第1516章流体输送设备和传热设备控制1.ppt
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1、20 五月 2023第1516章流体输送设备和传热设备控制1流体输送设备的控制15.115.1 概述概述15.215.2 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第15章教学进程 教学进程15.115.1概述概述 流体：液体或气体 流体：液体或气体 液体传送 液体传送 泵 泵 气体传送 气体传送 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，安全保护控制教学进程 教学进程15.215.2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 15.2.1 15.2.1离心泵的叶轮在电动
2、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。泵速越高 泵速越高，离心力越大，出口压，离心力越大，出口压头越高。头越高。出口流量增大 出口流量增大，出口压力降低。，出口压力降低。离心泵特性公式：离心泵特性公式：性能流量Q 1401800m3/h扬程H 9125m进口直径 150600mm教学进程 教学进程15.215.2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 15.2.1 15.2.1离心泵特性曲线 离心泵特性曲线排出量Q压头Han3n4n2n1a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
3、响教学进程 教学进程因此，可以通过 因此，可以通过hv hv或其他手段改变 或其他手段改变H H压力（流量）压力（流量）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：（1 1）管路两端的静压差）管路两端的静压差hp hp（2 2）管路两端的静液柱高度，即升扬高度）管路两端的静液柱高度，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hv hv管路总压力阻力 管路总压力阻力H HL L=h=hp p+h+hL L+h+hf f+h+hv v 系统稳定工作：系统稳定工作：H=H H=HL L教学进
4、程 教学进程注意：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”和 和“气蚀 气蚀”现象，对离心泵产生损坏。现象，对离心泵产生损坏。(b)控制方案(a)流量特性FCHQHL1HL2C1C2 HL3C3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教学进程 教学进程离心泵的控制离心泵的控制 15.2.115.2.1“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，使泵的出口
5、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”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：调节方便 缺点：机械效率低（消耗在阀上）场合：常用，但排量小于正常排量的30%时要调整教学进程 教学进程FC调转速电动机HLn3n2n1HQ(a)流量特性(b)控制方案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 目前主要通过变频器 变频器控制电机的转速 控制电机的转
6、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。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，实现流量控制教学进程 教学进程离心泵的控制离心泵的控制 15.2.115.2.1 优点：机械效率高，节能 缺点：调速设备费用高 场合：多用于大功率的离心泵教学进程 教学进程（3 3）改变旁路回流）改变旁路回流 离心泵的控制离心泵的控制 15.2.115.2.1FC 优点：控制阀口径，调节方便 缺点：回路，能量消耗大（未充分使用）场合：有一定应用教学进程 教学进程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
7、采用节流方法控制 不能采用节流方法控制 n1 n2 n3排出量 QH压头往复泵：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教学进程 教学进程常见的控制方案：常见的控制方案：（1 1）变频调速 变频调速（2 2）旁 旁 路 路 法 法容积式泵的控制方案容积式泵的控制方案15.2.215.2.2教学进程 教学进程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性，如 性，如“喘振 喘振”、功率大、功率
8、大、转速快 转速快 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、往复式离心式应用比较多 离心式应用比较多 优点：P273 P273 缺点：教学进程 教学进程（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 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：（1 1）气量控制：与离心泵相似）气量控制：与离心泵相似（2 2）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 保护（电气控制）保护（电气控制）教学进程 教学进程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
9、制喘振现象及原因 喘振现象及原因 15.3.1 15.3.1 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，气体的正常输送被破坏，气量忽多忽少，发生强烈振荡 送被破坏，气量忽多忽少，发生强烈振荡“气喘 气喘”声音，严重破坏机器设备。声音，严重破坏机器设备。教学进程 教学进程T T点对应的流量 点对应的流量 极限流量 极限流量喘振现象及原因喘振现象及原因15.3.115.3.1p2/plp2/plQM1MTQMQ图 图15.8 15.8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：T T点右恻，稳定工作区 点右恻，稳定工作区 P2/
10、P1 P2/P1 Q Q P2/P1 P2/P1 T T点左恻，不稳定工作区 点左恻，不稳定工作区 P2/P1 P2/P1 Q Q P2/P1 P2/P1 喘振区 喘振区教学进程 教学进程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 QQp1 Qp2 Qp3p2/p1n1n2n3喘振区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教学进程 教学进程（1 1）气体吸入状态的改变 气体吸入状态的改变管路特性喘振线T1，M1，p1p2/p1Q喘振现象及原因喘振现象及原因15.3.115.3.1另外，有些
11、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教学进程 教学进程（2 2）管路阻力的变化 管路阻力的变化阻力p2/p1Q喘振现象及原因喘振现象及原因15.3.115.3.1教学进程 教学进程防喘振控制系统防喘振控制系统 15.3.215.3.2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QQ11QpQp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QQ11QpQp，教学进程 教学进程Q1Qp Q1Qp，旁路阀关死，旁路阀关死Q1Qp Q1Qp Q1Qp 此种方案中，此种方案中，Qp Qp是固定 是固定 值，正确选择 值，正确选
12、择Qp Qp值是关 值是关 键 键.选择最大转速下的Qp作为FC的设定值，（1 1）固定极限流量）固定极限流量排出循环压缩机吸入FC防喘振控制系统防喘振控制系统 15.3.215.3.2教学进程 教学进程（2 2）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 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 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p2/p1Q2教学进程 教学进程（2 2）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 不同形式的变换，组成
13、防喘振控制系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。P2+p2-ap1 r/bk2p1-pl r（p2-ap1）/bk2FC防喘振控制系统防喘振控制系统 15.3.215.3.2教学进程 教学进程（2 2）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 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 15.3.215.3.2p2+p1 r/bK2 pl p2-ap1FC教学进程 教学进程（2 2）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 不同形式的变换，组成防喘振控制
14、系统。不同形式的变换，组成防喘振控制系统。p2r/bK2p1p2r/bK2FC防喘振控制系统防喘振控制系统 15.3.215.3.2教学进程 教学进程（2 2）可变极限流量 可变极限流量P280 P280应用实例 应用实例防喘振控制系统防喘振控制系统 15.3.215.3.2教学进程 教学进程防喘振控制系统防喘振控制系统 15.3.215.3.2教学进程 教学进程压缩机串、并联运行及防喘振控制 压缩机串、并联运行及防喘振控制 15.3.3 15.3.3 通过一个 通过一个LS LS，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
15、。图 图15.21 15.21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LSF1C F2CF1F2P2P1P3B A教学进程 教学进程压缩机串、并联运行及防喘振控制 压缩机串、并联运行及防喘振控制 15.3.3 15.3.3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。P1P2F1F2FCABLS排出吸入教学进程 教学进程传热设备的控制16.1 16.1 概述概述16.2 16.2 传热设备的特性传热设备的特性16.3 16.3 一般传热设备的控制一般传热设备的控制16.4 16.4 锅炉设备的控制锅炉设备的控制16.5 16.5 加热炉的控制加热炉的
16、控制第16章教学进程 教学进程16.116.1概述概述对物料进行加热或冷却的设备称为传热设备 对物料进行加热或冷却的设备称为传热设备结构形式：列管式、蛇管式、夹套式、套管式 结构形式：列管式、蛇管式、夹套式、套管式（一般传热设备）（一般传热设备）特殊传热设备：特殊传热设备：加热炉、锅炉、蒸发器等 加热炉、锅炉、蒸发器等 传热设备的类型 传热设备的类型 16.1.1 16.1.1 传热方式：传热方式：传导、对流、辐射 传导、对流、辐射物流接触关系：物流接触关系：直接接触式，间壁式、蓄热式 直接接触式，间壁式、蓄热式 热量交换形式：热量交换形式：无相变的热量交换、有相变的热量交换 无相变的热量交换
17、、有相变的热量交换教学进程 教学进程传热设备的类型 传热设备的类型 16.1.1 16.1.1（a）列管式换热器液体1进口液体2入口液体1出口花板液体2出口列管教学进程 教学进程换热器、蒸汽加热器、再沸器、冷凝器等 换热器、蒸汽加热器、再沸器、冷凝器等传热设备的类型 传热设备的类型 16.1.1 16.1.1教学进程 教学进程传热设备的控制要求 传热设备的控制要求 16.1.2 16.1.2（1 1）对工艺介质进行加热或冷却 对工艺介质进行加热或冷却（2 2）使工艺介质发生相变 使工艺介质发生相变（3 3）热量回收 热量回收 主要是进行 主要是进行温度控制 温度控制，以及一些保护性控制，以及一
18、些保护性控制 控制要求：教学进程 教学进程传热设备的特性传热设备的特性 16.216.2图 图16-2 16-2逆流单程换热器 逆流单程换热器G2c2T2iG1c1T1iG1c1T10G2c2T20教学进程 教学进程16.2.1 16.2.1静态特性分析 静态特性分析 基于热量平衡方程和传热速率方程 基于热量平衡方程和传热速率方程 用于系统扰动分析及静态控制设计依据 用于系统扰动分析及静态控制设计依据q=KFT 单程、逆流管式换热器静态特性基本表达式(16-6)q=G1c1(T1o-T1i)=G2c2(T2i-T2o)教学进程 教学进程仿真分析（静态放大倍数）：仿真分析（静态放大倍数）：T1i
19、T1o T1iT1o：式 式16-8T2iT1o 16-8T2iT1o：式 式16-9 16-9教学进程 教学进程线性，小于1线性仿真分析（静态放大倍数）仿真分析（静态放大倍数）（非线性）非线性）T1o-G2 T1o-G2：T1o-G1 T1o-G1：3124图 图16-4 16-4图 图16-5 16-5教学进程 教学进程16.2.2 16.2.2动态特性分析 动态特性分析 T1iT1o T1iT1o：式 式16-11 16-11动态纯滞后环节 动态纯滞后环节T2iT1o T2iT1o、G1T1o G1T1o、G2T1o G2T1o式 式16-12 16-12带纯滞后的二阶惯性环节 带纯滞后
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- 1516 流体 输送 设备 传热 控制
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