过程控制系统及工程课件.pptx

过程控制系统及工程信息学院自动化系：孙洪程信息学院自动化系：孙洪程 Email:S第第1515章章 流体输送设备的控制流体输送设备的控制 流体输送设备的控制流体输送设备的控制15.115.1 流体输送设备的控制流体输送设备的控制流体输送设备的控制流体输送设备的控制15.215.2 泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制15.315.3 离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制第第15章章教学进程教学进程教学进程教学进程15.115.1概述概述概述概述流体：液体或气体流体：液体或气体流体：液体或气体流体：液体或气体液体传送液体传送液体传送液体传送泵，泵，泵，泵，气体传送气体传送气体传送气体传送风机或压缩机风机或压缩机风机或压缩机风机或压缩机 控制目标：流量、压力控制，安全保护控制控制目标：流量、压力控制，安全保护控制控制目标：流量、压力控制，安全保护控制控制目标：流量、压力控制，安全保护控制15.215.2泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.2.115.2.1 离心泵的叶轮在电动机的带离心泵的叶轮在电动机的带离心泵的叶轮在电动机的带离心泵的叶轮在电动机的带 动下做高速旋转运动，产生离心力。动下做高速旋转运动，产生离心力。动下做高速旋转运动，产生离心力。动下做高速旋转运动，产生离心力。泵速越高，离心力越大，出口压泵速越高，离心力越大，出口压泵速越高，离心力越大，出口压泵速越高，离心力越大，出口压头越高。头越高。头越高。头越高。出口流量增大，出口压力降低。出口流量增大，出口压力降低。出口流量增大，出口压力降低。出口流量增大，出口压力降低。离心泵特性公式：离心泵特性公式：离心泵特性公式：离心泵特性公式：性能性能流量Q 1401800m3/h扬程H 9125m进口直径 150600mm15.215.2泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制泵和压缩机的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.2.115.2.1离心泵特性曲线离心泵特性曲线离心泵特性曲线离心泵特性曲线另外，管路系统的压力也对泵的特性有影响另外，管路系统的压力也对泵的特性有影响另外，管路系统的压力也对泵的特性有影响另外，管路系统的压力也对泵的特性有影响a,压头Hn3n2 n1n4排出量Q离心泵特性曲线a 因此，可以通过因此，可以通过因此，可以通过因此，可以通过hvhv或其他手段改变或其他手段改变或其他手段改变或其他手段改变HH压力（流量）压力（流量）压力（流量）压力（流量）离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.2.115.2.1管路阻力：管路阻力：管路阻力：管路阻力：（1 1）管路两端的静压差）管路两端的静压差）管路两端的静压差）管路两端的静压差hphp（2 2）管路两端的静液柱高度，）管路两端的静液柱高度，）管路两端的静液柱高度，）管路两端的静液柱高度，即升扬高度即升扬高度即升扬高度即升扬高度h hL L（3 3）管路的摩擦损失）管路的摩擦损失）管路的摩擦损失）管路的摩擦损失h hf f（4 4）控制阀两端的节流损失）控制阀两端的节流损失）控制阀两端的节流损失）控制阀两端的节流损失hvhv管路总压力阻力管路总压力阻力管路总压力阻力管路总压力阻力HHL L=h=hp p+h+hL L+h+hf f+h+hv v 系统稳定工作时则有泵压头等于管路总系统稳定工作时则有泵压头等于管路总系统稳定工作时则有泵压头等于管路总系统稳定工作时则有泵压头等于管路总压头：压头：压头：压头：H=HH=HL L=hp+hL+hf+hv=hp+hL+hf+hvp2HLhvhvH压头HLhLChfhfp1hLhp排出量Q注意，控制阀一定要装在阀的出口位置，否则会出现注意，控制阀一定要装在阀的出口位置，否则会出现注意，控制阀一定要装在阀的出口位置，否则会出现注意，控制阀一定要装在阀的出口位置，否则会出现“气缚气缚气缚气缚”和和和和“气蚀气蚀气蚀气蚀”现象，对离心泵产生损坏。现象，对离心泵产生损坏。现象，对离心泵产生损坏。现象，对离心泵产生损坏。(b)(b)控制方案控制方案FC离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.2.115.2.1（1 1）直接节流法）直接节流法）直接节流法）直接节流法改变直接节流阀的开度，改变平衡工作点的位置改变直接节流阀的开度，改变平衡工作点的位置改变直接节流阀的开度，改变平衡工作点的位置改变直接节流阀的开度，改变平衡工作点的位置C C(a)(a)流量特性流量特性HQH HL1L1H HL2L2C C1 1H HL3L3C C3 3C C2 2离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.2.115.2.1“气缚气缚气缚气缚”hv”hv使得入口压力下降，使液体部分汽化，使得入口压力下降，使液体部分汽化，使得入口压力下降，使液体部分汽化，使得入口压力下降，使液体部分汽化，使泵的出口压力下降，排量降至零使泵的出口压力下降，排量降至零使泵的出口压力下降，排量降至零使泵的出口压力下降，排量降至零“气蚀气蚀气蚀气蚀”hv”hv使得部分汽化的气体到达出口，受压缩重新使得部分汽化的气体到达出口，受压缩重新使得部分汽化的气体到达出口，受压缩重新使得部分汽化的气体到达出口，受压缩重新凝聚成液体，对泵内机件产生冲击凝聚成液体，对泵内机件产生冲击凝聚成液体，对泵内机件产生冲击凝聚成液体，对泵内机件产生冲击 优点：优点：调解方便调解方便 缺点：缺点：机械效率低（消耗在阀上）机械效率低（消耗在阀上）场合：场合：常用，排量小于正常排量的常用，排量小于正常排量的30%时要调整时要调整FC调转速调转速原动机原动机HLn3n2n1H HQ(a)流量特流量特性性(b)控制方案控制方案离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.2.115.2.1（2 2）改变泵的转速）改变泵的转速）改变泵的转速）改变泵的转速通过改变泵的转速改变工作点通过改变泵的转速改变工作点通过改变泵的转速改变工作点通过改变泵的转速改变工作点目前主要通过变频器控制电机的转速目前主要通过变频器控制电机的转速目前主要通过变频器控制电机的转速目前主要通过变频器控制电机的转速变频器近年发展比较快，功能、可靠性大大提高，价格下降。变频器近年发展比较快，功能、可靠性大大提高，价格下降。变频器近年发展比较快，功能、可靠性大大提高，价格下降。变频器近年发展比较快，功能、可靠性大大提高，价格下降。此方法也可以取代控制阀，实现流量控制此方法也可以取代控制阀，实现流量控制此方法也可以取代控制阀，实现流量控制此方法也可以取代控制阀，实现流量控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.2.115.2.1 优点：优点：机械效率高，节能机械效率高，节能 缺点：缺点：调速复杂（离心泵较多时使用）调速复杂（离心泵较多时使用）场合：场合：少用，用于大功率的离心泵少用，用于大功率的离心泵（3 3）改变旁路回流）改变旁路回流）改变旁路回流）改变旁路回流 离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制离心泵的控制15.2.115.2.1FC 优点：优点：控制阀口径控制阀口径，调节方便，调节方便 缺点：缺点：回路，能量消耗大回路，能量消耗大（未充分使用）（未充分使用）场合：场合：有一定使用有一定使用容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案15.2.215.2.2不能采用节流方法控制不能采用节流方法控制不能采用节流方法控制不能采用节流方法控制 n n1 1n n2 2n n3 3排出量排出量 Q QH压压头头往复泵：活塞式、柱塞式往复泵：活塞式、柱塞式往复泵：活塞式、柱塞式往复泵：活塞式、柱塞式旋转泵：齿轮式、螺杆式旋转泵：齿轮式、螺杆式旋转泵：齿轮式、螺杆式旋转泵：齿轮式、螺杆式排量的大小与管路的阻力无关，排量的大小与管路的阻力无关，排量的大小与管路的阻力无关，排量的大小与管路的阻力无关，只取决于泵的冲程及往复频率只取决于泵的冲程及往复频率只取决于泵的冲程及往复频率只取决于泵的冲程及往复频率常见的控制方案：常见的控制方案：常见的控制方案：常见的控制方案：（1 1）变频调速变频调速变频调速变频调速 （2 2）旁旁旁旁 路路路路 法法法法容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案15.2.215.2.2压缩机的控制方案压缩机的控制方案压缩机的控制方案压缩机的控制方案15.2.315.2.3需要保证运行的安全需要保证运行的安全需要保证运行的安全需要保证运行的安全性，如性，如性，如性，如“喘振喘振喘振喘振”、功、功、功、功率大、转速快率大、转速快率大、转速快率大、转速快 气体增压及输送设备气体增压及输送设备气体增压及输送设备气体增压及输送设备离心式、往复式离心式、往复式离心式、往复式离心式、往复式离心式应用比较多离心式应用比较多离心式应用比较多离心式应用比较多 优点：优点：缺点：缺点：气量大，无脉动气量大，无脉动气量大，无脉动气量大，无脉动（4 4）轴推力、轴位移及连锁保护控制）轴推力、轴位移及连锁保护控制）轴推力、轴位移及连锁保护控制）轴推力、轴位移及连锁保护控制 压缩机的控制方案压缩机的控制方案压缩机的控制方案压缩机的控制方案15.2.315.2.3主要自控系统：主要自控系统：主要自控系统：主要自控系统：（1 1）气量控制：和离心泵相似）气量控制：和离心泵相似）气量控制：和离心泵相似）气量控制：和离心泵相似（2 2）防喘振控制）防喘振控制）防喘振控制）防喘振控制（3 3）油路控制：油温、油压联锁安全）油路控制：油温、油压联锁安全）油路控制：油温、油压联锁安全）油路控制：油温、油压联锁安全 保护（电气控制）保护（电气控制）保护（电气控制）保护（电气控制）15.315.3离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机的防喘振控制喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因15.3.115.3.1 离心式压缩机的负荷低于一定的值后，气体的正常输离心式压缩机的负荷低于一定的值后，气体的正常输离心式压缩机的负荷低于一定的值后，气体的正常输离心式压缩机的负荷低于一定的值后，气体的正常输送被破坏，气量乎多忽少，发生强烈振荡送被破坏，气量乎多忽少，发生强烈振荡送被破坏，气量乎多忽少，发生强烈振荡送被破坏，气量乎多忽少，发生强烈振荡“气喘气喘气喘气喘”声音，严重破坏机器设备。声音，严重破坏机器设备。声音，严重破坏机器设备。声音，严重破坏机器设备。T T点对应的流量点对应的流量点对应的流量点对应的流量极限流量极限流量极限流量极限流量喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因15.3.115.3.1p p2 2/p/pl lp p2 2/p/pl lQ QM1 1MTQ QM MQ Q图图图图 离心式压缩机工作曲线离心式压缩机工作曲线离心式压缩机工作曲线离心式压缩机工作曲线喘振产生的原因：喘振产生的原因：喘振产生的原因：喘振产生的原因：T T点右恻，稳定工作区点右恻，稳定工作区点右恻，稳定工作区点右恻，稳定工作区P2/P1P2/P1 QQP2/P1P2/P1T T点左恻，不稳定工作区点左恻，不稳定工作区点左恻，不稳定工作区点左恻，不稳定工作区 P2/P1P2/P1QQP2/P1P2/P1喘振区喘振区喘振区喘振区产生喘振的直接原因是负荷的下降产生喘振的直接原因是负荷的下降产生喘振的直接原因是负荷的下降产生喘振的直接原因是负荷的下降 QQ Qp1p1 Q Qp2p2 Q Qp3p3p p2 2/p/p1 1n n1 1n n2 2n n3 3喘振区喘振区喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因15.3.115.3.1不同的转速，离心泵的极限流量也不一样不同的转速，离心泵的极限流量也不一样不同的转速，离心泵的极限流量也不一样不同的转速，离心泵的极限流量也不一样（1 1）气体吸入状态的改变气体吸入状态的改变气体吸入状态的改变气体吸入状态的改变管路特性管路特性喘振线喘振线T T1 1 M M1 1 p p1 1p p2 2/p/p1 1Q喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因15.3.115.3.1另外，有些工艺原因也可以导致喘振另外，有些工艺原因也可以导致喘振另外，有些工艺原因也可以导致喘振另外，有些工艺原因也可以导致喘振（2 2）管路阻力的变化管路阻力的变化管路阻力的变化管路阻力的变化阻力阻力p p2 2/p/p1 1Q喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因喘振现象及原因15.3.115.3.1防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.3.215.3.2方法：方法：方法：方法：部分回流，既满足工艺要求，又使部分回流，既满足工艺要求，又使部分回流，既满足工艺要求，又使部分回流，既满足工艺要求，又使QQ1 1QpQp控制喘振：控制喘振：控制喘振：控制喘振：限制压缩机流量不小于极限流量限制压缩机流量不小于极限流量限制压缩机流量不小于极限流量限制压缩机流量不小于极限流量QQ1 1QpQp，Q1QpQ1Qp，旁路阀关死，旁路阀关死，旁路阀关死，旁路阀关死Q1QpQ1QpQ1Qp此种方案中，此种方案中，此种方案中，此种方案中，QpQp是固定是固定是固定是固定值，正确选择值，正确选择值，正确选择值，正确选择QpQp值是关值是关值是关值是关键键键键.选选择择最最大大转转速速下下的的QpQp作为作为FCFC的设定值，的设定值，（1 1）固定极限流量）固定极限流量）固定极限流量）固定极限流量排出排出循环循环压缩机压缩机吸吸入入FC防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.3.215.3.2（2 2）可变极限流量可变极限流量可变极限流量可变极限流量几种常见的操作线方程几种常见的操作线方程几种常见的操作线方程几种常见的操作线方程 防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.3.215.3.2设置极限流量随转速而变设置极限流量随转速而变设置极限流量随转速而变设置极限流量随转速而变 关键：确定压缩机的喘振关键：确定压缩机的喘振关键：确定压缩机的喘振关键：确定压缩机的喘振极限线方程极限线方程极限线方程极限线方程p p2 2/p/p1 1Q Q2 2（2 2）可变极限流量可变极限流量可变极限流量可变极限流量出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系 不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。P P2 2+p+p2 2-ap-ap1 1 r/bk r/bk2 2p p1 1-ppl l r r（p p2 2-ap-ap1 1）/bk/bk2 2FC防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.3.215.3.2（2 2）可变极限流量可变极限流量可变极限流量可变极限流量出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系 不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.3.215.3.2p p2 2+p p1 1 r/bKr/bK2 2 ppl l p p2 2-ap-ap1 1FC（2 2）可变极限流量可变极限流量可变极限流量可变极限流量出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系出入口压力与入口流量的关系 不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。p p2 2r/bKr/bK2 2pp1 1p p2 2r/bKr/bK2 2FC防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统防喘振控制系统15.3.215.3.2压缩机串、并联运行及防喘振控制压缩机串、并联运行及防喘振控制压缩机串、并联运行及防喘振控制压缩机串、并联运行及防喘振控制15.3.315.3.3 通过一个通过一个通过一个通过一个LSLS，不论哪个压缩机出现喘振，都可以把旁，不论哪个压缩机出现喘振，都可以把旁，不论哪个压缩机出现喘振，都可以把旁，不论哪个压缩机出现喘振，都可以把旁路阀打开，以防止喘振。路阀打开，以防止喘振。路阀打开，以防止喘振。路阀打开，以防止喘振。图图图图 压缩机串联运行时防喘振控制方案压缩机串联运行时防喘振控制方案压缩机串联运行时防喘振控制方案压缩机串联运行时防喘振控制方案LSF F1 1C CF F2 2C CF F1 1F F2 2P P2 2P P1 1P P3 3B BA A压缩机串、并联运行及防喘振控制压缩机串、并联运行及防喘振控制压缩机串、并联运行及防喘振控制压缩机串、并联运行及防喘振控制15.3.315.3.3并联情况并联情况并联情况并联情况 工艺上尽量要求单机运行工艺上尽量要求单机运行工艺上尽量要求单机运行工艺上尽量要求单机运行。P P1 1P P2 2F F1 1F F2 2FCFCA AB BLSLS排出排出吸入吸入