第十五章-流體輸送設(shè)備的控制

過程控制系統(tǒng)及工程信息學(xué)院自動化系：孫洪程

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流體輸送設(shè)備的控制15.1流體輸送設(shè)備的控制15.2泵和壓縮機的控制15.3離心式壓縮機的防喘振控制第15章教學(xué)進(jìn)程15.1概述

流體：液體或氣體液體傳送——泵，氣體傳送——風(fēng)機或壓縮機

控制目標(biāo)：流量、壓力控制，安全保護(hù)控制15.2泵和壓縮機的控制離心泵的控制15.2.1

離心泵的葉輪在電動機的帶動下做高速旋轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生離心力。泵速越高，離心力越大，出口壓頭越高。出口流量增大，出口壓力降低。離心泵特性公式：■性能

流量Q140~1800m3/h

揚程H9~125m

進(jìn)口直徑150~600mm

15.2泵和壓縮機的控制離心泵的控制15.2.1離心泵特性曲線另外，管路系統(tǒng)的壓力也對泵的特性有影響a,壓頭Hn3n2n1n4排出量Q離心泵特性曲線a因此，可以通過hv或其他手段改變H壓力（流量）

離心泵的控制15.2.1管路阻力：（1）管路兩端的靜壓差hp（2）管路兩端的靜液柱高度，即升揚高度hL（3）管路的摩擦損失hf（4）控制閥兩端的節(jié)流損失hv管路總壓力阻力HL=hp+hL+hf+hv系統(tǒng)穩(wěn)定工作時則有泵壓頭等于管路總壓頭：H=HL=hp+hL+hf+hvp2HLhvhvH壓頭HLhLChfhfp1hLhp排出量Q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。

(b)控制方案FC離心泵的控制15.2.1（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(a)流量特性

HQHL1

HL2

C1

HL3

C3C2

離心泵的控制15.2.1“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(dá)出口，受壓縮重新凝聚成液體，對泵內(nèi)機件產(chǎn)生沖擊●優(yōu)點：調(diào)解方便●缺點：機械效率低（消耗在閥上）●場合：常用，排量小于正常排量的30%時要調(diào)整FC調(diào)轉(zhuǎn)速原動機HLn3

n2

n1

H

Q(a)流量特性(b)控制方案離心泵的控制15.2.1（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)流量控制離心泵的控制15.2.1●優(yōu)點：機械效率高，節(jié)能●缺點：調(diào)速復(fù)雜（離心泵較多時使用）●場合：少用，用于大功率的離心泵（3）改改變旁路路回流離心泵的的控制15.2.1FC●優(yōu)點：控制閥口徑，調(diào)節(jié)方便●缺點：回路，能量消耗大（未充分使用）●場合：有一定使用容積式泵泵的控制制方案15.2.2不能采用用節(jié)流方方法控制制n1n2n3排出量QH壓頭往復(fù)泵：：活塞式式、柱塞塞式旋轉(zhuǎn)泵：：齒輪式式、螺桿桿式排量的大大小與管管路的阻阻力無關(guān)關(guān)，只取決于于泵的沖沖程及往往復(fù)頻率率常見的控控制方案案：（1）變變頻調(diào)調(diào)速（2）旁旁路法法容積式泵泵的控制制方案15.2.2壓縮機的的控制方方案15.2.3需要保證證運行的的安全性，如““喘振””、功率率大、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速快氣體增壓壓及輸送送設(shè)備離心式、、往復(fù)式式離心式應(yīng)應(yīng)用比較較多●優(yōu)點：●缺點：氣量大，，無脈動動（4）軸軸推力、、軸位移移及連鎖鎖保護(hù)控控制壓縮機的的控制方方案15.2.3主要自控控系統(tǒng)：：（1）氣氣量控制制：和離離心泵相相似（2）防防喘振控控制（3）油油路控制制：油溫溫、油壓壓聯(lián)鎖安安全保護(hù)（電電氣控制制）15.3離心式壓壓縮機的的防喘振振控制喘振現(xiàn)象象及原因因15.3.1離心式壓壓縮機的的負(fù)荷低低于一定定的值后后，氣體體的正常常輸送被被破壞，，氣量乎乎多忽少少，發(fā)生生強烈振振蕩———“氣喘喘”聲音音，嚴(yán)重重破壞機機器設(shè)備備。T點對應(yīng)應(yīng)的流量量——極限流量量喘振現(xiàn)象象及原因因15.3.1p2/plp2/pl～QM1MTQMQ圖離離心式式壓縮機機工作曲曲線喘振產(chǎn)生生的原因因：T點右惻惻，穩(wěn)定定工作區(qū)區(qū)P2/P1↓Q↑P2/P1↑T點左惻，不不穩(wěn)定工作區(qū)區(qū)P2/P1↓↓Q↓P2/P1↓↓喘振區(qū)產(chǎn)生喘振的直直接原因是負(fù)負(fù)荷的下降QQp1Qp2Qp3

p2/p1

n1

n2n3喘振區(qū)

喘振現(xiàn)象及原原因15.3.1不同的轉(zhuǎn)速，，離心泵的極極限流量也不不一樣（1）

氣體體吸入狀態(tài)的的改變管路特性

喘振線

T1M1p1p2/p1

Q喘振現(xiàn)象及原原因15.3.1另外，有些工工藝原因也可可以導(dǎo)致喘振振（2）

管路路阻力的變化化阻力

p2/p1

Q喘振現(xiàn)象及原原因15.3.1防喘振控制系系統(tǒng)15.3.2方法：部分回流，既既滿足工藝要要求，又使Q1>Qp控制喘振：限制壓縮機流流量不小于極極限流量Q1>Qp，Q1>Qp，，旁路閥關(guān)死死Q1<Qp，，旁路閥打開開，部分出口氣體體返回到入口，使Q1>Qp此種方案中，，Qp是固定定值，正確選擇擇Qp值是關(guān)關(guān)鍵.選擇最大轉(zhuǎn)速速下的Qp作作為FC的設(shè)設(shè)定值，（1）固定極極限流量排出循環(huán)壓縮機吸入FC防喘振控制系系統(tǒng)15.3.2（2）

可變變極限流量幾種常見的操操作線方程防喘振控制系系統(tǒng)15.3.2設(shè)置極限流量量隨轉(zhuǎn)速而變變關(guān)鍵：確定壓壓縮機的喘振振極限線方程p2/p1Q2（2）

可變變極限流量出入口壓力與與入口流量的的關(guān)系不同形式的變變換，組成防防喘振控制系系統(tǒng)。P2+p2-ap1

∑

×r/bk2p1-

Δplr（p2-ap1）/bk2FC防喘振控制系系統(tǒng)15.3.2（2））可可變極極限流流量出入口口壓力力與入入口流流量的的關(guān)系系不同形形式的的變換換，組組成防防喘振振控制制系統(tǒng)統(tǒng)。防喘振振控制制系統(tǒng)統(tǒng)15.3.2p2+

∑

p1–r/bK2Δplp2-ap1

÷

FC（2））可可變極極限流流量出入口口壓力力與入入口流流量的的關(guān)系系不同形形式的的變換換，組組成防防喘振振控制制系統(tǒng)統(tǒng)。p2

×r/bK2

Δp1

p2r/bK2

FC防喘振振控制制系統(tǒng)統(tǒng)15.3.2壓縮機機串、、并聯(lián)聯(lián)運行行及防防喘振振控制制15.3.3通過一一個LS，，不不論哪哪個壓壓縮機機出現(xiàn)現(xiàn)喘振振，都都可以以把旁旁路閥閥打開開，以以防止止喘振振。圖