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1、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。流流体体输输送送设设备备控控制制系系统统的的任任务务主主要要是是对对流流体体的的流流量和压力进行控制。量和压力进行控制。流流量量控控制制的的特特点点是是：惯惯性性小小，有有量量测
2、测噪噪声声，一一般般不允许有余差。不允许有余差。一一般般对对策策：采采用用PI控控制制，大大比比例例度度，小小积积分分时时间间，不不加加微微分分作作用用，注注意意减减小小测测量量环环节节和和执执行行环环节节的的滞后。滞后。4.1 泵的常规控制泵的常规控制按泵按泵(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
3、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：排出流量排出流量排出流量排出流量QQ 管路管路管路管路总阻总阻总阻总阻力力力力 H HL 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(pipeline)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
4、量排出流量排出流量排出流量QQ 压压压压头头头头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。排出流量排出流量排出流量排出流量QQ 压压压压头头头头HHFTFC 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
5、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。排出流量排出流量排出流量排出流量QQ 压压压压头头头头HHFTFC 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。排出流量排出流量排出流量排出流量QQ 压压压压头头头头HHFTFC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 pump)和和柱塞泵柱塞泵(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
6、；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。排出流量排出流量排出流量排出流量QQ 压压压压头头头头HH4.2 压缩机压缩机(compressor)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
7、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
8、 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 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
9、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
10、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
11、，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
12、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
13、泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此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。气蚀现象气蚀现象气蚀现象气蚀现象: :离离离离心心心心泵泵泵泵运运运运转转转转时时时时，液液液液体体体体压压压压力力力力沿沿沿沿着着着着泵泵泵泵入入入入口口口口到到到到叶叶叶叶轮轮轮轮入入入入口口口口而而而而下
14、下下下降降降降，在在在在叶叶叶叶片片片片入入入入口口口口附附附附近近近近的的的的KK点点点点上上上上，液液液液体体体体压压压压力力力力p pKK最最最最低低低低。此此此此后后后后由由由由于于于于叶叶叶叶轮轮轮轮对对对对液液液液体体体体作作作作功功功功，液液液液体体体体压压压压力力力力很很很很快快快快上上上上升升升升。当当当当叶叶叶叶轮轮轮轮叶叶叶叶片片片片入入入入口口口口附附附附近近近近的的的的压压压压力力力力p pKK小小小小于于于于液液液液体体体体输输输输送送送送温温温温度度度度下下下下的的的的饱饱饱饱和和和和蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽压压压压力力力力p pv v时时时时，液液液液体体体体就就就就汽
15、汽汽汽化化化化。同同同同时时时时，使使使使溶溶溶溶解解解解在在在在液液液液体体体体内内内内的的的的气气气气体体体体逸逸逸逸出出出出。它它它它们们们们形形形形成成成成许许许许多多多多汽汽汽汽泡泡泡泡。当当当当汽汽汽汽泡泡泡泡随随随随液液液液体体体体流流流流到到到到叶叶叶叶道道道道内内内内压压压压力力力力较较较较高高高高处处处处时时时时，外外外外面面面面的的的的液液液液体体体体压压压压力力力力高高高高于于于于汽汽汽汽泡泡泡泡内内内内的的的的汽汽汽汽化化化化压压压压力力力力，则则则则汽汽汽汽泡泡泡泡又又又又重重重重新新新新凝凝凝凝结结结结溃溃溃溃灭灭灭灭形形形形成成成成空空空空穴穴穴穴，瞬瞬瞬瞬间间
16、间间内内内内周周周周围围围围的的的的液液液液体体体体以以以以极极极极高高高高的的的的速速速速度度度度向向向向空空空空穴穴穴穴冲冲冲冲来来来来，造造造造成成成成液液液液体体体体互互互互相相相相撞撞撞撞击击击击，使使使使局局局局部部部部的的的的压压压压力力力力骤骤骤骤然然然然增增增增加加加加( (有有有有的的的的可可可可达达达达数数数数百百百百个个个个大大大大气气气气压压压压) )。这这这这样样样样，不不不不仅仅仅仅阻阻阻阻碍碍碍碍液液液液体体体体正正正正常常常常流流流流动动动动，尤尤尤尤为为为为严严严严重重重重的的的的是是是是，如如如如果果果果这这这这些些些些汽汽汽汽泡泡泡泡在在在在叶叶叶叶轮轮
17、轮轮壁壁壁壁面面面面附附附附近近近近溃溃溃溃灭灭灭灭，则则则则液液液液体体体体就就就就像像像像无无无无数数数数个个个个小小小小弹弹弹弹头头头头一一一一样样样样，连连连连续续续续地地地地打打打打击击击击金金金金属属属属表表表表面面面面。于于于于是是是是金金金金属属属属表表表表面面面面因因因因冲冲冲冲击击击击疲疲疲疲劳劳劳劳而而而而剥剥剥剥裂裂裂裂。加加加加速速速速了了了了金金金金属属属属剥剥剥剥蚀蚀蚀蚀的的的的破破破破坏坏坏坏速速速速度度度度。上上上上述述述述这这这这种种种种液液液液体体体体汽汽汽汽化化化化、凝凝凝凝结结结结、冲冲冲冲击击击击、形形形形成成成成高高高高压压压压、高高高高温温温温、高高高高频频频频冲冲冲冲击击击击负负负负荷荷荷荷，造造造造成成成成金金金金属属属属材材材材料料料料的的的的机机机机械械械械剥剥剥剥裂裂裂裂与与与与电电电电化化化化学学学学腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀破破破破坏坏坏坏的的的的综综综综合合合合现现现现象象象象称称称称为气蚀。为气蚀。为气蚀。为气蚀。
