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第四章 流体输送设备的控制 黄越洋 信息与控制工程学院自动化系 第四章 流体输送设备的控制 【教学内容】 1. 泵的控制 2. 离心式压缩机的控制 【教学重点】 1.掌握离心泵和往复泵的控制方案。 2.掌握离心式压缩机的控制特性、喘振现象、喘振线和防喘控制线，掌握常见的防喘控制方案。 在石油、化工等生产过程中，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、提高压力的机械称为泵；输送气体并提高压力的机械称为风机和压缩机。 4.1.1 离心泵的特性及控制 HL——系统总阻力 hp——管路两端的静压差引起的压头 hL——管路两端的静液柱高度 hv——控制阀两端节流损失压头 hf——管路中的摩擦损失压头 当系统达到平稳状态时，泵的压头H必然等于HL，这是建立平衡的条件。从特性曲线上看，工作点c必然是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点。 工作点c的流量应符合预定要求，它可以通过以下方案来控制： 2、离心泵的控制方案 （3）旁路法 改变管路特性达到控制流量的目的。 4.1.2 往复式旋转式正排量泵的特性及控制 容积式泵有两类：一类是往复泵，包括活塞式、柱塞式等；另一类是直接位移旋转式，包括椭圆齿轮泵、螺杆式等。 往复泵 齿轮泵 由于这类泵的共同特点是泵的运动部件与机壳之间的空隙很小，液体不能在缝隙中流动，所以泵的排出量与管路系统无关。往复泵只取决于单位时间内的往复次数及冲程的大小，而旋转泵仅取决于转速 4.1.2 往复式旋转式正排量泵的特性及控制 1.特性 n：转速（冲程数）；k：结构常数； ：机械效率。 4.2 离心式压缩机的控制 压缩机是指输送压力较高的气体机械，一般产生高于300kPa的压力。压缩机分为往复式压缩机和离心式压缩机两大类。 往复式压缩机适用于流量小，压缩比高的场合，其常用控制方案有：汽缸余隙控制；顶开阀控制（吸入管线上的控制）；旁路回流量控制；转速控制等。这些控制方案有时是同时使用的。 近年来由于石油及化学工业向大型化发展，离心式压缩机急剧地向高压、高速、大容量、自动化方向发展。离心式压缩机与往复式压缩机比较有下述优点：体积小，流量大，重量轻，运行效率高，易损件少，维护方便，气缸内无油气污染，供气均匀，运转平稳，经济性较好等，因此离心式压缩机得到了很广泛的应用。 4.2 离心式压缩机的控制 60年代后，开始在化工中迅速推广，尤其大中型 厂。排量大，均匀，可用蒸汽燃汽机驱动，便于能 量回收。大型合成氨厂、乙烯厂、原料气压机、空 压机、工厂的心脏设备，控制要求高，一般有以下 几个方面： (1)气负荷或出口压力控制，常用调速器。 (2)油路系统，润滑油，密封油。 (3)真空系统 (4)各板吸入温度、压力、分离器液位。 (5)主轴推力、指示位移。 (6)防喘。 4.2.1离心式压缩机特性和喘振现象 1、特性 吸入流量（扩充量） 与压缩比 之间的关系. P2 /P1 为压缩机出口压力与进口压力 （均为绝压）之比，或称压缩比； n 为压缩机的转速；关系如图。 有一最高点：B 当 时， 当 时 2、喘振现象 当 ↓时 , → → 时→ ↓ 时，　　　→ ０ 转子内部充入大量气体，又重新排出对应点为 　　 但吸入量仍不足， 　↓ 当负荷降低到一定程度时，气体的排出量会出现强烈的振 荡，因而机身亦剧烈振动，这种现象称为喘振。 3、喘振极限曲线和喘振控制线（安全操作线） 将不同转速下的压缩机特性曲线的最高点连接起来所得的 一条曲线, 如图：把B点连接起来，得喘振极限线， 喘振极限线的左侧为不允许进入的喘振区。 在工程上,为了安全上的原因在喘振极限线右边,建立一条 安全操作线作为压缩机允许工作的界限。 控制不过此线的左侧即可防止喘振。 4、介质状态对喘振的影响 分子量m，温度T，压力P都有影响 如图： 分子量的影响： 当 　　= 　　时，对于m=20时， 喘振极限线右侧安全。 当m=28时， 　　　 ，喘振！ 温度影响如图： 当　　= 　　时， 对于 T=0～10℃安全。 4.2.2 防喘振控制系统 基本方案: 条件：　＞　　＝（１.０5～1.10 ) 办法: = + - 当 , 0(旁路阀打开) 当 = 0(旁路阀关闭) 1、固定流量极限防喘振