第三章-流体输送设备的控制(0改)课件.ppt
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1、2022-12-261第三章第三章 流体输送设备的控制流体输送设备的控制3.1 概述概述流体输送设备:流体输送设备:流体输送设备的控制:流体输送设备的控制:液体液体 泵泵 气体气体 风机、压缩机风机、压缩机被控对象的特点:被控对象的特点: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。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。为保证平稳生产进行的流量、压力控制;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。为保护输送设备的安全而进行的控制。对象的时间常数小、可控性较差对象的时间常数小、可控性较差 如流量控制,受控变量和操纵变量常常是如流量控制,
2、受控变量和操纵变量常常是同一物料。只是检测点和控制点的位置不同,同一物料。只是检测点和控制点的位置不同,因此对象的时间常数很小。因此对象的时间常数很小。FCFTSP分分馏馏塔塔 广义对象的特性必须考虑测量环节和控制阀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。此广义对象的时间常数较小,可控性较差。2022-12-262 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。入积分作用。泵的种类泵的种类 主要可分
3、为两大类:主要可分为两大类:测量信号伴有高频噪声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。滤波。广义对象的静态特性存在着非线性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(原因是管道原因是管道阻力变化影响对象的特性阻力变化影响对象的特性)。3.2 泵及压缩机的控制泵及压缩机的控制3.2.1 泵和管路系
4、统的特性泵和管路系统的特性 离心泵离心泵应用较为普遍应用较为普遍容积泵容积泵 往复泵往复泵 旋转泵旋转泵 2022-12-263离心泵结构往复泵旋转泵2022-12-264压头压头转速转速旋转叶轮作用在液体上的离心力旋转叶轮作用在液体上的离心力离心力离心力压头压头 叶轮和与壳体之间有空隙,关闭泵的出口阀叶轮和与壳体之间有空隙,关闭泵的出口阀时,排量为零,压头最高,泵所做的功时,排量为零,压头最高,泵所做的功 热。热。泵的特性:泵的特性:压头压头 与排量及转速与排量及转速 之间的关系之间的关系Hn经验公式:经验公式:nHQHQ1nH2n3n4n 泵与管路联接在一起,它的排量与压头的关系既与泵的特
5、性有关,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。也与管路特性有关。2221QknkH21,kk比例系数比例系数管路特性: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 1、离心泵、离心泵 由叶轮、机壳组成,叶轮在电机带动下高速旋转由叶轮、机壳组成,叶轮在电机带动下高速旋转2022-12-265 控制阀两端的节流压头控制阀两端的节流压头h hv v,阀的开度阀的开度一定时,与流量的平方成反比。一定时,与流量的平方成反比。VfLpLhhhhH 和和 流量的关系称为管路特性流量的关系称为管路特性LHQ
6、QVhHQHLcfhphLhQH 当系统平衡时,当系统平衡时,如图中的如图中的C(平衡平衡工作点工作点)点点,即泵的特性曲线与管路特性曲线,即泵的特性曲线与管路特性曲线的交点。的交点。LHH 工作点应满足一定的工艺要求,通过改变工作点应满足一定的工艺要求,通过改变阀的开度阀的开度(即即 )改变工作点。改变工作点。Vh如图所示管路系统阻力包括:如图所示管路系统阻力包括:Lh2p1p 管路两端静压差引起的压头管路两端静压差引起的压头 流体提升一定高度所需压头流体提升一定高度所需压头)()(12grpphp 克服管路摩擦损失所需压头克服管路摩擦损失所需压头h hf fLh管路系统总阻力:管路系统总阻
7、力:2022-12-266Q1nH2n3n4n2221QknkHQVhHQHLcthphLhVfLpLhhhhH(1)直接节流法直接节流法FCFTSPQH1c2c3c1LH2LH3LH离心泵工作点流量控制方案:离心泵工作点流量控制方案:2022-12-267(2)调速法调速法QH1c2c3cLH1n2n3n(3)旁路回流法旁路回流法FCFTSPQHxrxr2022-12-268气缚现象:气缚现象:控制阀应安装在泵的出口管线上,对不应安装在泵的控制阀应安装在泵的出口管线上,对不应安装在泵的入口管线上。如误安装在泵的入口管线上,由于节流压头的存在,入口管线上。如误安装在泵的入口管线上,由于节流压头
8、的存在,使泵的入口压力比无阀时要低,从而使部分液体气化,造成泵的使泵的入口压力比无阀时要低,从而使部分液体气化,造成泵的出口压力降低,排量降低,甚至使排量等于零,这种现象称为出口压力降低,排量降低,甚至使排量等于零,这种现象称为“气缚气缚”。气蚀现象:气蚀现象:或者夹带部分气化的气体到排出端后,因受到压缩会或者夹带部分气化的气体到排出端后,因受到压缩会重新凝聚成液体,对泵内机件产生冲击,严重会损坏叶轮和机壳,重新凝聚成液体,对泵内机件产生冲击,严重会损坏叶轮和机壳,这种现象称为这种现象称为“气蚀气蚀”。2022-12-269 何谓泵的特性?用曲线和公式表示出来。何谓谓管路特性?用曲线和公式表示
9、出来。离心泵系统达到稳定状态的条件是什么?如何实现?习 题2022-12-26101 1、离心式压缩机、离心式压缩机 优点:优点:压缩机的润滑油等不污染被输送的气体压缩机的润滑油等不污染被输送的气体 调节性能好,调节气量的变化范围广调节性能好,调节气量的变化范围广 运行效率高、维修方便,元器件不易损坏运行效率高、维修方便,元器件不易损坏 流量大,体小,重量轻,经济性能较高流量大,体小,重量轻,经济性能较高 一台大型离心式压缩机通常有下列一台大型离心式压缩机通常有下列控制系统:控制系统:负荷控制系统,即气量或出口压力控制负荷控制系统,即气量或出口压力控制 直接节流法、旁路回流法、调速法直接节流法
10、、旁路回流法、调速法 注意: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;旁路,宜采用分段旁路,或增设降压消音装置等措施;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。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。缺点:喘振、轴向推力大缺点:喘振、轴向推力大固有的、难以消除。常有可能因微小固有的、难以消除。常有可能因微小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
11、置相应的控制系统。处理措手不及。必须认真设置相应的控制系统。3.2.2 压缩机的控制方案压缩机的控制方案2022-12-2611 压缩机组的油路控制系统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。设立相应的油压、油温联锁报警控制系统。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。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。防喘振控制: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。相应的控制。1、
12、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2022-12-26123.3 离心压缩机的防喘振控制离心压缩机的防喘振控制 1、特性曲线、特性曲线3.3.1 离心式压缩机的特性曲线及喘振离心式压缩机的特性曲线及喘振 压缩比:压缩比:出口出口绝对压力绝对压力P2和入口和入口绝对压力绝对压力P1之比之比P P2 2/P P1 1 特性曲线:特性曲线:压缩比和入口体积流量的关系曲线压缩比和入口体积流量的关系曲线P P1 1/P P2 2Q Q;效率和流量关系曲线效率和流量关系曲线 Q Q;功率和流量之间关系曲线功率和流量之间关系曲线NQNQ。对于控制系统设计而言,主要
13、只用到压缩比和入口体积流量的关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。系。2、喘振、喘振 当负荷降低到一定程度时,气体的排出当负荷降低到一定程度时,气体的排出量会出现强烈振荡,同时机身也剧烈振动,量会出现强烈振荡,同时机身也剧烈振动,这种现象叫离心式压缩机的喘振。这种现象叫离心式压缩机的喘振。由特性曲线发现,每一条曲线都对应一个由特性曲线发现,每一条曲线都对应一个P2/P1值的最高点,在不同转速下,把这些点连值的最高点,在不同转速下,把这些点连起来就得到一条曲线起来就得到一条曲线 喘振极限曲线。喘振极限曲线。曲线左侧曲线左侧 不稳定区,喘振区。不稳定区,喘振区。,%Q1n2
14、n3n0501000.10.20.312PP喘振喘振区区2022-12-2613 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。喘振,并较易说明喘振原理。少数离心泵其少数离心泵其HQ性能曲线呈性能曲线呈驼驼峰型峰型,其与管路特性可能有两个交点,其与管路特性可能有两个交点M和和M1,M1:当干扰发生当干扰发生Q 泵的扬程泵的扬程管路管路所需压头所需压头 Q 远离远离M 点点 当交点处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。
15、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,根本无法工管路中的流量建立不起来,根本无法工作。作。理论上讲都是工作点,但理论上讲都是工作点,但M1是稳是稳定工作点,定工作点,M是不稳定工作点。是不稳定工作点。工作点稳定与不稳定的判别工作点稳定与不稳定的判别:H0HM2022-12-2614离心泵的实际运行中,可能发生的不稳定情况如图: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:离心泵工作中产生不稳定工况需要两个条件:泵
16、的泵的HQ特性曲线呈驼峰状;特性曲线呈驼峰状;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。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,故易发生不稳跳跳动的工况。动的工况。2022-12-2615 连接离心式压缩机不同转速下连接离心式压缩机不同转速下的特性曲线的最高点,即可得到的特性曲线的最高点,即可得到喘振喘振极限线极限线,其左侧部分称,其左侧部分称
17、喘振区喘振区。3.3.2 引起喘振的原因引起喘振的原因负荷减小到一定程度负荷减小到一定程度最常见原因;最常见原因;被压缩气体的吸入状态被压缩气体的吸入状态:如分子量、温:如分子量、温度、压力等的变化。度、压力等的变化。吸入气体的分子量变化吸入气体的分子量变化:,%Q1n2n3n0501000.10.20.312PP喘振区喘振区 喘振情况与管网特性有关喘振情况与管网特性有关:管网容量越大,喘振的振幅越大,管网容量越大,喘振的振幅越大,而频率越低;管网容量越小,则相反。而频率越低;管网容量越小,则相反。同样的吸入同样的吸入气体流量气体流量QA下,分子量增大,压缩机进入下,分子量增大,压缩机进入喘振
18、区。喘振区。2022-12-2616 吸入气体温度的变化吸入气体温度的变化:吸入气体压力的变化吸入气体压力的变化:实际生产过程中,被压缩气体一般来实际生产过程中,被压缩气体一般来自上一工序,上一工序的操作情况会影响自上一工序,上一工序的操作情况会影响分子量和温度的变化,从而可能引起压缩分子量和温度的变化,从而可能引起压缩机的喘振。机的喘振。鉴于目前的防喘振控制系统一般只对鉴于目前的防喘振控制系统一般只对减小负荷而设,且分子量的变化无法进行减小负荷而设,且分子量的变化无法进行在线测量,故上述情况下,防喘振控制系在线测量,故上述情况下,防喘振控制系统会统会“失灵失灵”。对此需特加重视。对此需特加重
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