仪表与自动化(何道清)(二版) 第9章 典型设备控制方案.pptVIP

第9章 典型设备控制方案 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 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。 9.1 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。 9.1 流体输送设备的控制方案 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。 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制实际排出流量，如图9-7所示。 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。 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。 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。 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