第9章 典型设备控制方案

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1、第9章典型设备控制方案流体输送设备的自动控制传热设备的自动控制精馏塔的自动控制化学反应器的自动控制9.1流体输送设备的控制方案流体输送—动量传递过程。流体输送任务：输送流体（流量）和提高流体压头；流体输送设备：泵是液体输送设备，压缩机是气体输送设备。流体输送设备的控制：流量或压力控制；保护设备不致损坏的保护性控制。流量控制系统的主要扰动：压力和阻力的变化。9.1流体输送设备的控制方案1．离心泵的控制方案离心泵的压头是由旋转叶轮作用于液体的离心力而产生的。转速越高，离心力越大，压头也就越高。离心泵流量控制的目的，就是将泵的排出流量恒定于某一给定的数值上。离心泵的工作特性

2、经验公式H=k1n2k2Q2式中，H—泵的压头；Q—泵的流量；n—泵的转速；k1、k2—比例系数。图9-1离心泵的特性曲线aa—相应于最高效率的工作点9.1流体输送设备的控制方案（1）控制泵的出口阀门开度通过控制泵出口阀门开度来控制流量，如图9-2所示。9-2改变泵出口阻力控制流量图9-3泵的流量特性曲线与管路特性曲线9.1流体输送设备的控制方案在一定的转速n下，离心泵的排出流量与泵产生的压头H的关系如图9-2曲线A所示。改变泵的出口阀门开度，即改变管路上的阻力。相对于不同的开度，具有不同的阻力（如图5-2中管路特性曲线1，2，3），流量特性曲线与泵的管路特性曲线交点即为进行操作

3、的工作点，如图9-2中C1、C2、C3，对应流量Q1、Q2、Q3。控制阀一般应安装在泵的出口管线上，而不安装在泵的吸入管线上。这种控制方案总的机械效率较低。9.1流体输送设备的控制方案（2）控制泵的转速泵的转速改变时，泵的流量特性曲线也会改变。图9-4中曲线1、2、3表示转速分别为n1、n2、n3时的流量特性,且n1n2n3。此时管路特性曲线B与泵的流量特性曲线族n1、n2、n3的交点C1、C2、C3，对应泵处于不同转速时的流量Q1、Q2、Q3。图9-4改变泵的转速控制流量这种控制方案机械效率高；但调速机构较复杂。9.1流体输送设备的控制方案（3）控制泵的出口旁路增加出口旁路，将

4、泵的部分出口流量返回泵吸入管路，以改变旁路阀的开度控制泵的实际排出流量，如图9-5所示。这种控制方案不经济，少用。图9-5改变旁路阀控制流量9.1流体输送设备的控制方案2．往复泵的控制方案往复泵是利用活塞在气缸中往复滑行来输送流体，其理论流量Q理=60nFs（m3/h）式中，F—气缸截面积；s—活塞行程；n—每分钟的往复次数。9.1流体输送设备的控制方案（1）改变原动机的转速若以蒸气机作为原动机，则改变蒸气流量来改变转速n，如图9-6所示；若用电动机作为原动机，调速机构复杂，少用。图9-6改变原动机转速控制方案9.1流体输送设备的控制方案（2）控制泵的出口旁路改变旁路阀开度的方法来控

5、制实际排出流量，如图9-7所示。图9-7改变旁路流量控制方案9.1流体输送设备的控制方案（3）改变冲程s计量泵常用改变冲程s来进行流量控制。注意：往复泵的出口管道上不允许安装控制阀。这是有往复泵的流量特性（见图9-8）决定的。图9-8往复泵的特性曲线9.1流体输送设备的控制方案3.压气机的控制方案压气机主要是提高气体的压力。主要的压气机有压缩机、鼓风机、真空泵等。压气机的被控变量仍然是流量和压力。（1）直接控制流量对于低压离心式鼓风机，一般在其出口直接用控制阀控制流量，由于管径大，可采用蝶阀。9.1流体输送设备的控制方案其余情况，为了防止出口压力过高，通常在入口端控制流量。由于气体的

6、可压缩性，此方案也适用于往复式压缩机。对于往复式压缩机，应防止控制阀关小时出现“负压”现象，采用分程控制，利用旁路阀避免入口端“负压”，如图9-9所示。图9-9分程控制方案图9-10分程阀的特性9.1流体输送设备的控制方案（2）控制旁路流量对于压缩比很高的多段压缩机，从出口直接旁路回入口是不适宜的。这样控制阀前后压差太大，功率损耗太大。为此，可在中间某段安装反馈回路（旁路）控制阀以达到控制目的，如图9-11所示。（3）调节转速调节原动机转速方案以控制流量。图9-11控制压缩机旁路方案9.1流体输送设备的控制方案4.离心式压缩机的防喘振控制（1）离心式压缩机的特性曲线及喘振现象图9-1

7、2是离心式压缩机的特性曲线，即压缩机出口与入口绝对压力之比p2/p1与进口体积流量Q之间的关系曲线。由图可见，对应于不同转速n的每一条p2/p1~Q曲线，都有一个最高点。联接最高点的虚线是一条表征压缩机能否稳定操作的极限曲线。图9-12离心式压缩机特性曲线9.1流体输送设备的控制方案对于离心式压缩机，若由于压缩机的负荷(即流量)减少，使工作点进入不稳定区，将会出现一种危害极大的“喘振”现象。图9-13是离心式压缩机喘振现象的示意图。图9-13“喘振”现象示