流体输送设备控制

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1、.第2篇过程控制工程•石油、化工等生产过程，是由一系列基本单元操作的设备和装置组成的生产线来完成的。•单元操作主要有：流体输送、传热、传质和化学反应等。•本篇主要介绍各典型单元操作的控制：典型单元操作的背景、控制的需要、动静态特性的分析、整体控制方案的确定。•单元操作中的控制方案设置主要考虑的四个方面：物料平衡控制、能量平衡控制、质量控制、约束条件控制。第10章流体输送设备的控制10.1概述•流体：输送的物料流和能量流。流体分为液体、气体。•流体输送设备：用于输送流体和提高流体压头的机械设备。流体输送设备分：泵（输送液体和提高

2、其压头的机械）、风机和压缩机（输送气体并提高其压力的机械）。•对流体输送设备的控制主要保证物料平衡的流量和压力控制。•离心式压缩机的防喘振控制是保护设备安全的约束控制。由于流体输送设备的控制主要是保证物料平衡的流量控制，因此流量控制系统中的有关问题再作简要叙述：1、流量控制对象的被控变量和操纵变量是同一物料的流量，因此控制通道的时间常数很小，基本上是放大倍数接近1的放大环节。所以广义对象特性中测量变送及控制阀的惯性滞后不能忽略，各环节的时间常数在数量级上相同且数值不大，组成的控制系统可控性较差、频率较高。为此控制器的比例度必须

3、放得大些，可引入积分作用消除余差。控制阀一般不安装阀门定位器，以免造成振荡。2、流量测量常用节流装置，由于流体通过节流装置时喘动加大，使被控变量的信号常有脉动情况出现，并伴有高频噪声。所以应考虑对信号的滤波，在控制系统中也不能引入微分作用。工程上有时还在变送器与控制器之间接入反微分器（相当于惯性环节），以提高系统的控制质量。3、流量系统的广义对象静态特性的非线性问题。4、对于流量信号的测量精度要求，一般除直接作为经济核算外，无需过高，只要稳定，变差小就行。10.2泵和压缩机的控制泵可分为离心泵和容积式泵两大类。一、离心泵的控制

4、方案1、离心泵工作原理离心泵主要由叶轮和机壳组成，叶轮在原动机带动下作高速旋转运动，离心泵的出口压力由旋转叶轮作用于液体而产生离心力，转速越高，离心力越大，压头也越高。2、离心泵特性由于离心泵的叶轮和机壳之间存在空隙，泵的出口阀全闭，液体在泵体内循环，泵的排量为零，压头最大；随着出口阀的逐步开启，排出量随之增大，出口压力将慢慢下降。泵的压头H，排量Q和转速n之间的函数关系:H=R1n2–R2Q2......hvhfhLp1p2排出量Q→↑压头Hn1n2n3n4aa’HL=hp+hL+hf+hv3、管路特性项阻力：1)管路两端的

5、静压差引起的压头hp；2)管路两端的静压柱高度hL；3)管路中的摩擦损失压头hf；排出量Q→↑压头HLhvhfhLhpHHLC4)控制阀两端节流损失压头hv管路特性曲线当系统达到稳定工作状态时，泵的压头H必然等于HL，这是建立平衡得条件。左图中泵的特性曲线与管路特性曲线的交点C，即是泵的平衡工作点。排出量Q→↑压头HHL1C3C2C1HL2HL3工作点C的流量应符合工艺预定的要求，可以通过改变hv或其它手段来满足这一要求，这是离心泵的压力（流量）的控制方案的主要依据。4、离心泵的控制方案1）直接节流法......FC注意：直接

6、节流法的控制阀应安装在泵的出口管道上，而不能装在泵的吸入管道上。否则会出现“气缚”及“气蚀”现象。•控制阀一般宜装在检测元件（如孔板）的下游，这样将对保证测量精度有好处。•直接节流法的优点是简单易行。但在小流量时总的机械效率较低。一般不宜用在流量低于正常排量的30%的场合。2）改变泵的转速n改变泵转速的方法有两类：一类是调节原动机的转速：以汽轮机为原动机时可调节蒸汽流量或导向叶片的角度；若以电动机作原动机时，采用变频调速等装置。另一类是原动机与泵之间的联轴调速结构上改变转速比来控制转速。排出量Q→↑压头Hn1n2n3n4aa’

7、FC调转速原动机采用这种方法，管道上无需装控制阀，减少了阻力损耗，泵的机械效率得以提高。然而，调速装置的设备费比较高，故这种方式多应用于大功率、重要的泵装置上。3）改变旁路回流量......FC采用这种控制方式，必然有一部分能量损耗在旁路管道和控制阀上，所以泵的机械效率也是比较低的。但它具有采用小口径控制阀的优点。二、容积式泵的控制方案•容积式泵有两类：一类是往复泵；另一类是直接位移旋转泵。•它们有共同的结构特点：泵的运动部件与机壳之间的空隙很小，液体不能在缝隙中流动，所以泵的排量大小与管路系统基本无关。•往复泵流量只取决于单

8、位时间内的往复次数及冲程的大小；•旋转泵流量仅取决于转速。由于这类泵的排量与管路阻力基本无关，故绝不可在出口处安装控制阀来控制流量，一旦出口阀关死，将造成泵损、机毁的危险。容积式泵常用的控制方案：①改变原动机的转速；②改变往复泵的冲程；③调节回流量。④采用旁路调节来控制出口压