第三章流体输送设备的控制(0)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
③ 广义对象的静态特性存在着非线性 通过选择阀的特性，使广义对象的静特性近似为线性(原因是管道 阻力变化影响对象的特性)。
3.2 泵及压缩机的控制
3.2.1 泵和管路系统的特性
{ { 泵的种类 主要可分为两大类：
离心泵——应用较为普遍 往复泵
容积泵 旋转泵
1、离心泵 由叶轮、机壳组成，叶轮在电机带动下高速旋转
c3
HL3
通2过020控/10/制18 器 阀的开度 hV 工作点C
Q
6
(2)改变泵的转速n
(3)通过旁路控制
SP FC
FT
x
r
2020/10/18
HL
H
c1
c3 c2
n1
n3 n2
Q
xr
H
r/x
Q
7
3.2.2 压缩机的控制方案 2、离心式压缩机 优点：① 压缩机的润滑油等不污染被输送的气体
② 调节性能好，调节气量的变化范围广 ③ 运行效率高、维修方便，元器件不易损坏 ④ 流量大，体积小，重量轻，经济性能较高 缺点：喘振、轴向推力大——固有的、难以消除。常有可能因微小
对于控制系统设计而言，主要只用到压缩比和入口体积流量的关系。
2、喘振 当负荷降低到一定程度时，气体的排出
3.0
量会出现强烈振荡，同时机身也剧烈振动，
P2 P1
喘振 区
n3
这种现象叫离心式压缩机的喘振。
2.0
n2
由特性曲线发现，每一条曲线都对应一个 P2/P1值的最高点，在不同转速下，把这些点连
n1
起来就得到一条曲线
同一物料。只是检测点和控制点的位置不同，
馏 塔
因此对象的时间常数很小。
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。
2020/10/18
1
因此进行控制器参数整定时，应取较大的比例度，为消除余差引 入积分作用。
② 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。
n1 n4n3n2
Q
p2
hL p1
4
④控制阀两端的节流压头hv，阀的开度
一定时，与流量的平方成反比。
H L hp hL hf hV
H
HL 和 Q 流量的关系称为管路特性
当系统平衡时，H H L 如图中的C(平衡
工作点)点，即泵的特性曲线与管路特性曲线 的交点。
工作点应满足一定的工艺要求，通过改变
M1：当干扰发生Q泵的扬程<管路 所需压头 Q 回M1点 M ：当干扰发生Q泵的扬程>管路 所需压头 Q 远离M 点
工作点稳定与不稳定的判别： 当交点处
管路特性的斜率大于泵特性的斜率时，是稳定工作点；否则是不
稳定工作点。
实际上，图中所示的装置特性中，由于泵启动后的关闭扬程
H0小于管路的静扬程HM，管路中的流量建立不起来，根本无法工 作。
喘振极限曲线。
1.0 0
50 100
曲线左侧 不稳定区，喘振区。
Q,%
2020/10/18
10
喘振是离心式压缩机的固有特性，事实上少数离心泵也可能 喘振，并较易说明喘振原理。
少数离心泵其H—Q性能曲线呈驼 峰型，其与管路特性可能有两个交点M 和M1，理论上讲都是工作点，但M1是稳 定工作点，M是不稳定工作点。
第三章 流体输送设备的控制
3.1 概述
流体输送设备： 在石油化工生产过程中用于输送流体和提高流体压头的机械设备。
液体 泵
气体 风机、压缩机
流体输送设备的控制： 为保证平稳生产进行的流量、压力控制；
为保护输送设备的安全而进行的控制。
Biblioteka Baidu
被控对象的特点：
① 对象的时间常数小、可控性较差
分
如流量控制，受控变量和操纵变量常常是 FT FC SP
阀的开度(即hV )改变工作点。
H ~Q
hV c HL ~ Q
hf hp hL
Q
2020/10/18
5
H
n1 n4n3n2
Q H k1n2 k2Q2
离心泵工作点流量控制方案：
(1)直流节流法
SP
FT FC
HL ~ Q hV
H
c
hf
hL
hp Q
H h h h h
L
p
L
f
V
H
cH1L1
HL2 c2
泵与管路联接在一起，它的排量与压头的关 系既与泵的特性有关，也与管路特性有关。
管路特性：指的是管路系统中的流体流量与管路 系统阻力之间的关系
如图所示管路系统阻力包括：
①管路两端静压差引起的压头
hp ( p2 p1) (r g)
②流体提升一定高度所需压头 hL ③克服管路摩擦损失所需压头hf
2020/10/18
2020/10/18
11
离心泵的实际运行中，可能发生的不稳定情况如图：
离心泵工作中产生不稳定工况需要两个条件： ①泵的H—Q特性曲线呈驼峰状； ②管路装置中要有能自由升降的液面或能储存和放出能量的地方。
对离心压缩机，其性能曲线大多呈驼峰型，且输送的介质是可压缩 的气体，只要串联管路容积较大，就能起到储能作用，故易发生不稳跳 动的工况。
的偏差而造成严重损失，而且事故的出现往往迅速猛烈，单靠人工
处理措手不及。必须认真设置相应的控制系统。
一台大型离心式压缩机通常有下列控制系统：
① 负荷控制系统，即气量或出口压力控制
直接节流法、旁路回流法、调速法
注意：
旁路回流时，若多级压缩，不宜从末段出口至第一段入口直接
旁路，宜采用分段旁路，或增设降压消音装置等措施；
2020/10/18
2
离心泵结构
往复泵
2020/10/18
旋转泵
3
压头
旋转叶轮作用在液体上的离心力
转速
离心力
压头
H
叶轮与壳体之间有空隙，关闭泵的出口阀
时，排量为零，压头最高，泵所做的功
热。
泵的特性：压头H 与排量及转速n 之间的关系
nHQ H
经验公式： H k1n2 k2Q2 k1, k2 比例系数
调速时，要求气轮机的转速可调范围能够满足气量调节的需要。
② 防喘振控制：
喘振是离心式压缩机的固有特性，为使压缩机安全运行，必须采取
相应的控制。
2020/10/18
8
③压缩机组的油路控制系统 如密封油、控制油、润滑油等通常 也设立相应的油压、油温联锁报警控制系统。
④压缩机主轴的轴向推力、轴向位移及振动的指示与联锁保 护系统
2020/10/18
1、轴 2、轴封 3、工作轮 4、扩压器 5、蜗壳 6、工作轮叶片 7、扩压器叶片
单级离心式制冷压缩机
9
3.3 离心压缩机的防喘振控制
3.3.1 离心式压缩机的特性曲线及喘振
1、特性曲线
压缩比：出口绝对压力P2和入口绝对压力P1之比P2/P1
特性曲线：压缩比和入口体积流量的关系曲线P2/P1—Q； 效率和流量关系曲线—Q； 功率和流量之间关系曲线N—Q。
3.2 泵及压缩机的控制
3.2.1 泵和管路系统的特性
{ { 泵的种类 主要可分为两大类：
离心泵——应用较为普遍 往复泵
容积泵 旋转泵
1、离心泵 由叶轮、机壳组成，叶轮在电机带动下高速旋转
c3
HL3
通2过020控/10/制18 器 阀的开度 hV 工作点C
Q
6
(2)改变泵的转速n
(3)通过旁路控制
SP FC
FT
x
r
2020/10/18
HL
H
c1
c3 c2
n1
n3 n2
Q
xr
H
r/x
Q
7
3.2.2 压缩机的控制方案 2、离心式压缩机 优点：① 压缩机的润滑油等不污染被输送的气体
② 调节性能好，调节气量的变化范围广 ③ 运行效率高、维修方便，元器件不易损坏 ④ 流量大，体积小，重量轻，经济性能较高 缺点：喘振、轴向推力大——固有的、难以消除。常有可能因微小
对于控制系统设计而言，主要只用到压缩比和入口体积流量的关系。
2、喘振 当负荷降低到一定程度时，气体的排出
3.0
量会出现强烈振荡，同时机身也剧烈振动，
P2 P1
喘振 区
n3
这种现象叫离心式压缩机的喘振。
2.0
n2
由特性曲线发现，每一条曲线都对应一个 P2/P1值的最高点，在不同转速下，把这些点连
n1
起来就得到一条曲线
同一物料。只是检测点和控制点的位置不同，
馏 塔
因此对象的时间常数很小。
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。
2020/10/18
1
因此进行控制器参数整定时，应取较大的比例度，为消除余差引 入积分作用。
② 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。
n1 n4n3n2
Q
p2
hL p1
4
④控制阀两端的节流压头hv，阀的开度
一定时，与流量的平方成反比。
H L hp hL hf hV
H
HL 和 Q 流量的关系称为管路特性
当系统平衡时，H H L 如图中的C(平衡
工作点)点，即泵的特性曲线与管路特性曲线 的交点。
工作点应满足一定的工艺要求，通过改变
M1：当干扰发生Q泵的扬程<管路 所需压头 Q 回M1点 M ：当干扰发生Q泵的扬程>管路 所需压头 Q 远离M 点
工作点稳定与不稳定的判别： 当交点处
管路特性的斜率大于泵特性的斜率时，是稳定工作点；否则是不
稳定工作点。
实际上，图中所示的装置特性中，由于泵启动后的关闭扬程
H0小于管路的静扬程HM，管路中的流量建立不起来，根本无法工 作。
喘振极限曲线。
1.0 0
50 100
曲线左侧 不稳定区，喘振区。
Q,%
2020/10/18
10
喘振是离心式压缩机的固有特性，事实上少数离心泵也可能 喘振，并较易说明喘振原理。
少数离心泵其H—Q性能曲线呈驼 峰型，其与管路特性可能有两个交点M 和M1，理论上讲都是工作点，但M1是稳 定工作点，M是不稳定工作点。
第三章 流体输送设备的控制
3.1 概述
流体输送设备： 在石油化工生产过程中用于输送流体和提高流体压头的机械设备。
液体 泵
气体 风机、压缩机
流体输送设备的控制： 为保证平稳生产进行的流量、压力控制；
为保护输送设备的安全而进行的控制。
Biblioteka Baidu
被控对象的特点：
① 对象的时间常数小、可控性较差
分
如流量控制，受控变量和操纵变量常常是 FT FC SP
阀的开度(即hV )改变工作点。
H ~Q
hV c HL ~ Q
hf hp hL
Q
2020/10/18
5
H
n1 n4n3n2
Q H k1n2 k2Q2
离心泵工作点流量控制方案：
(1)直流节流法
SP
FT FC
HL ~ Q hV
H
c
hf
hL
hp Q
H h h h h
L
p
L
f
V
H
cH1L1
HL2 c2
泵与管路联接在一起，它的排量与压头的关 系既与泵的特性有关，也与管路特性有关。
管路特性：指的是管路系统中的流体流量与管路 系统阻力之间的关系
如图所示管路系统阻力包括：
①管路两端静压差引起的压头
hp ( p2 p1) (r g)
②流体提升一定高度所需压头 hL ③克服管路摩擦损失所需压头hf
2020/10/18
2020/10/18
11
离心泵的实际运行中，可能发生的不稳定情况如图：
离心泵工作中产生不稳定工况需要两个条件： ①泵的H—Q特性曲线呈驼峰状； ②管路装置中要有能自由升降的液面或能储存和放出能量的地方。
对离心压缩机，其性能曲线大多呈驼峰型，且输送的介质是可压缩 的气体，只要串联管路容积较大，就能起到储能作用，故易发生不稳跳 动的工况。
的偏差而造成严重损失，而且事故的出现往往迅速猛烈，单靠人工
处理措手不及。必须认真设置相应的控制系统。
一台大型离心式压缩机通常有下列控制系统：
① 负荷控制系统，即气量或出口压力控制
直接节流法、旁路回流法、调速法
注意：
旁路回流时，若多级压缩，不宜从末段出口至第一段入口直接
旁路，宜采用分段旁路，或增设降压消音装置等措施；
2020/10/18
2
离心泵结构
往复泵
2020/10/18
旋转泵
3
压头
旋转叶轮作用在液体上的离心力
转速
离心力
压头
H
叶轮与壳体之间有空隙，关闭泵的出口阀
时，排量为零，压头最高，泵所做的功
热。
泵的特性：压头H 与排量及转速n 之间的关系
nHQ H
经验公式： H k1n2 k2Q2 k1, k2 比例系数
调速时，要求气轮机的转速可调范围能够满足气量调节的需要。
② 防喘振控制：
喘振是离心式压缩机的固有特性，为使压缩机安全运行，必须采取
相应的控制。
2020/10/18
8
③压缩机组的油路控制系统 如密封油、控制油、润滑油等通常 也设立相应的油压、油温联锁报警控制系统。
④压缩机主轴的轴向推力、轴向位移及振动的指示与联锁保 护系统
2020/10/18
1、轴 2、轴封 3、工作轮 4、扩压器 5、蜗壳 6、工作轮叶片 7、扩压器叶片
单级离心式制冷压缩机
9
3.3 离心压缩机的防喘振控制
3.3.1 离心式压缩机的特性曲线及喘振
1、特性曲线
压缩比：出口绝对压力P2和入口绝对压力P1之比P2/P1
特性曲线：压缩比和入口体积流量的关系曲线P2/P1—Q； 效率和流量关系曲线—Q； 功率和流量之间关系曲线N—Q。