1、1,過程控制系統(tǒng)及工程,第10章 流體輸送設備的控制,2,流體輸送設備的控制,10.1 泵的常規(guī)控制 10.2 壓縮機的常規(guī)控制 10.3 離心式壓縮機的防喘振控制,第10章,教學進程,3,泵和壓縮機是生產(chǎn)過程用來輸送流體或者提高流體壓頭的一種重要的機械設備。,流體輸送設備自動控制的主要目的：,一是為保證工藝流程所要求的流量和壓力,二是為確保機泵本身的安全運轉(zhuǎn),10.1,概述,液體傳送泵 氣體傳送風機或壓縮機,4,一、離心泵的控制,離心泵的工作原理是將機械能通過泵體內(nèi)作高速旋轉(zhuǎn)的葉片給液體以動能，再由動能轉(zhuǎn)換成靜壓能, 然后排出泵外。,由于離心力的作用, 使葉輪通道內(nèi)的液體被排出時, 葉輪進口

2、處在負壓情況之下, 液體即被吸進。,1工作特性,1)機械特性對于一個離心泵，其壓頭H和流量Q及轉(zhuǎn)速n之間的關系，稱為泵的機械恃性，以經(jīng)驗公式表示則為：,R1 、 R2 比例系數(shù)。,離心泵的控制,10.1.1,5,特性曲線,隨著離心泵出口閥的開啟，排出量就逐漸增大，使壓頭逐漸下降。,如果將泵的出口閥完全關閉，由于葉輪與機殼有空隙，液體可在泵體內(nèi)打循環(huán)，此時排出量Q =0，壓頭H達某一最高值，但不等于。,依據(jù)這一原理，可用出口閥的開度變化來控制泵的出口流量。,離心泵的控制,10.1.1,6,當然在泵運轉(zhuǎn)過程中，不宜長期關閉出口閥門。,因為此時液體在泵內(nèi)打循環(huán)，其排量為零，泵所作的功將轉(zhuǎn)化為熱能，使

3、泵內(nèi)液體發(fā)熱升溫。,2)管路特性,管路系統(tǒng)中流體流量與管路系統(tǒng)阻力之間的關系。,考慮管網(wǎng)特性一一管網(wǎng)中流體和管網(wǎng)中阻力的關系:,管路兩端靜壓差相應的壓頭hp,將液體提升一定高度所需的壓頭hL,管路摩擦損耗壓頭hf,控制閥兩端壓頭hv,離心泵的控制,10.1.1,7,管路特性:,當流量系統(tǒng)達到穩(wěn)定時，泵的特性曲線與管路特性曲線的交點，就是離心泵的工作點。,因此，可以通過hv或其他手段改變H壓力（流量）,管路總壓力阻力,HL=hp+hL+hf+hv,系統(tǒng)穩(wěn)定工作： H = HL,離心泵的控制,10.1.1,8,注意，控制閥一定要裝在閥的出口位置，否則會出現(xiàn)“氣縛”和“氣蝕”現(xiàn)象，對離心泵產(chǎn)生損壞。

4、,（1）直接節(jié)流法,改變直接節(jié)流閥的開度，改變平衡工作點的位置C,2離心泵的控制方案,離心泵的控制,10.1.1,9,離心泵的控制,10.1.1,“氣縛”hv使得入口壓力下降，使液體部分汽化， 使泵的出口壓力下降，排量降至零,“氣蝕”hv使得部分汽化的氣體到達出口，受壓縮重新 凝聚成液體，對泵內(nèi)機件產(chǎn)生沖擊,10,(b)控制方案,離心泵的控制,10.1.1,（2）改變泵的轉(zhuǎn)速,通過改變泵的轉(zhuǎn)速改變工作點,目前主要通過變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速,變頻器近年發(fā)展比較快，功能、可靠性大大提高，價格下降。,此方法也可以取代控制閥，實現(xiàn)流量控制,11,離心泵的控制,10.1.1,12,（3）改變旁路回流,離心

5、泵的控制,10.1.1,13,往復泵及直接旋轉(zhuǎn)泵它們均是正位移形式的容積泵，是常見的流體輸送設備，多用于流量較小、壓頭要求較高的場合。,往復泵提供的理論流量可按下式計算：,Q理論流量, 單位m 3/h；n每分鐘的往復次數(shù)；F汽缸的截面積，單位m 2；S活塞沖程，單位m。,不能在出口管線上安裝控制閥控制流量，否則，一旦閥門關閉，泵容易損壞。,Q =60n FS （m 3/h ）,容積式泵的控制,10.1.2,結(jié)構(gòu)特點：運動部件和機殼之間的空隙很小，液體不能在縫隙中流動。,14,1改變回流量,改變旁路控制閥的開度大小來改變回流量的大小，達到穩(wěn)定出口流量的目的。,這種利用旁路返回來控制流量，雖然消耗

6、功率較大，但由于控制方案簡單所以應用較廣。,15,2改變原動力機的轉(zhuǎn)速,當原動力機用蒸汽機或汽輪機驅(qū)動，只要改變蒸汽量便可控制轉(zhuǎn)速，從而控制往復泵的出口流量。,如果泵是由電動機帶動時，可直接對電動機進行調(diào)速，或在電動機和泵的聯(lián)接變速機構(gòu)上進行控制。,計量泵常用改變沖程來進行流量控制。沖程的調(diào)整可在停泵時進行，也有可在運轉(zhuǎn)狀態(tài)下進行。,3改變往復泵的沖程,16,壓縮機的控制方案,10.2,需要保證運行的安全 性，如“喘振”、功率大、轉(zhuǎn)速快,氣體增壓及輸送設備,離心式、往復式,離心式應用比較多,優(yōu)點：,缺點：,17,（4）軸推力、軸位移及連鎖保護控制,壓縮機的控制方案,10.2,主要自控系統(tǒng)：,（

7、1）氣量控制：和離心泵相似,（2）防喘振控制,（3）油路控制：油溫、油壓聯(lián)鎖安全 保護（電氣控制）,18,1離心式壓縮機特性曲線與喘振,離心式壓縮機的特性曲線是指壓縮機的出口壓力與入口壓力之比與進口體積流量之間的關系曲線，其中壓縮比是指絕對壓力之比。,其特性曲線隨著轉(zhuǎn)速不同而上下移動，組成一組特性曲線。,離心式壓縮機的防喘振控制,10.3,19,而且每一條特性曲線都有一個最高點，如把各條曲線最高點連接起來得到一條表征產(chǎn)生喘振的極限曲線,圖中虛線的左側(cè)是不穩(wěn)定區(qū)，稱為喘振（或飛動）區(qū)，在虛線的右側(cè)則為正常運行區(qū)。,右圖是一條在某一固定轉(zhuǎn)速n下的特性曲線。QB是對應于最大壓縮比（P2/P1）B情況

8、下的體積流量，它是壓縮機能否穩(wěn)定操作的分界點。,20,T點對應的流量極限流量,喘振現(xiàn)象及原因,15.3.1,p2/pl,p2/plQ,M1,M,T,QM Q,圖 離心式壓縮機工作曲線,喘振產(chǎn)生的原因：,T點右惻，穩(wěn)定工作區(qū),P2/P1,Q,P2/P1,T點左惻，不穩(wěn)定工作區(qū),P2/P1 ,Q,P2/P1,喘振區(qū),21,產(chǎn)生喘振的直接原因是負荷的下降,喘振現(xiàn)象及原因,15.3.1,不同的轉(zhuǎn)速，離心泵的極限流量也不一樣,22,由于壓縮機在繼續(xù)運轉(zhuǎn)，此時壓縮機又開始向管網(wǎng)中送氣，流量增加，工作點由c變到D，D點對應流量QD大于QA,超過要求負荷量，系統(tǒng)壓力被逼高，如壓縮機工作點不能在A點穩(wěn)定下來，就

9、會不斷地重復上述循環(huán)，使工作點由A B C D A 反復迅速地突變，好象工作點在飛動，故對這種現(xiàn)象稱作壓縮機的飛動。習慣上又稱它為喘振。,當壓縮機正常運行工作點A，由于某種原因壓縮機減低負荷時，即QBQA，于是壓縮機的工作點將由A至B，如果負荷繼續(xù)降低，則壓縮比將下降，出口壓力應減小,可是與壓縮機相連接的管路中氣體并不同時下降，其壓力在這一瞬間不變，這時管網(wǎng)中的壓力反而大于壓縮機出口處壓力，氣體就會從管網(wǎng)中倒流向壓縮機，一直到管網(wǎng)中壓力下降到低于壓縮機出口壓力為止，工作點由B下降到C。,23,喘振是一種危險現(xiàn)象。喘振是離心壓縮機固有特性，每一臺都有它一定的喘振區(qū)。因此只能采取相應的防喘振控制方

10、案以防喘振的發(fā)生。,2防喘振控制方案,離心式壓縮機產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的主要原因是由于負荷降低，排氣量小于極限值而引起的，只要使壓縮機的吸氣量大于或等于該工況下的極限排氣量即可防止喘振。,工業(yè)生產(chǎn)上常用的控制方案有固定極限流量法和可變極限流量法兩種。,24,1)固定極限流量控制方案,在壓縮機及管網(wǎng)一定的條件下，設法使壓縮機運行永遠高于某一固定流量，使壓縮機避免進入喘振區(qū)運行。,取最大轉(zhuǎn)速下的極限流量作為控制器的給定值，正常操作時，旁路控制閥處于關閉的狀態(tài)。,當減小負荷時，控制器的測量值小于給定值，控制器輸出開始反向，而將旁路閥打開，使壓縮機的一部分氣體打循環(huán)，從而使控制器的測量值增加，直至與給定值相等。這樣，防止喘振現(xiàn)象的發(fā)生。,25,固定極限流量防喘振控制與流體輸送控制中旁路控制方案的區(qū)別,26,固定極限流量防喘振控制具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)可靠性高、投資少等優(yōu)點，但當轉(zhuǎn)速較低時，流量的安全余量較大，能量浪費較大。適用于固定轉(zhuǎn)速的離心壓縮機防喘振控制。,27,2)可變極限流量控制方案,由于不同的轉(zhuǎn)速下，壓縮機的喘振極限