第8章 生产过程控制

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1、第8章生产过程控制8.1流体输送设备控制一、流体输送设备概述流体：物料流和能量流。流体有液体和气体之分，通常固体物料也转化成流态的形式在管道中输送。流体输送设备：用于输送流体和提高其压头的机械设备。泵：输送液体并提高其压力的机械设备。风机和压缩机：输送气体并提高其压力的机械设备。（生产关键设备，主要能耗设备——约占总能耗的1/3）2二、流体输送设备的控制要求1、流量定值控制/压力控制：在工艺生产过程中，通常要求平稳生产，因此希望流体的输送量保持定值，这时就需要采用流量定值控制/压力控制系统来克服系统中扰动的影响。比值控制：当要求各种物料保持合适的比例，保证物料平衡，就需要采用比值控制

2、系统。串级控制：有时要求物料的流量和其他变量保持一定的函数关系，就采用以流量控制作用为副环的串级控制系统。（实现物料平衡，满足平稳生产）2、为保护输送设备安全的约束控制，如离心压缩机的“防喘振”控制。3三、被控对象的特点①对象的时间常数小、可控性较差如流量控制，被控变量和操纵变量是同一物料的流量。只是检测点和控制点的位置不同，因此被控对象是接近1:1的比例环节，时间常数很小。因此广义对象的特性必须考虑测量环节和控制阀的特性，测量环节和控制阀的时间常数很小，因此广义对象的时间常数较小，可控性较差，系统的工作频率高。一般不安装阀门定位器。因此进行控制器参数整定时，应取较大的比例度，为消除

3、余差引入积分作用，积分时间与对象时间常数应在相同的数量级上。4②测量信号伴有高频噪声流量测量常采用节流装置，流体通过节流装置，喘动加大，造成测量信号常常杂有高频噪声，影响控制品质，因此应对测量信号加以滤波，以减小调节阀的振动。通常在控制系统中不引入微分作用，因为微分作用对高频信号很敏感。③广义对象的静态特性存在着非线性应考虑选择调节阀的特性，通过调节阀的流量特性进行补偿，使广义对象的静特性近似为线性(原因是管道阻力5变化影响对象的特性)。四、离心泵的控制1、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，离心泵的出口压力是由旋转叶轮作用于液体而产生的离心力，转速

4、越高，离心力越大，压头也越高。叶轮与机壳之间有缝隙，将泵的出口阀关闭，液离心泵装置简图体就在泵内循环，其排出量为零，压1-叶轮；2-泵壳；3-泵轴；4-吸入管；5-底阀；6-压出管头最高。此时对泵所做的功都转化为热能，使泵内液体发热升温，所以泵在运转时，不宜长期关闭出口阀。随着排量逐渐增大，泵所能提供的压头会慢慢降低。62、离心泵特性↑a’泵的压头H和流量Q及转速n间压头的关系，称为泵的特性：HH=k1n2－k2Q2（经验公式）n4n3压头（扬程）：离心泵对单位重an2n1量液体所提供的能量（泵前后流排出量Q→离心泵的特性曲线体的静压差）。aa’—最高效率工作点轨迹k1、k2为比例系

5、数。n1>n2>n3>n473、管路特性管路系统中流体的流量与管路系统阻力的相互关系，称为管路特性。管路系统的阻力包括：将液体提升到一定高度所需的压头即升扬高度hL管路两端静压差引起的压头hP管路摩擦损失hf（与流量的平方值近似成比例关系）控制阀两端的压降hV（与流量的平方值近似成比例关系）8管路总阻力：HL=hL+hP+hf+hV称HL和Q的关系为管路特性。↑压HHL头Chv离心泵的工作点：HL当离心泵系统达到稳定工作状态hf时，泵的压头H必然等于系统的hL总阻力HL，这是建立平衡的条件。这时的平衡工作点从特性曲线上hp看是管路特性曲线和泵的特性曲排出量Q→线的交点（C点）。管路特

6、性曲线94、离心泵的控制方案控制目标：使离心泵的工作点C的流量满足工艺预定需求控制方案1：改变控制阀开度，直接节流控制原理：改变直接节流阀的开度，从而改变hV，造成管路特性变化，以达到控制目的。10FC调节过程：FT检测流量，通过FC调节阀的开度→改变hV→工作点，此时阀应该选择气关阀。方案特点：↑HL1HL2HL3压①实施简单；头C1C2H②但在流量小时，效率较低，能耗大。C3（小流量时对应小开度，此时泵所做的功大部分用来克服调节阀的压力损失及摩擦引起的压头损失。）排出量Q→11FC注意：①控制阀安装在泵的出口管线上若安装在入口管线处，由于阀两端压头的损失（hv的存在）造成泵的入口

7、压力过低，从而使部分液体汽化，造成泵的出口压力下降，排量降低甚至到零，离心泵的正常运行遭到破坏。（气缚）汽化所产生的气体在泵的排出端因受到压缩急剧地冷凝，12重新凝聚成液体，对机壳、叶轮产生冲击，甚至会损坏机壳和叶轮。（气蚀）FC②检测元件（孔板等）安装在控制阀的上游以减弱下游压力的波动产生的影响，有利于保证检测精度。③合理选择控制阀的尺寸控制阀的开度不应过大或过小。13控制方案2：改变泵的转速，调速控制原理：采用变频调速器改变泵的转速，以控制管道流量，从