流体输送设备的控制教学PPT.ppt

第十五章第十五章 流体输送设备的控制流体输送设备的控制 预备知识：预备知识： 流体输送设备输送流体输送设备输送物料流物料流和和能量流能量流。 物料流和能量流统称为物料流和能量流统称为流体流体。 流体主要分为液体和气体，有时也指粉状固体。流体主要分为液体和气体，有时也指粉状固体。 输送液体和提高其压力的设备称为输送液体和提高其压力的设备称为泵泵。 输送气体和提高其压力的设备称为输送气体和提高其压力的设备称为风机风机和和压缩机压缩机。 流体输送设备控制系统的任务主要是对流体的流量流体输送设备控制系统的任务主要是对流体的流量 和压力进行控制。和压力进行控制。 流量控制的特点是：惯性小，有量测噪声，一般不流量控制的特点是：惯性小，有量测噪声，一般不 允许有余差。允许有余差。 一般对策：采用一般对策：采用pipi控制，大比例度，小积分时间，控制，大比例度，小积分时间， 不加微分作用，注意减小测量环节和执行环节的滞不加微分作用，注意减小测量环节和执行环节的滞 后。后。 4.1 4.1 泵的常规控制泵的常规控制 按泵按泵(pump)(pump)的特性分为离心的特性分为离心 泵和容积泵泵和容积泵（displacement pumpdisplacement pump） 两大类。两大类。 一一. . 离心泵的控制方案离心泵的控制方案 离心泵离心泵工作原理及特点工作原理及特点 管路特性：管路特性： 静压差压头静压差压头 静液柱压头静液柱压头 管路液体摩擦损失压头管路液体摩擦损失压头 调节阀节流损失压头调节阀节流损失压头 管路总阻力：管路总阻力： 排出流量排出流量qq 管管 路路 总总 阻阻 力力 h h l l 离心泵离心泵( (centrifugal pumpcentrifugal pump) )特性曲线特性曲线( (characteristiccharacteristic) )： 泵的作用是克服管路压头，泵的作用是克服管路压头， 因此稳定时：因此稳定时： 即管路即管路( (pipelinepipeline) )特性与泵特性曲线有交点。特性与泵特性曲线有交点。 交点就是工作点。交点就是工作点。 控制就是改变工作点。控制就是改变工作点。 改变管路特性。改变管路特性。 改变泵的转速。改变泵的转速。 排出流量排出流量qq 压压 头头 hh 离心泵的控制方案离心泵的控制方案 直接节流法直接节流法 改变与泵串联的阀的开度，即改变与泵串联的阀的开度，即 改变改变 改变了管路流量特性。改变了管路流量特性。 特点：特点： 简单，但是小流量时简单，但是小流量时 机械效率低。机械效率低。 注意：注意： 调节阀安装在泵出调节阀安装在泵出 口管线，否则引起口管线，否则引起 气缚现象气缚现象和和气蚀现象气蚀现象。 排出流量排出流量qq 压压 头头 hh ft fc 调速法调速法 改变泵的转速，即改变泵的特性曲线。改变泵的转速，即改变泵的特性曲线。 改变原动机转速；改变原动机转速； 泵与原动机之间设置调速机构。泵与原动机之间设置调速机构。 特点：特点： 设备费用高，设备费用高， 机械效率高。机械效率高。 排出流量排出流量qq 压压 头头 hh ft fc 旁路法旁路法 改变泵的旁路流量，也是改变管路特性。改变泵的旁路流量，也是改变管路特性。 特点：特点： 机械效率低。机械效率低。 目前使用较少。目前使用较少。 排出流量排出流量qq 压压 头头 hh ft fc 二二. . 容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案 常见有常见有齿轮泵齿轮泵( (gear wheel pumpgear wheel pump) )和和 柱塞泵柱塞泵(ram-(type) pump)(ram-(type) pump) 容积式泵的特点容积式泵的特点 泵的排量与管路特性无关，只与转速或冲程有关；泵的排量与管路特性无关，只与转速或冲程有关； 出口不能关死，不能采用直接节流法。出口不能关死，不能采用直接节流法。 特性曲线：特性曲线： 控制方式控制方式 改变原动机转速。改变原动机转速。 改变往复泵冲程。改变往复泵冲程。 改变旁路回流量。改变旁路回流量。 排出流量排出流量qq 压压 头头 hh 4.2 4.2 压缩机压缩机( (compressorcompressor) )的控制的控制 压缩机分为压缩机分为离心式离心式和和容积式容积式（displacement compressordisplacement compressor） 两大类。两大类。 一一. . 容积式压缩机的常规控制方案容积式压缩机的常规控制方案 一般控制方案与容积泵类似；一般控制方案与容积泵类似； 但是还可以采用吸入管节流法，因为气体有弹性。但是还可以采用吸入管节流法，因为气体有弹性。 fcpt 二二. . 离心式压缩机离心式压缩机( (centrifugal-flow compressorcentrifugal-flow compressor) ) 的控制的控制 大型离心式压缩机需要设立以下自控系统：大型离心式压缩机需要设立以下自控系统： 负荷控制：与离心泵类似，有负荷控制：与离心泵类似，有 直接节流法；直接节流法； 改变转速；改变转速； 改变旁路流量。改变旁路流量。 压缩机防喘振控制。压缩机防喘振控制。 ( (antisurge compressor control systems) ) 压缩机的油路控制。压缩机的油路控制。 压缩机的主轴推力、位移及振动的指示与连锁压缩机的主轴推力、位移及振动的指示与连锁 保护。保护。 4.3 4.3 离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制 一一. . 喘振现象及原因喘振现象及原因 喘振现象：负荷低于某一值时，排气量忽多忽喘振现象：负荷低于某一值时，排气量忽多忽 少，发生周期性剧烈振动。少，发生周期性剧烈振动。 危害：损坏设备，严重时可产生飞轴事故。危害：损坏设备，严重时可产生飞轴事故。 产生原因产生原因 凸型特性曲线；凸型特性曲线； 极值点左测不稳定区；极值点左测不稳定区； 极值点右测稳定区；极值点右测稳定区； 当负荷下降至不稳定区时，当负荷下降至不稳定区时， 引起喘振现象。引起喘振现象。 直接原因是负荷小于极限流量直接原因是负荷小于极限流量 各种转速下的极限流量点连接起来，得到的曲线叫各种转速下的极限流量点连接起来，得到的曲线叫 喘振极限线。喘振极限线。 防喘振控制思路：任何转速下，都要防止通过压缩防喘振控制思路：任何转速下，都要防止通过压缩 机的实际流量不小于极限流量。机的实际流量不小于极限流量。 采用方法：循环流量法。采用方法：循环流量法。 二二. . 防喘振控制系统防喘振控制系统 固定极限流量防喘振控制固定极限流量防喘振控制 此方案的关键是：此方案的关键是： 正确设定流量控制器的设定值。正确设定流量控制器的设定值。 一般是用于转速变化不大的场合。一般是用于转速变化不大的场合。 当转速变化大时，应按最大转速当转速变化大时，应按最大转速 设置流量控制器的设定值。设置流量控制器的设定值。 fcft 可变极限流量防喘振控制可变极限流量防喘振控制 流量控制器的设定值可根据压缩机转速自动调整。流量控制器的设定值可根据压缩机转速自动调整。 一般是用于转速变化大的场合。一般是用于转速变化大的场合。 这种方法的关键是建立喘振这种方法的关键是建立喘振 极限线方程，再在其右边建极限线方程，再在其右边建 立一条安全操作线，流量控立一条安全操作线，流量控 制器的设定值按此操作线变制器的设定值按此操作线变 化。化。 安全操作线方程安全操作线方程 一般由厂家提供，常用形式：一般由厂家提供，常用形式： 分别为吸入口、排出口的绝对压力。分别为吸入口、排出口的绝对压力。 吸入口气体的体积流量。吸入口气体的体积流量。 吸入口气体的绝对温度。吸入口气体的绝对温度。 实现安全操作线数学方程运算实现安全操作线数学方程运算 用计算机实现用计算机实现 将相关变量采集到计算机中计算，计算结果送给流将相关变量采集到计算机中计算，计算结果送给流 量控制器作为给定值。量控制器作为给定值。 用仪表实现用仪表实现 一般采用差压法测流量，差压变送器输出为一般采用差压法测流量，差压变送器输出为 气体密度气体密度 上式为差压法测入口流量时的安全操作线方程。上式为差压法测入口流量时的安全操作线方程。 对操作线方程进行对操作线方程进行 其它变换，可以得其它变换，可以得 到其它的实现方案。到其它的实现方案。 fc 当入口压力较低时，入口流量不可测，需测出口流当入口压力较低时，入口流量不可测，需测出口流 量。两者质量流量相等。量。两者质量流量相等。 为简化，可设为简化，可设 一般一般 为常值，可不用实时测量温度。为常值，可不用实时测量温度。 fc 气缚现象气缚现象: : 当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小 得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面上方与得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面上方与 泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内 ，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体， 此种现象称为此种现象称为“ “气缚现象气缚现象” ”。 为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一 带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，滤网的作用是防带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，滤网的作用是防 止固体物质进入泵内损坏叶轮或防碍泵的正常操作止固体物质进入泵内损坏叶轮或防碍泵的正常操作 。 气蚀现象气蚀现象: : 离心泵运转时，液体压力沿着泵入口到叶轮入口而下降，离心泵运转时，液体压力沿着泵入口到叶轮入口而下降， 在叶片入口附近的在叶片入口附近的kk点上，液体压力点上，液体压力p pk k最低。此后由于叶 最低。此后由于叶 轮对液体作功，液体压力很快上升。当叶轮叶片入口附近轮对液体作功，液体压力很快上升。当叶轮叶片入口附近 的压力的压力p pk k小于液体输送温度下的饱和蒸汽压力 小于液体输送温度下的饱和蒸汽压力p p v v 时，液体时，液体 就汽化。同时，使溶解在液体内的气体逸出。它们形成许就汽化。同时，使溶解在液体内的气体逸出。它们形成许 多汽泡。当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的多汽泡。当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的 液体压力高于汽泡内的汽化压力，则汽泡又重新凝结溃灭液体压力高于汽泡内的汽化压力，则汽泡又重新凝结溃灭 形成空穴，瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来，形成空穴，瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来， 造成液体互相撞击，使局部的压力骤然增加造成液体互相撞击，使局部的压力骤然增加( (有的可达数有的可达数 百个大气压百个大气压) )。这样，不仅阻碍液体正常流动，尤为严重。这样，不仅阻碍液体正常流动，尤为严重 的是，如果这些汽泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无的