň výstupního tlakového signálu fluidického snímače, který ve většině případů výkonově postačuje pro přesné ovládání jednoduchého hydraulického servopohonu. Jím je měněn zdvih škrticího elementu regulačního ventilu.In current technical practice, an electromechanical control loop is most commonly used for level control, in which the level level information is converted to an electrical signal by a suitable sensor whose output is processed and amplified by an electronic controller connected to an electromechanical actuator; its output variable, which is usually a stroke, changes the position of the throttle element of the control valve. Another, relatively very simple way of converting level information to a power hydraulic signal is a fluid fluid level sensor based on the disintegration of the turbulent liquid stream exiting the transmitter nozzle. It is situated perpendicular to the sensed level in the liquid layer above the sensing nozzle, which is located coaxial with the aforementioned emitting nozzle. The degree of disintegration of the turbulent fluid stream is roughly proportional to the thickness of the liquid layer above the sensing nozzle and determines the level of the output pressure signal of the fluidic sensor, which in most cases is sufficient for precise control of a simple hydraulic servo drive. This changes the stroke of the throttle element of the control valve.

Všechna uvedená řešení regulačních . smyček regulace hladiny mají některé nedostatky. Základním a společným nedostatkem většiny současných řešení je skutečnost, že informace o stavu regulované soustavy, která vstupuje do vlastního regulačního. obvodu, je omezena na signál získaný daným čidlem a odpovídající úrovni hladiny. Tento stav u uvedených řešení má v soustavě uzavřené regu224408 lační smyčky za- následek existenci pouze jediné zpětné vazby a její stacionární a hlavně dynamické chování - je potom silně závislé jednak na provozních stavech a režimech regulované soustavy, jednak na časové stálosti parametrů členů regulačního obvodu. Přímá závislost mezi příkonem regulačního obvodu a rychlostí jeho dynamické odezvy, nutnost relativně vysokých přestávných sil a eliminace hysterezí akčních členů regulačních smyček rezultuje v další nevýhodu takto pojatých zapojení. U fluidicko-hydraulické smyčky přistupuje k těmto nedostatkům ještě skutečnost, že v této smyčce nelze v - dostatečně širokém rozmezí jednoduchým externím zásahem měnit žádanou hodnotu úrovně hladiny kapaliny.All these regulatory solutions. Level control loops have some drawbacks. The basic and common drawback of most current solutions is the fact that information about the status of the regulated system, which enters its own regulatory. circuit is limited to the signal obtained by the given sensor and corresponding to the level level. This situation in the closed loop system results in the existence of only one feedback and its stationary and especially dynamic behavior - it is then strongly dependent on the operating states and modes of the controlled system and on the time stability of the parameters of the control circuit members. The direct dependence between the power input of the control circuit and the speed of its dynamic response, the necessity of relatively high transient forces and the elimination of the hysteresis of the actuators of the control loops result in a further disadvantage of such conceived connections. In the case of a fluid-hydraulic loop, these drawbacks are further compounded by the fact that it is not possible to change the desired level of the liquid level in this loop within a sufficiently wide range by simple external intervention.

Uvedené nedostatky podstatně omezuje zařízení pro regulaci úrovně hladiny kapalin s korekční vazbou podle vynálezu, obsahující svodnou nádrž, ze které je vyvedeno spojovací potrubí se zabudovaným regulačním ventilem a snímací nádrž, do níž je zabudován snímač úrovně hladiny spojený s akčním členem, ovládajícím regulační ventil. Jeho cílem je obecné zvýšení stability obvodu regulace hladiny, možnost externího nastavení žádané úrovně hladiny v nádobě, kde je regulována hladina, omezení vlivu hystereze vyvozené třením v akčním členu regulační smyčky a hystereze škrticího ventilu, snížení doby přeregulování, snížení potřebného příkonu smyčky včetně jednoduché úpravy při rekonstrukci regulačních obvodů a odstranění nutnosti zásahů do konstrukce tlakových nádob při takové rekonstrukci.These drawbacks are substantially reduced by the corrective coupling fluid level control device according to the invention, comprising a downcomer from which a connection line with a built-in control valve is led and a sensing tank in which a level sensor connected to the actuator controlling the control valve is incorporated. Its aim is to generally increase the stability of the level control circuit, the possibility of external adjustment of the desired level in the vessel where the level is controlled, reducing the effect of friction induced hysteresis in the control loop actuator and throttle hysteresis, reducing over-regulation time. when reconstructing control circuits and eliminating the need for interventions in the construction of pressure vessels during such reconstruction.

Podstata tohoto zařízení spočívá v tom, že do spojovacího potrubí, kterým je spojena svodná nádrž se - vstupem regulačního ventilu, je vestavěna Venturiho dýza spojená v místě svého nejmenšího průtočného průřezu potrubím korekční vazby, v němž je vestavěn ventil žádané hodnoty hladiny, se snímací nádrží. Do této snímací nádrže vyúsťuje vyrovnávací potrubí a je do ní zabudován hladinový snímač. Tento hladinový snímač je vstupem do regulačního obvodu, jehož výstup je spojen s regulačním ventilem.The principle of this device consists in that a venturi nozzle is connected to the connecting piping, which connects the downflow tank with the - control valve inlet, connected to the sensing tank at the point of its smallest cross-section through the correction coupling pipeline in which the level setpoint valve is built. . An equalizing pipeline opens into this sensing tank and a level sensor is built into it. This level sensor is an input to a control circuit whose output is connected to a control valve.

Jeden příklad praktického provedení zařízení ' pro regulaci úrovně hladiny kapalin s korekční vazbou podle vynálezu je znázorněn na výkresu, podle nějž je toto zařízení použito ve fluidickohydraulické smyčce regulace hladiny kondenzátu regeneračního ohříváku parní turbíny.One example of a practical embodiment of the liquid level control device of the correctionally coupled liquids of the present invention is shown in the drawing according to which the device is used in a fluid-hydraulic loop of the condensate level control of a steam turbine heater.

Podle tohoto výkresu se zařízení skládá ze svodné nádrže 3, spojené spojovacím potrubím 61 se vstupem regulačního ventilu 6, na jehož výstup je připojeno odpadní potrubí 62, ústící mimo regulovanou soustavu do dalšího, neznázorněného stupně tepelně regenerační kaskády parní turbíny.According to this drawing, the apparatus consists of a downcomer 3 connected by a connecting line 61 to an inlet of a control valve 6, to the outlet of which a waste line 62 extends outside the controlled system to a further stage (not shown) of the heat recovery cascade of the steam turbine.

Do svislé větve spojovacího potrubí 61 je vestavěna Venturiho dýza 4 tak, že v místě svého nejmenšího průtočného průřezu je spojena radiálními kanály 410 s nátokovým prostorem 41. Do něj , je vyvedeno potrubí 22 korekční vazby, které spojuje nátokový prostor 41 přes ventil 220 žádané hodnoty hladiny s vnitřním prostorem snímacíA venturi nozzle 4 is built into the vertical branch of the connecting line 61 so that, at its smallest cross-sectional area, it is connected via radial channels 410 to the headbox 41. Into it, a correction coupling line 22 is connected which connects the headbox 41 via a setpoint valve 220 level with internal sensing space

224408 nádrže 2, kde vyúsťuje pod horizontální přepážkou 200. Na snímací nádrž 2 je dále připojen fluidický snímač 1 tak, že dno 120 přiváděcího kanálu plynule navazuje na horizontální přepážku 200, Do vnitřního prostoru - snímací nádrže 2 dále vyúsťuje vyrovnávací potrubí 21 se zabudovaným škrticím ventilem 210, které vzájemně propojuje horní část snímací nádrže 2 s vnitřním prostorem svodné nádrže 3 v úrovni spodní části trubkového svazku 30.224408 of the tank 2, where it opens below the horizontal baffle 200. Fluid sensor 1 is further connected to the sensing tank 2 so that the bottom 120 of the supply duct smoothly connects to the horizontal baffle 200. a valve 210 which interconnects the upper portion of the sensing tank 2 with the interior of the downcomer 3 at the level of the lower portion of the tube bundle 30.

Fluidický snímač 1 se skládá ze dvou vzájemně souose umístěných trysek situovaných kolmo vůči dnu 120 převáděcího kanálu, přičemž shora umístěná vysílací tryska 11 je připojena svým horním koncem k neznázorněnému zdroji tlakového kondenzátu a spolu se souose - umístěným stínícím pláštěm 12 a zdola umístěnou snímací tryskou 13 vytváří interakční prostor fluidického snímače 1. Snímací tryska 13 ve své spodní části vyúsťuje £ perforovaným kanálem, do vnitřního prostoru separátoru- 14, který je spojen dvoufázovou clonou · 15 s prostorem pode dnem 120 převáděcího kanálu; separátor 14 je ve své spodní části spojen ovládacím potrubím 51 s horním, válcovým prostorem 512 hydraulického servopohonu 5. Horní válcový prostor 512 je od spodního válcového prostoru 511 oddělen pohyblivým pístem 501, který se opírá o tlačnou pružinu 502 a je pevně spojen s pístnicí 503, která je pevně připojena k regulačnímu ventilu 6.The fluidic sensor 1 consists of two mutually coaxial nozzles located perpendicular to the bottom of the transfer channel 120, the upper transducer nozzle 11 being connected at its upper end to a pressure condensate source (not shown) together with a coaxial shielding jacket 12 and a lower transducer nozzle 13. it forms the interaction space of the fluidic sensor 1. The sensor nozzle 13 in its lower part opens through a perforated channel, into the interior of the separator 14, which is connected by a two-phase orifice 15 with the space below the bottom 120 of the transfer channel; the separator 14 is connected in its lower part by the control line 51 to the upper, cylindrical space 512 of the hydraulic actuator 5. The upper cylindrical space 512 is separated from the lower cylindrical space 511 by a movable piston 501 which bears against the compression spring 502 and is firmly connected to the piston rod 503 which is firmly connected to the control valve 6.

Činnost zařízení podle vynálezu je založena na využití hydraulické korekční zpětné vazby vyvozené průtokem odpouštěné kapaliny z kapacity regulované soustavy Venturiho dýzou tak, že takto vytvořenou zpětnou vazbou je doplněna hlavní zpětná vazba od úrovně hladiny v regulované soustavě.Operation of the device according to the invention is based on the use of hydraulic correction feedback induced by the flow of drained liquid from the capacity of the controlled venturi nozzle so that the feedback thus generated adds the main feedback from the level in the controlled system.

V ustáleném stavu stéká kondenzát z teplosměnné plochy realizované trubkovým svazkem 30 do kapacity regulované soustavy, která je vytvořena ve spodní části pláště svodné nádrže 3; konstantní úroveň hladiny v této kapacitě je zajištěna odtokem stejného množství kondenzátu spojovacím potrubím 61 s regulačním ventilem 6, dále pak odpadním potrubím 62. Při průtoku kondenzátu Venturiho dýzou 4 dochází v souhlase s Bemoulliho rovnicí v místě jejího nejmenšího průtočného průřezu - k poklesu statického tlaku a dosažená tlaková odchylka je radiálními kanály 410 přenášena do nátokového prostoru 41 Venturiho dýzy 4, kam současně natéká kondenzát, přiváděný potrubím 22 korekční vazby ze snímací nádrže 2. Nátok kondenzátu potrubím - 22 korekční vazby odpovídá tlakové odchylce v úrovni Venturiho dýzy 4, hydraulickému odporu danému nastavením ventilu 220 žádané hodnoty a hladinovou diferencí ΔΗ a také tlakovou diferencí Po — Psn tlaku - Po ve svodné nádrži 3 a tlaku Psn ve snímací nádrži 2. Časově je konstantní úroveň hladiny a tlaku v prostoru snímací nádrže 2 determinována v obecném případě ustáleným stavem kondenzačního procesu ve snímací nádrži 2 a ve fluidickém snímačiAt steady state, condensate flows from the heat exchange surface realized by the tube bundle 30 to the capacity of the controlled system, which is formed in the lower part of the jacket of the downcomer 3; a constant level in this capacity is ensured by the same condensate flow through the connecting line 61 with the control valve 6, and then through the drain line 62. The condensate flow through the Venturi nozzle 4 results in a static pressure drop in accordance with the Bemoulli equation. the pressure deviation obtained is transmitted by radial channels 410 to the inlet chamber 41 of the venturi nozzle 4, where the condensate is supplied by the correction coupling line 22 from the sensing tank 2. by adjusting the setpoint valve 220 and the level difference ΔΗ as well as the pressure difference Po - Psn pressure - Po in the collecting tank 3 and the pressure Psn in the sensing tank 2. The constant level and pressure level in the sensing tank 2 space is determined over time in general, the steady state condensation process in the sensing tank 2 and in the fluidic sensor

1, kam natéká sytá pára z prostoru regeneračního ohříváku 3 vyrovnávacím potrubím 21 přes škrticí ventil 210 a konstantním hmotovým nátokem kondenzátu z vysílací trysky 11 fluidického sní, mače 1.1, where saturated steam flows from the regenerative heater space 3 through the equalizing line 21 through the throttle valve 210 and a constant mass flow of condensate from the transducer nozzle 11 of the fluidized bed sensor 1.

! Protože úroveň rozpadu turbulentního proudu kondenzátu, vytékajícího z vysílací trysky 11, a tím ¹ i hydraulický výstup ze soustavy fluidického snímače 1 a separátoru 14 závisí na úrovni hladiny kondenzátu ve snímací nádrži 2, je takto uzavřena smyčka regulace hladiny a současně realizována zpětná hlavní i korekční hydraulická vazba. Přitom separátor 14 je vstupem do hydraulického servopohonu 5, jehož výstupem je zdvih regulačního ventilu 6.! Since the level of disintegration of a turbulent stream of the condensate flowing from the transmitting nozzle 11, and hence ^one and the hydraulic outlet from the fluidic sensor 1 and the separator 14 depends on the level of the condensate level in the sensing tank 2 is thus closed loop level control and simultaneously realized backward main and correction hydraulic coupling. The separator 14 is the inlet of the hydraulic actuator 5, the output of which is the stroke of the control valve 6.

Dynamické chování takto uzavřené regulační smyčky je možno demonstrovat odezvou této smyčky na náhlou změnu nátoku do kapacity regulované soustavy. V případě kladné změny nátoku začne hladina ve svodné nádrži 3 stoupat a klesá hladinová diference ΔΗ mezi regeneračním ohřívákem 3 a snímací nádrží 2. Poklesem hladinové diference ΔΗ na nižší hodnotu dojde k poklesu průtoku potrubím 22 korekční vazby, tedy i k poklesu odtoku kondenzátu ze snímací nádrže 2 a k nárůstu úrovně hladiny v této nádrži. Tento nárůst hladiny je ze snímací nádrže 2 převeden do fluidického snímače 1, kde rezultuje v nárůst vrstvy kondenzátu nad snímací tryskou 13, dojde ke zvýšenému rozpadu turbulentního proudu, vytékajícího z vysílací trysky 11, a k odpovídajícímu poklesu tlakového výstupu ze soustavy fluidického snímače 1 a separátoru 14. Odtud je pokles tlaku převeden ovládacím potrubím 51 do horního válcového prostoru 512 hydraulického servopohonu 5. Protože soustava skutečného hydraulického servopohonu 5 a regulačního ventilu 6 obsahuje mechanicky pohyblivé části, tedy i prvky s třecímiThe dynamic behavior of such a closed control loop can be demonstrated by the response of this loop to a sudden change in the inflow to the capacity of the controlled system. If the inflow changes positively, the level in the downcomer 3 starts to rise and the level difference ΔΗ between the regenerative heater 3 and the sensing tank 2 decreases. By lowering the level difference ΔΗ the flow through the correction coupling line 22 decreases. 2 and the level increase in this tank. This level rise is transferred from the sensing tank 2 to the fluidic sensor 1, resulting in an increase in the condensate layer above the sensing nozzle 13, an increased breakdown of the turbulent stream flowing from the transducer nozzle 11, and a corresponding pressure drop from the fluidic sensor 1 and separator system. 14. From there, the pressure drop is transferred via the control line 51 to the upper cylindrical space 512 of the hydraulic actuator 5. Since the actual hydraulic actuator 5 and the control valve 6 system comprises mechanically movable parts, including friction elements

Claims

Flow-controlled correction fluid level control device, comprising a downstream tank with connecting piping, a sensing tank, a fluid sensor with a control line, and a hydraulic actuator controlling a control valve, characterized in that an equalizing line is connected to the downcomer (3). (21) provided with resistors, there is no immediate change in the stroke of the interconnected piston assembly 501, the piston rod 503 and the control valve 6 connected thereto when the pressure in the upper cylindrical space 512 is lowered. The change in stroke of the described assembly occurs only when the force the resultant between the force exerted by the compressed spring 502 and the force corresponding to the pressure difference in the lower cylindrical space 511 and the upper cylindrical space 512 of the hydraulic actuator 5, the frictional force corresponding to the passive resistances. In this case, the stroke of the control valve 6 will suddenly change, its hydraulic resistance will decrease, and with the delay corresponding to the dynamics of the connecting line 61, the flow through this line 61 will increase. 4 and with a delay that corresponds to the dynamics of the correction coupling line 22; The sensing tank 2 is emptied and at the same time the capacity of the downcomer 3 is drained substantially more slowly. The drop in the level in the sensing tank 2 and in the fluid sensor 1 will increase the output pressure signal from the fluidized sensor 1 and separator 14. 512; by adjusting the stroke of the actuator 5 it corrects the overlap of the control valve 6 and the condensate discharge from the controlled system.

By incorporating the hydraulic correction coupling into the closed fluid-hydraulic control loop system, a very substantial increase in the stability of the control process, a reduction in the over-regulation time and a reduction in the hydraulic power can be achieved. By changing the hydraulic resistance setting of the setpoint level valve, it is possible to easily change the setpoint level over a very wide range even during plant operation.

OF THE INVENTION a discharge valve (210) and opening into the top of the sensing tank (2) to which a correction coupling line (22) is provided, provided with a valve (220) of a desired level associated with the inlet space (41) of the venturi nozzle (4) which is interposed between the downcomer (3) and the control valve (6).