流體傳送設(shè)備控制

1、流體輸送設(shè)備控制學(xué)號:班級：07自動化2班流體輸送設(shè)備控制在石油、化工生產(chǎn)過程中，因工藝的需要，常需要將流體由低處送至高處，由低壓設(shè)備送到高壓 設(shè)備，為了達到這些目的，必須對流體做功，以提高流體的能量，完成輸送任務(wù)。用于輸送流體和提 高流體壓頭的機械設(shè)備通稱為流體輸送設(shè)備。其中輸送液體和提高其壓力的機械稱為泵，而輸送氣體 并提高其壓力的機械稱為風機和壓縮機。由于流體輸送設(shè)備的控制主要是保證物料平衡的流量控制，因此流量控制系統(tǒng)中的一些特殊性和 需要注意的問題都會在此出現(xiàn)。為此，需要把流量控制中的有關(guān)問題再作簡要的敘述。首先流量控制對象的被控變量與控制變量是同一物料的流量，只是處于管路的不同位置，

2、因此控制通道的特性，由于時間常數(shù)很小，基本上是一個放大倍數(shù)接近1 1 的放大環(huán)節(jié)。于是廣義對象特性中測量變送及控制閥的慣性滯后不能忽略，使得對象、測量變送和控制閥的時間常數(shù)在數(shù)量級上相同且數(shù) 值不大，組成的控制系統(tǒng)可控性較差，且頻率較高，所以控制器的比例度必須放得大些。為了消除余 差，需引入積分作用。通常，積分時間在 0.10.1 分到數(shù)分鐘的數(shù)量級。同時，基于流量控制系統(tǒng)的這個特點，控制閥一般不裝閥門定位器，以免因閥門定位器引入所組成的串級副環(huán)，其震蕩頻率與主環(huán)頻率 相近而造成強烈震蕩。其次，流量信號的測量常用節(jié)流裝置，由于流體通過截流裝置時，喘動加大，使被控變量的信號 常有脈動情況出現(xiàn)，并

3、伴有高頻噪聲。為此在測量時應(yīng)考慮對信號的濾波，在控制系統(tǒng)中控制器不能 加入微分作用，避免將高頻噪聲放大而影響系統(tǒng)的平穩(wěn)工作，常采用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律。在工程上， 有時還在變送器與控制器之間接入反微分器，以提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。此外，還需要注意的是：流量系統(tǒng)的廣義對象的靜態(tài)特性呈現(xiàn)非線性特性，尤其是采用節(jié)流裝置 而不加開方器進行流量的測量變送。此時，常通過控制閥流量特性的正確選擇，對非線性特性進行補 償。至于對流量信號的測量精度要求，一般除直接作為經(jīng)濟核算用外，無需過高，只要穩(wěn)定，偏差小 就行。有時為防止上游壓力造成的干擾，需采用適當?shù)姆€(wěn)壓措施。離心泵控制系統(tǒng)1 1 . 1 1 離心泵的工作原理及主

4、要部件離心泵是一種最常用的液體輸送設(shè)備，離心泵是依靠離心泵翼輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，來提高液 體的壓力（俗稱壓頭）。轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，流體出口壓力越高。離心泵類型很多用于輸送不同類型的液體有清水泵、熱油泵、耐腐蝕泵等。為達到不同的流量、壓頭范圍在泵的構(gòu)造上有單吸和雙吸的，有單級和雙級的；若按泵軸的位置 則還可以分為立式和臥式的等等。1.1.離心泵的基本結(jié)構(gòu)（如圖12.12.蝸形泵殼13.13.葉片 14.14.吸入管15.15.底閥離心泵的基本構(gòu)造是由六部分組成的分別是葉輪，泵體，泵軸，（1 1）葉輪是離心泵的核心部分，他轉(zhuǎn)速高出力大，葉輪上的葉片又起到主要作用，葉輪在裝配前要 通過靜平衡試

5、驗，葉輪上的內(nèi)外表面要求光滑，以減少水流的摩擦損耗。1-11-1 所示）圖 1-11-1離心泵結(jié)構(gòu)示意圖1.1.泵體 2.2.葉輪 3.3.密封軸 4.4.軸套 5.5.泵蓋6.6.泵軸 7.7.托架口8.8.聯(lián)泵器9.9.軸承10.10.軸封裝置 11.11.吸入16.16.濾網(wǎng) 17.17.調(diào)節(jié)閥 18.18.排出管軸承，密封環(huán)，填料函。泵體也稱泵殼，它是水泵的主體。起到支撐固定的作用，并與安裝軸承的托架相連接。泵軸的作用是借連軸器和電動機相聯(lián)接，將電動機的轉(zhuǎn)距傳給葉輪，所以它是傳遞機械的主軸承是套在泵軸上支撐泵軸的構(gòu)件，有滾動軸承和滑動軸承兩種。滾動軸承使用牛油作為潤 滑劑加油要適當一般

6、為 2/32/33/43/4 的體積太多會發(fā)熱，太少又有響聲并發(fā)熱！滑動滾軸使用的是透明油 作潤滑劑的，加油到油位線。太多油要沿泵軸滲出并且漂濺，太少軸承又要過熱燒壞造成事故。在水 泵運行過程中軸承的溫度最高在8585 度一般運行在 6 60 0度左右，如果高了就要查找原因(是否有雜質(zhì)，油質(zhì)是否發(fā)黑，是否進水)并及時處理！(5 5)密封環(huán)又稱減漏環(huán)。葉輪進口與泵殼間的間隙過大會造成泵內(nèi)高壓區(qū)的水經(jīng)此間隙流向低壓 區(qū)，影響泵得出水量，效率降低！間隙過小會造成葉輪與泵殼摩擦產(chǎn)生磨損。為了增加回流阻力減少 內(nèi)漏，延緩泵殼與葉輪的使用壽命，在泵殼內(nèi)緣和葉輪外緣結(jié)合處裝有密封環(huán)，密封的間隙保持在0.25

7、0.251.10mm1.10mm 之間為宜。(6 6)填料函主要由填料，水封環(huán)，填料筒，填料壓蓋，水封管組成。填料函的作用主要是為了封閉泵 殼與泵軸之間的間隙，不讓泵內(nèi)的水流流到外面來也不讓外面的空氣進入到泵內(nèi)。始終保持水泵內(nèi)的 真空！當泵軸與填料摩擦產(chǎn)生熱量就要靠水封管注水到水封圈內(nèi)使填料冷卻！保持水泵的正常運行。 所以在水泵的運行巡回檢查過程中對填料函的檢查是特別要注意的！在運行60600 0個小時左右就要對填料進行更換. .2.2. 離心泵的過流部件離心泵的過流部件有：吸入室，葉輪，壓出室三個部分。葉輪是泵的核心，也是過流部件的核 心。泵通過葉輪對液體的做功，使其能量增加。葉輪按液體流出

8、的方向分為三類：(1)離心式葉輪：液體是沿著與軸線垂直的方向流出葉輪。(2)混流式葉輪：液體是沿著軸線傾斜的方向流出葉輪。(3)液體流動的方向與軸線平行的。葉輪按吸入的方式分為兩類：(1)單吸葉輪(葉輪從一側(cè)吸入液體)。(2)雙吸葉輪(葉輪從兩側(cè)吸入液體)。葉輪按蓋板形式分為三類：(1)封閉式葉輪。(2)敞開式葉輪。(3)半開式葉輪。其中封閉式葉輪應(yīng)用很廣泛，前述的單吸葉輪雙吸葉輪均屬于這種形式。3.3.離心泵的工作原理工作前，泵體和進水管必須灌滿水形成真空狀態(tài)，當葉輪快速轉(zhuǎn)動時，葉片促使水很快旋轉(zhuǎn)，旋 轉(zhuǎn)著離心泵的工作原理是：離心泵所以能把水送出去是由于離心力的作用。水泵在的水在離心力的作

9、用下從葉輪中飛出，泵內(nèi)的水被拋出后，葉輪的中心部分形成真空區(qū)域。水源的水在大氣壓力或水壓 的作用下通過管網(wǎng)壓到了進水管內(nèi)。這樣循環(huán)不已，就可以實現(xiàn)連續(xù)抽水。在此值得一提的是：離心 泵啟動前一定要向泵殼內(nèi)充滿水以后，方可啟動，否則將造成泵體發(fā)熱、震動、出水量減少，對水泵 造成損壞(簡稱“氣蝕”)造成設(shè)備事故！由于離心泵的吸入高度有限，控制閥如果安裝在進口端，會出現(xiàn)汽縛和氣蝕現(xiàn)象。汽縛現(xiàn)象是指，若離心泵在啟動前，未灌滿液體，殼內(nèi)存在真空，使密度減小，產(chǎn)生的離心力就 此時在吸入口所形成的真空度不足以將液體吸入泵內(nèi)。所以盡管啟動了離心泵，但不能輸送液(2 2)(3)要部件。(4 4)后，氣泡進入泵體的

10、高壓區(qū)后，遽然凝結(jié)，產(chǎn)生局部真空，使周圍的液體以高速涌向氣泡中心，造成沖擊 和震動。大量氣泡破壞了液體的連續(xù)性，阻塞流道，增大阻力，使流程、揚程、效率明顯下降，嚴重小,體。氣蝕現(xiàn)象是指，當泵的安裝位置不合適時，液體的靜壓能在吸入管內(nèi)流動克服位差、動能、阻力在吸入口處壓強降至該溫度下液體的飽和蒸汽壓P Pv時，液體會汽化，并逸出所溶解的氣體。這些時泵不能正常工作，給泵以破壞。4.4.離心泵的主要性能參數(shù)離心泵銘牌上標注的參數(shù)有（1 1）流量 Q Qv（送液能力）：指單位時間內(nèi)泵能輸送的液體量（2 2）揚程 H He（泵的壓頭）：指單位重量液體流徑泵后 的流量。m m 液柱測定壓頭的實驗，如圖3.

11、1-23.1-2 所示如下：在 1-11-1 與 2-22-2 截面間列伯努利方程注意：泵的揚程不能僅僅理解為升舉高度。（3 3） 功 率 和 效 離心泵測壓實驗1有效功率：單位時間內(nèi)液體由泵實際得到的功。hv是控制閥兩端的壓降。當控制閥開度一定時，與流量平方值成比例，即該項與流量和閥門開度有關(guān)。因此，管路壓頭H與流量之間的關(guān)系如上圖示，可表示為:圖 1-41-4 管路特性與離心泵特性3 3 .離心泵的工作點離心泵的工作點一一泵特性曲線與管路特性曲線的交點。若交點 的。將泵的特性 H HQ Q 曲線與管路的特性 HeHeQeQe 曲線繪在同一坐標中，兩曲線的交點M M 稱為離心泵的工作點。如圖

12、 1-31-3 所示說明：L/SL/S , m/hm/h所獲得Pe= HeqPgWW2軸功率：泵軸從電動機得到的實際功率P3效率？1.21.2 離心泵的工作特性1.1.離心泵的特性離心泵的壓頭H、排量Q、和轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關(guān)系，稱為泵的特性。離心泵的特性可用下列經(jīng)驗公式來表示:H=心n2+ K2Q2(1-1(1-1)2 2.離心泵的管路特性離心泵的工作點與離心泵工作特性有關(guān)， 還與管 力有關(guān)。管路特性是管路系統(tǒng)中流體的流量與管路系 互關(guān)系。圖示如（1-41-4 ）、（ 1-51-5 ）：圖中Ho是液體提升高度所需的壓頭，即升揚高度,當設(shè)備安裝位置確定時，該項恒定;hp是用于克服管路兩端靜壓差所

13、需的壓頭，即（P2 P1）/Y, ,Y是液體的重度。當設(shè)備壓力穩(wěn)定時，該項變化也不大;hf是用于克服管路摩擦損耗的壓頭，該項與流量平方值近似成比例;H =hhP+hf+hv(1-1)(1-1)圖 1-51-5管路系統(tǒng)阻力分布M M 在高效率區(qū)，則工作點為適宜爐血-心真空表（1 1）泵的工作點由泵的特性和管路的特性共同決 過聯(lián)立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到；（2 2）安裝在管路中的泵，其輸液量即為管路的流 流量下泵提供的揚程也就是管路所需要的外加壓頭。的工作點對應(yīng)的泵壓頭和流量既是泵提供的，也是管的。工作點對應(yīng)的各性能參數(shù)（Q,H嚴，n）反映了一臺工作狀態(tài)。改變泵的轉(zhuǎn)速，使離心泵流量特性

14、形狀變化，可調(diào)節(jié)流量。這種控制方案需要改變泵的轉(zhuǎn)速，用的調(diào)速方法如下：1當電動機為原動機時，采用電動調(diào)速裝置。2當汽輪機為原動機時，采用調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片角度或 量。3采用變頻調(diào)速器，或利用原動機與泵聯(lián)結(jié)軸的變 采用這種控制方案時，在液體輸送管線上不需要制閥，因此，不存在h hv項的阻力損耗，機械效率較圖 1-91-9 改變泵轉(zhuǎn)速時工作點變化該控制方案在重要的大功率離心泵裝置中，有逐漸擴大采用的趨勢。但具體實現(xiàn)這種方案較復(fù) 雜，所需設(shè)備費用亦較高。轉(zhuǎn)速 n n 下降，工作點由 M M 變?yōu)?M2,M2,泵所提供的壓頭 HeHe 下降，流量 Q Q 下降；轉(zhuǎn)速 n n 上升，工作點由 M M 變?yōu)?M

15、1,M1,泵所提供的壓頭 HeHe 上升，流量 Q Q 上升。如圖示，n n2nnnn1,轉(zhuǎn)速增加，流量和壓頭均能增加。這種調(diào)節(jié)流量的方法合理、經(jīng)濟，但曾被認為是 操作不方便，并且不能實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。但隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，無級變速設(shè)備 在工業(yè)中的應(yīng)用克服了上述缺點。是該種調(diào)節(jié)方法能夠使泵在高效區(qū)工作，這對大型泵的節(jié)能尤為重 要。圖 1-61-6 離心泵的工作點示意圖 1.31.3 離心泵的控制方案由于生產(chǎn)任務(wù)的變化，管路需要的流量有時是需要改變的， 這實際上是要改變泵的工作點。 的工作點由管路特性和泵的特性共同決定，因此改變泵的特性和管路特性均能改變工作點，從而達到改 變流量的目的。1.1.

16、 改變控制閥的開度 改變控制閥的開度即改變出口閥開度與管路局部阻力 者與管路的特性有關(guān)。所以改變出口閥的開度實質(zhì)上 管路的特性。閥門開度增大，阻力下降，管路曲線變平坦，工 變?yōu)?M2M2 泵所提供的壓頭 HeHe 下降，流量 Q Q 上升。 閥門開度減小，阻力上升，管路曲線變陡峭，工作點由 M M 變?yōu)?M1,M1,泵所提供的壓頭 HeHe 上升，流量 Q Q 下降。 采用閥門調(diào)節(jié)流量快速簡便，且流量可連續(xù)變化，適合 續(xù)生產(chǎn)的要求，因此應(yīng)用廣泛。其缺點是當關(guān)小閥門 路阻力增加，消耗部分額外的能量，實際上是人為增加 力來適應(yīng)泵的特性。且在調(diào)節(jié)幅度較大時，往往使離心 高效區(qū)下工作，機械效率差不是很

17、經(jīng)濟。其控制方案如圖 1-81-8 所示：2.2. 調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速0 0圖 1-81-8直接節(jié)流控制系統(tǒng)圖由于泵連管阻在定，可通泵的實際量；在該 因此，泵 路需要作點由有關(guān)，后 就是改變化時管泵采蒸八速器。安裝 高3 3.旁路控制 旁路控制方案如圖 1-111-11 所示：圖 1-111-11 旁路控制 該控制方案結(jié)構(gòu)簡單，控制閥口徑相對較小，但由泵供給的 閥旁路的那部分液體，因此，總機械效率較低。當流體黏度高或液體流量測量較困難，而管路阻力較 方案可采用壓力作為被控變量，穩(wěn)定出口壓力，間接控制流量。 1.41.4 容積式泵的控制方案容積式泵有兩類，一類是往復(fù)泵，包括活塞式、 一類是直接位移式旋

18、轉(zhuǎn)泵，包括橢圓齒輪式、螺桿式 類型的泵均有一個共同的結(jié)構(gòu)特點，即泵的運動部件 空隙很小，液體不能在縫隙中流動，所以泵得排量大 基本無關(guān)。如往復(fù)泵只取決于單位時間內(nèi)往復(fù)次數(shù)及 而旋轉(zhuǎn)泵僅取決于轉(zhuǎn)速，它們的特性曲線大體如圖基于這類泵的排量與管路阻力基本無關(guān)，故絕不 式泵的特性曲線 能采用出口處直接節(jié)流的方法來控制排量，一旦出口閥關(guān)死，容積式泵常用的控制方式有：(1)(1)改變原動機的轉(zhuǎn)速。此法同離心泵的調(diào)速法。(2)(2) 改變往復(fù)泵的沖程。多數(shù)情況下，這種方法調(diào)節(jié)沖程機構(gòu)較復(fù)雜，且有一定的難度，只有在 一些計量泵等特殊往復(fù)泵才考慮采用。(3)(3)調(diào)節(jié)回流量。其方案構(gòu)成與離心泵的相同，這是此類泵

19、最簡單易行而常用的控制方式。 在生產(chǎn)過程中，有時常采用如圖1-131-13 所示法。利用旁路閥控制壓力，用節(jié)流閥來控制流 方案因同時控制壓力和流量兩個參數(shù)，兩個控制 相互關(guān)聯(lián)。要達到正常運行，必須在兩個系統(tǒng)參 上加以考慮。通常把壓力控制系統(tǒng)整定成非周期 程，從而把兩個系統(tǒng)之間的工作周期拉開，達到 的目的。往復(fù)泵出口壓力和流量控制一 I I能量消耗于控制 恒定時，該控制114柱塞式等，另等。由于這些 與機殼之間的 小與管路系統(tǒng) 沖程的大小，1-121-12 所示。 圖1-121-12 容積排岀量Q Q 為將造成泵損、機毀的危險。的控制方 量。這種系統(tǒng)之間數(shù)的整定的調(diào)節(jié)過削弱關(guān)聯(lián)圖 1-131-1

20、3近年來，離心式壓縮機的應(yīng)用日益增加，對于這類壓縮機的控制，還有一個殊的問題，就是“喘振”現(xiàn)象。圖 1-141-14 是離心式壓縮機的特性曲線，即壓縮機的出口與入口的絕對壓力之比P P2/ P P1與進口體積流量 Q Q 之間的關(guān)系曲線。圖中n n 是離心機的轉(zhuǎn)速，且有mv n n2Q Q,Q,超過了工藝要求的負荷量，系統(tǒng)壓力被迫升高，工作點又將沿DABDAB 曲線下降到 C Co 壓縮機工作點這種反復(fù)迅速突變的過程，好象工作點在“飛動”，所以產(chǎn)生這種現(xiàn)象時，又被稱作壓縮機的飛動。人們之所以稱它為喘振，是由于出現(xiàn)這一現(xiàn)象時，由于氣體由壓縮機忽進忽出，使轉(zhuǎn)子受到交變負荷，機身發(fā)生振動并波及到相連

21、的管線，表現(xiàn)在流量計和壓力表的指針大幅度擺動。如果與機身相連接的管網(wǎng)容量較小并嚴密，則可聽到周期性的如同哮喘病人“喘氣”般的噪聲；而當管網(wǎng)音量較大，喘振時會發(fā)生周期性間斷的吼響聲，并使止逆閥發(fā)出撞擊聲，它將使壓縮機及所連接的管網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)生強烈振動，甚至使壓縮機遭到破壞。喘振是離心式壓縮機所固有的特性，每一臺離心式壓縮機都有其一定的瑞振區(qū)域。負荷減小是離心式壓縮機產(chǎn)生喘振的主要原因；此外，被輸送氣體的吸入狀態(tài)，如溫度、壓力等的變化，也是使壓縮機產(chǎn)生喘振的因素。一般講，吸入氣體的溫度或壓力越低，壓縮機越容易進入喘振區(qū)。2 2 .防喘振控制方案由上可知，離心式壓縮機產(chǎn)生端振現(xiàn)象的主要原因是由于負

22、荷降低，排氣量小于極限值的，只要使壓縮機的吸氣量大于或等于在該工況下的極限排氣量即可防止喘振。工業(yè)生產(chǎn)上常用的控制方案有固定極限流量法和可變極限流量法兩種，現(xiàn)簡述如下。（1 1）固定權(quán)限流量法對于工作在一定轉(zhuǎn)速下的離心式壓縮機，都有一個進入喘振區(qū)的極限流量為了安全起見，規(guī)定圖 1-141-14 離心式壓縮機特性曲線圖 1-151-15 喘振現(xiàn)象示意圖Q Q 而引起Q,Q,個壓縮機吸入流量的最小值 Q,Q,且有 QVQV Q Q。固定極限流量法防喘振控制的目的就是在當負荷變化時,始終保證壓縮機的入口流量Q Q 不低于 Q Qp值。圖 1-161-16 是一種最簡單的固定極限法防喘振控制方案，這種

23、 控制方案與圖 1-111-11 所示的旁路控制在形式上相同，但其控制目的、測量點的位置不一樣。在這種方案中，測量點在壓縮機的吸入管線上，流量控制器的給定值為本方案結(jié)構(gòu)簡單，運行安全可靠，投資費用較少，但當壓縮機的轉(zhuǎn)速變化時，如按高轉(zhuǎn)速取給定值,勢必在低轉(zhuǎn)速時給定值偏高，能耗過大；如按低轉(zhuǎn)速取給定值，則在高轉(zhuǎn)速時仍有因給定值偏低而使壓縮機產(chǎn)生喘振的危險。因此，當壓縮機的轉(zhuǎn)速不是恒定值時，不宜采用這種控制方案。（2 2） ?可變極限流量法當壓縮機的轉(zhuǎn)速可變時，進入喘振區(qū)的權(quán)限流量也是變化的。圖的喘振極限線是對應(yīng)于不同轉(zhuǎn)速時的壓縮機特性曲線的最高點的連線。只要壓縮機的工作點在喘振極限線的右側(cè)，就可以避免喘振發(fā)生。但為了安全起見，實際工作點應(yīng)控制在安全操作線的右