流体传送设备控制

1、流体输送设备控制学号:班级：07自动化2班流体输送设备控制在石油、化工生产过程中，因工艺的需要，常需要将流体由低处送至高处，由低压设备送到高压 设备，为了达到这些目的，必须对流体做功，以提高流体的能量，完成输送任务。用于输送流体和提 高流体压头的机械设备通称为流体输送设备。其中输送液体和提高其压力的机械称为泵，而输送气体 并提高其压力的机械称为风机和压缩机。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一些特殊性和 需要注意的问题都会在此出现。为此，需要把流量控制中的有关问题再作简要的叙述。首先流量控制对象的被控变量与控制变量是同一物料的流量，只是处于管路的不同位置，

2、因此控制通道的特性，由于时间常数很小，基本上是一个放大倍数接近1 1 的放大环节。于是广义对象特性中测量变送及控制阀的惯性滞后不能忽略，使得对象、测量变送和控制阀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，且频率较高，所以控制器的比例度必须放得大些。为了消除余 差，需引入积分作用。通常，积分时间在 0.10.1 分到数分钟的数量级。同时，基于流量控制系统的这个特点，控制阀一般不装阀门定位器，以免因阀门定位器引入所组成的串级副环，其震荡频率与主环频率 相近而造成强烈震荡。其次，流量信号的测量常用节流装置，由于流体通过截流装置时，喘动加大，使被控变量的信号 常有脉动情况出现，并

3、伴有高频噪声。为此在测量时应考虑对信号的滤波，在控制系统中控制器不能 加入微分作用，避免将高频噪声放大而影响系统的平稳工作，常采用比例积分调节规律。在工程上， 有时还在变送器与控制器之间接入反微分器，以提高系统的控制质量。此外，还需要注意的是：流量系统的广义对象的静态特性呈现非线性特性，尤其是采用节流装置 而不加开方器进行流量的测量变送。此时，常通过控制阀流量特性的正确选择，对非线性特性进行补 偿。至于对流量信号的测量精度要求，一般除直接作为经济核算用外，无需过高，只要稳定，偏差小 就行。有时为防止上游压力造成的干扰，需采用适当的稳压措施。离心泵控制系统1 1 . 1 1 离心泵的工作原理及主

4、要部件离心泵是一种最常用的液体输送设备，离心泵是依靠离心泵翼轮旋转所产生的离心力，来提高液 体的压力（俗称压头）。转速越高，离心力越大，流体出口压力越高。离心泵类型很多用于输送不同类型的液体有清水泵、热油泵、耐腐蚀泵等。为达到不同的流量、压头范围在泵的构造上有单吸和双吸的，有单级和双级的；若按泵轴的位置 则还可以分为立式和卧式的等等。1.1.离心泵的基本结构（如图12.12.蜗形泵壳13.13.叶片 14.14.吸入管15.15.底阀离心泵的基本构造是由六部分组成的分别是叶轮，泵体，泵轴，（1 1）叶轮是离心泵的核心部分，他转速高出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要 通过静平衡试

5、验，叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损耗。1-11-1 所示）图 1-11-1离心泵结构示意图1.1.泵体 2.2.叶轮 3.3.密封轴 4.4.轴套 5.5.泵盖6.6.泵轴 7.7.托架口8.8.联泵器9.9.轴承10.10.轴封装置 11.11.吸入16.16.滤网 17.17.调节阀 18.18.排出管轴承，密封环，填料函。泵体也称泵壳，它是水泵的主体。起到支撑固定的作用，并与安装轴承的托架相连接。泵轴的作用是借连轴器和电动机相联接，将电动机的转距传给叶轮，所以它是传递机械的主轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。滚动轴承使用牛油作为润 滑剂加油要适当一般

6、为 2/32/33/43/4 的体积太多会发热，太少又有响声并发热！滑动滚轴使用的是透明油 作润滑剂的，加油到油位线。太多油要沿泵轴渗出并且漂溅，太少轴承又要过热烧坏造成事故。在水 泵运行过程中轴承的温度最高在8585 度一般运行在 6 60 0度左右，如果高了就要查找原因(是否有杂质，油质是否发黑，是否进水)并及时处理！(5 5)密封环又称减漏环。叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压 区，影响泵得出水量，效率降低！间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。为了增加回流阻力减少 内漏，延缓泵壳与叶轮的使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外缘结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.25

7、0.251.10mm1.10mm 之间为宜。(6 6)填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵 壳与泵轴之间的间隙，不让泵内的水流流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。始终保持水泵内的 真空！当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管注水到水封圈内使填料冷却！保持水泵的正常运行。 所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是特别要注意的！在运行60600 0个小时左右就要对填料进行更换. .2.2. 离心泵的过流部件离心泵的过流部件有：吸入室，叶轮，压出室三个部分。叶轮是泵的核心，也是过流部件的核 心。泵通过叶轮对液体的做功，使其能量增加。叶轮按液体流出

8、的方向分为三类：(1)离心式叶轮：液体是沿着与轴线垂直的方向流出叶轮。(2)混流式叶轮：液体是沿着轴线倾斜的方向流出叶轮。(3)液体流动的方向与轴线平行的。叶轮按吸入的方式分为两类：(1)单吸叶轮(叶轮从一侧吸入液体)。(2)双吸叶轮(叶轮从两侧吸入液体)。叶轮按盖板形式分为三类：(1)封闭式叶轮。(2)敞开式叶轮。(3)半开式叶轮。其中封闭式叶轮应用很广泛，前述的单吸叶轮双吸叶轮均属于这种形式。3.3.离心泵的工作原理工作前，泵体和进水管必须灌满水形成真空状态，当叶轮快速转动时，叶片促使水很快旋转，旋 转着离心泵的工作原理是：离心泵所以能把水送出去是由于离心力的作用。水泵在的水在离心力的作

9、用下从叶轮中飞出，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。水源的水在大气压力或水压 的作用下通过管网压到了进水管内。这样循环不已，就可以实现连续抽水。在此值得一提的是：离心 泵启动前一定要向泵壳内充满水以后，方可启动，否则将造成泵体发热、震动、出水量减少，对水泵 造成损坏(简称“气蚀”)造成设备事故！由于离心泵的吸入高度有限，控制阀如果安装在进口端，会出现汽缚和气蚀现象。汽缚现象是指，若离心泵在启动前，未灌满液体，壳内存在真空，使密度减小，产生的离心力就 此时在吸入口所形成的真空度不足以将液体吸入泵内。所以尽管启动了离心泵，但不能输送液(2 2)(3)要部件。(4 4)后，气泡进入泵体的

10、高压区后，遽然凝结，产生局部真空，使周围的液体以高速涌向气泡中心，造成冲击 和震动。大量气泡破坏了液体的连续性，阻塞流道，增大阻力，使流程、扬程、效率明显下降，严重小,体。气蚀现象是指，当泵的安装位置不合适时，液体的静压能在吸入管内流动克服位差、动能、阻力在吸入口处压强降至该温度下液体的饱和蒸汽压P Pv时，液体会汽化，并逸出所溶解的气体。这些时泵不能正常工作，给泵以破坏。4.4.离心泵的主要性能参数离心泵铭牌上标注的参数有（1 1）流量 Q Qv（送液能力）：指单位时间内泵能输送的液体量（2 2）扬程 H He（泵的压头）：指单位重量液体流径泵后 的流量。m m 液柱测定压头的实验，如图3.

11、1-23.1-2 所示如下：在 1-11-1 与 2-22-2 截面间列伯努利方程注意：泵的扬程不能仅仅理解为升举高度。（3 3） 功 率 和 效 离心泵测压实验1有效功率：单位时间内液体由泵实际得到的功。hv是控制阀两端的压降。当控制阀开度一定时，与流量平方值成比例，即该项与流量和阀门开度有关。因此，管路压头H与流量之间的关系如上图示，可表示为:图 1-41-4 管路特性与离心泵特性3 3 .离心泵的工作点离心泵的工作点一一泵特性曲线与管路特性曲线的交点。若交点 的。将泵的特性 H HQ Q 曲线与管路的特性 HeHeQeQe 曲线绘在同一坐标中，两曲线的交点M M 称为离心泵的工作点。如图

12、 1-31-3 所示说明：L/SL/S , m/hm/h所获得Pe= HeqPgWW2轴功率：泵轴从电动机得到的实际功率P3效率？1.21.2 离心泵的工作特性1.1.离心泵的特性离心泵的压头H、排量Q、和转速n之间的函数关系，称为泵的特性。离心泵的特性可用下列经验公式来表示:H=心n2+ K2Q2(1-1(1-1)2 2.离心泵的管路特性离心泵的工作点与离心泵工作特性有关， 还与管 力有关。管路特性是管路系统中流体的流量与管路系 互关系。图示如（1-41-4 ）、（ 1-51-5 ）：图中Ho是液体提升高度所需的压头，即升扬高度,当设备安装位置确定时，该项恒定;hp是用于克服管路两端静压差所

13、需的压头，即（P2 P1）/Y, ,Y是液体的重度。当设备压力稳定时，该项变化也不大;hf是用于克服管路摩擦损耗的压头，该项与流量平方值近似成比例;H =hhP+hf+hv(1-1)(1-1)图 1-51-5管路系统阻力分布M M 在高效率区，则工作点为适宜炉血-心真空表（1 1）泵的工作点由泵的特性和管路的特性共同决 过联立求解泵的特性方程和管路的特性方程得到；（2 2）安装在管路中的泵，其输液量即为管路的流 流量下泵提供的扬程也就是管路所需要的外加压头。的工作点对应的泵压头和流量既是泵提供的，也是管的。工作点对应的各性能参数（Q,H严，n）反映了一台工作状态。改变泵的转速，使离心泵流量特性

14、形状变化，可调节流量。这种控制方案需要改变泵的转速，用的调速方法如下：1当电动机为原动机时，采用电动调速装置。2当汽轮机为原动机时，采用调节导向叶片角度或 量。3采用变频调速器，或利用原动机与泵联结轴的变 采用这种控制方案时，在液体输送管线上不需要制阀，因此，不存在h hv项的阻力损耗，机械效率较图 1-91-9 改变泵转速时工作点变化该控制方案在重要的大功率离心泵装置中，有逐渐扩大采用的趋势。但具体实现这种方案较复 杂，所需设备费用亦较高。转速 n n 下降，工作点由 M M 变为 M2,M2,泵所提供的压头 HeHe 下降，流量 Q Q 下降；转速 n n 上升，工作点由 M M 变为 M

15、1,M1,泵所提供的压头 HeHe 上升，流量 Q Q 上升。如图示，n n2nnnn1,转速增加，流量和压头均能增加。这种调节流量的方法合理、经济，但曾被认为是 操作不方便，并且不能实现连续调节。但随着现代工业技术的发展，无级变速设备 在工业中的应用克服了上述缺点。是该种调节方法能够使泵在高效区工作，这对大型泵的节能尤为重 要。图 1-61-6 离心泵的工作点示意图 1.31.3 离心泵的控制方案由于生产任务的变化，管路需要的流量有时是需要改变的， 这实际上是要改变泵的工作点。 的工作点由管路特性和泵的特性共同决定，因此改变泵的特性和管路特性均能改变工作点，从而达到改 变流量的目的。1.1.

16、 改变控制阀的开度 改变控制阀的开度即改变出口阀开度与管路局部阻力 者与管路的特性有关。所以改变出口阀的开度实质上 管路的特性。阀门开度增大，阻力下降，管路曲线变平坦，工 变为 M2M2 泵所提供的压头 HeHe 下降，流量 Q Q 上升。 阀门开度减小，阻力上升，管路曲线变陡峭，工作点由 M M 变为 M1,M1,泵所提供的压头 HeHe 上升，流量 Q Q 下降。 采用阀门调节流量快速简便，且流量可连续变化，适合 续生产的要求，因此应用广泛。其缺点是当关小阀门 路阻力增加，消耗部分额外的能量，实际上是人为增加 力来适应泵的特性。且在调节幅度较大时，往往使离心 高效区下工作，机械效率差不是很

17、经济。其控制方案如图 1-81-8 所示：2.2. 调节泵的转速0 0图 1-81-8直接节流控制系统图由于泵连管阻在定，可通泵的实际量；在该 因此，泵 路需要作点由有关，后 就是改变化时管泵采蒸八速器。安装 高3 3.旁路控制 旁路控制方案如图 1-111-11 所示：图 1-111-11 旁路控制 该控制方案结构简单，控制阀口径相对较小，但由泵供给的 阀旁路的那部分液体，因此，总机械效率较低。当流体黏度高或液体流量测量较困难，而管路阻力较 方案可采用压力作为被控变量，稳定出口压力，间接控制流量。 1.41.4 容积式泵的控制方案容积式泵有两类，一类是往复泵，包括活塞式、 一类是直接位移式旋

18、转泵，包括椭圆齿轮式、螺杆式 类型的泵均有一个共同的结构特点，即泵的运动部件 空隙很小，液体不能在缝隙中流动，所以泵得排量大 基本无关。如往复泵只取决于单位时间内往复次数及 而旋转泵仅取决于转速，它们的特性曲线大体如图基于这类泵的排量与管路阻力基本无关，故绝不 式泵的特性曲线 能采用出口处直接节流的方法来控制排量，一旦出口阀关死，容积式泵常用的控制方式有：(1)(1)改变原动机的转速。此法同离心泵的调速法。(2)(2) 改变往复泵的冲程。多数情况下，这种方法调节冲程机构较复杂，且有一定的难度，只有在 一些计量泵等特殊往复泵才考虑采用。(3)(3)调节回流量。其方案构成与离心泵的相同，这是此类泵

19、最简单易行而常用的控制方式。 在生产过程中，有时常采用如图1-131-13 所示法。利用旁路阀控制压力，用节流阀来控制流 方案因同时控制压力和流量两个参数，两个控制 相互关联。要达到正常运行，必须在两个系统参 上加以考虑。通常把压力控制系统整定成非周期 程，从而把两个系统之间的工作周期拉开，达到 的目的。往复泵出口压力和流量控制一 I I能量消耗于控制 恒定时，该控制114柱塞式等，另等。由于这些 与机壳之间的 小与管路系统 冲程的大小，1-121-12 所示。 图1-121-12 容积排岀量Q Q 为将造成泵损、机毁的危险。的控制方 量。这种系统之间数的整定的调节过削弱关联图 1-131-1

20、3近年来，离心式压缩机的应用日益增加，对于这类压缩机的控制，还有一个殊的问题，就是“喘振”现象。图 1-141-14 是离心式压缩机的特性曲线，即压缩机的出口与入口的绝对压力之比P P2/ P P1与进口体积流量 Q Q 之间的关系曲线。图中n n 是离心机的转速，且有mv n n2Q Q,Q,超过了工艺要求的负荷量，系统压力被迫升高，工作点又将沿DABDAB 曲线下降到 C Co 压缩机工作点这种反复迅速突变的过程，好象工作点在“飞动”，所以产生这种现象时，又被称作压缩机的飞动。人们之所以称它为喘振，是由于出现这一现象时，由于气体由压缩机忽进忽出，使转子受到交变负荷，机身发生振动并波及到相连

21、的管线，表现在流量计和压力表的指针大幅度摆动。如果与机身相连接的管网容量较小并严密，则可听到周期性的如同哮喘病人“喘气”般的噪声；而当管网音量较大，喘振时会发生周期性间断的吼响声，并使止逆阀发出撞击声，它将使压缩机及所连接的管网系统和设备发生强烈振动，甚至使压缩机遭到破坏。喘振是离心式压缩机所固有的特性，每一台离心式压缩机都有其一定的瑞振区域。负荷减小是离心式压缩机产生喘振的主要原因；此外，被输送气体的吸入状态，如温度、压力等的变化，也是使压缩机产生喘振的因素。一般讲，吸入气体的温度或压力越低，压缩机越容易进入喘振区。2 2 .防喘振控制方案由上可知，离心式压缩机产生端振现象的主要原因是由于负

22、荷降低，排气量小于极限值的，只要使压缩机的吸气量大于或等于在该工况下的极限排气量即可防止喘振。工业生产上常用的控制方案有固定极限流量法和可变极限流量法两种，现简述如下。（1 1）固定权限流量法对于工作在一定转速下的离心式压缩机，都有一个进入喘振区的极限流量为了安全起见，规定图 1-141-14 离心式压缩机特性曲线图 1-151-15 喘振现象示意图Q Q 而引起Q,Q,个压缩机吸入流量的最小值 Q,Q,且有 QVQV Q Q。固定极限流量法防喘振控制的目的就是在当负荷变化时,始终保证压缩机的入口流量Q Q 不低于 Q Qp值。图 1-161-16 是一种最简单的固定极限法防喘振控制方案，这种

23、 控制方案与图 1-111-11 所示的旁路控制在形式上相同，但其控制目的、测量点的位置不一样。在这种方案中，测量点在压缩机的吸入管线上，流量控制器的给定值为本方案结构简单，运行安全可靠，投资费用较少，但当压缩机的转速变化时，如按高转速取给定值,势必在低转速时给定值偏高，能耗过大；如按低转速取给定值，则在高转速时仍有因给定值偏低而使压缩机产生喘振的危险。因此，当压缩机的转速不是恒定值时，不宜采用这种控制方案。（2 2） ?可变极限流量法当压缩机的转速可变时，进入喘振区的权限流量也是变化的。图的喘振极限线是对应于不同转速时的压缩机特性曲线的最高点的连线。只要压缩机的工作点在喘振极限线的右侧，就可以避免喘振发生。但为了安全起见，实际工作点应控制在安全操作线的右