離心泵安全運行.doc

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離心泵安全運行 泵的能力和特性參數不僅是流體在輸送時考慮的設計依據，而且是許多流體泄漏事故、冒頂事故、錯流或錯配事故技術分析和鑒定的依據。 離心泵是依靠高速旋轉的葉輪所產生的離心力對液體做功的流體輸送機械。由于它具有結構簡單，操作方便、性能適應范圍廣、體積小、流量均勻、故障少、壽命長等優(yōu)點，在化工生產中應用十分廣泛。在化工生產中使用的泵大約有80％為離心泵。 一、離心泵工作原理分析 (一)基本結構 離心泵的結構如圖6—1所示，在蝸牛形泵殼內，裝有一具葉輪，葉輪與泵軸連在一起，可以與軸一起旋轉，泵殼上有兩個接口，一個在軸向，接吸人管，一個在切向，接排出管。通常，在吸人管口裝有一個單向底閥，在排出管口裝有一調節(jié)閥，用來調節(jié)流量。 (二)、工作原理 在離心泵工作前，先灌滿被輸送液體。當離心泵啟動后，泵軸帶動葉輪高速旋轉，受葉輪上葉片的約束，泵內流體與葉輪一起旋轉，在離心力的作用下，液體從葉輪中心向葉輪外緣運動，葉輪中心(吸入口)處因液體空出而呈負壓狀態(tài)，這樣，在吸人管的兩端就形成了一定的壓差，即吸人液面壓力與泵吸人口壓力之差，只要這一壓差足夠大，液體就會被吸人泵體內，這就是離心泵的吸液原理。另一方面，被葉輪甩出的液體，在從中心向外緣運動的過程中，動能與靜壓能均增加了，流體進入泵殼后，由于泵殼內蝸形通道的面積是逐漸增大的，液體的動能將減少，靜壓能將增加，到達泵出口處時壓力達到最大，于是液體被壓出離心泵，這就是離心泵的排液原理。 如果在啟動離心泵前，泵體內沒有充滿液體，由于氣體密度比液體的密度小得多，產生的離心力很小，從而不能在吸入口形成必要的真空度，在吸入管兩端不能形成足夠大的壓差，于是就不能完成離心泵的吸液。這種因為泵體內充滿氣體(通常為空氣)而造成離心泵不能吸液(空轉)的現(xiàn)象稱為氣縛現(xiàn)象。因此，離心泵是一種沒有自吸能力的泵，在啟動離心泵前必須灌泵。 (三)、主要構件 離心泵的主要構件有葉輪、泵殼和軸封，有些還有導輪。 (1)葉輪葉輪是離心泵的核心構件，是在一圓盤上設置4—12個葉片構成的，其主要功能是將原動機械的機械能傳給液體，使液體的動能與靜壓能均有所增加。 根據葉輪是否有蓋板可以將葉輪分為3種形式，即開式、半開(閉)式和閉式，如圖6—2所示，其中圖6—2(a)為閉式葉輪，圖6—2(b)為半開式葉輪，圖6—2(c)為開式葉輪。通常，閉式葉輪的效率要比開式高，而半開式葉輪的效率介于兩者之間，因此應盡量選用閉式葉輪，但由于閉式葉輪在輸送含有固體雜質的液體時，容易發(fā)生堵塞，故在輸送含有固體的液體時，多使用開式或半開式葉輪。對于閉式葉輪與半閉式葉輪，在輸送液體時，由于葉輪的吸人口一側是負壓，而在另一側則是高壓，因此在葉輪兩側存在著壓力差，從而存在對葉輪的軸向推力，將葉輪沿軸向吸人竄動，造成葉輪與泵殼的接觸磨損，嚴重時還會造成泵的振動，為了避免這種現(xiàn)象，常常在葉輪的蓋板上開若干個小孔，即平衡孔。但平衡孔的存在降低了泵的效率。其他消除軸向推力的方法是安裝止推軸承或將單吸改為雙吸。 根據葉輪的吸液方式可以將葉輪分為兩種，即單吸葉輪與雙吸葉輪，如圖6—3所示。顯然，雙吸葉輪完全消除了軸向推力，而且具有相對較大的吸液能力。 葉輪上的葉片是多種多樣的，有前彎葉片，徑向葉片和后彎葉片3種，但工業(yè)生產中主要為后彎葉片，因為后彎葉片相對于另外兩種葉片的效率高，更有利于動能向靜壓能的轉換。由于兩葉片間的流動通道是逐漸擴大的，因此能使液體的部分動能轉化為靜壓能，葉片是一種轉能裝置。 (2)泵殼由于泵殼的形狀像蝸牛，因此又稱為蝸殼。這種特殊的結構，使葉輪與泵殼之間的流動通道沿著葉輪旋轉的方向逐漸增大并將液體導向排出管。 因此，泵殼的作用就是匯集被葉輪甩出的液體，并在將液體導向排出口的過程中實現(xiàn)部分動能向靜壓能的轉換。泵殼是一種轉能裝置，為了減少液體離開葉輪時直接沖擊泵殼造成的能量損失。常常在葉輪與泵殼之間安裝一個固定不動的導輪，如圖6—4所示。導輪帶有前彎葉片，葉片間逐漸擴大的通道使進入泵殼的液體的流動方向逐漸改變，從而減少了能量損失，使動能向靜壓能的轉換更加有效。導輪也是一個轉能裝置。通常，多級離心泵均安裝導輪。 (3)軸封裝置由于泵殼固定而泵軸是轉動的，因此在泵軸與泵殼之間存在一定的空隙，為了防止泵內液體沿空隙漏出泵外或空氣沿相反方向進人泵內，需要對空隙進行密封處理。用來實現(xiàn)泵軸與泵殼間密封的裝置稱為軸封裝置。常用的密封方式有兩種，即填料函密封與機械密封。 填料函密封是用浸沒或涂有石墨的石棉繩(或其他軟填料)填入泵軸與泵殼間的空隙，來實現(xiàn)密封目的；機械密封是通過一個安裝在泵軸上的動環(huán)與另一個安裝在泵殼上的靜環(huán)來實現(xiàn)密封目的的，工作時借助彈力使兩環(huán)密切接觸達到密封。兩種方式相比較，前者結構簡單，價格低，但密封效果差；后者結構復雜，精密，造價高，但密封效果好。因此，機械密封主要用在一些密封要求較高的場合，如輸送酸、堿、易燃、易爆、有毒、有害等液體。 近年來，隨著防磁防漏技術的日益成熟，借助加在泵內的磁性液體來達到密封與潤滑作用的技術正越來越引起人們的關注。 二、離心泵的主要性能 (一)主要性能參數 (1)送液能力指單位時間內從泵內排出的液體體積，用Qv表示，單位m3／s，也稱生產能力或流量。離心泵的流量與離心泵的結構、尺寸和轉速有關，在操作中可以變化，其大小可以由實驗測定。離心泵銘牌上的流量是離心泵在最高效率下的流量，稱為設計流量或額定流量。 (2)揚程是離心泵對lN流體所做的功。它是1N流體在通過離心泵時所獲得的能量，用H表示，單位m，也叫壓頭，離心泵的揚程與離心泵的結構、尺寸、轉速和流量有關。通常，流量越大，揚程越小，兩者的關系由實驗測定。離心泵銘牌上的揚程是離心泵在額定流量下的揚程。 (3)功率離心泵在單位時間內對流體所做的功稱為離心泵的有效功率，用Pe表示，單位W，有效功率由下式計算，即戶e＝HQρg 離心泵從原動機械那里所獲得的能量稱為離心泵的軸功率，用戶表示，單位W，由實驗測定，是選取電動機的依據。離心泵銘牌上的軸功率是離心泵在額定狀態(tài)下的軸功率。 (4)效率是反映離心泵利用能量情況的參數，由于機械摩擦、流體阻力和泄漏等原因，離心泵的軸功率總是大于其有效功率的，兩者的差別用效率來表示，用，η表示，其定義式為 離心泵效率的高低與泵的類型、尺寸及加工精度有關，又與流量及流體的性質有關，一般地，小型泵的效率為50％～70％，大型泵的效率要高些，有的可達90％。 (二)性能曲線 實驗表明，離心泵的揚程、功率及效率等主要性能均與流量有關，把它們與流量之間的關系用圖表示出來，就構成了離心泵的特性曲線，如圖6—5所示。 不同型號的離心泵的特性曲線雖然各不相同，但其總體規(guī)律是相似的。 (1)揚程—流量曲線揚程隨流量的增加而減少，但其總體規(guī)律是相似的。 (2)軸功率—流量曲線軸功率隨流量的增加而增加，也就是說當離心泵處在零流量時水泵的功率小。因此，離心泵開車和停車時，都要關閉出口閥，以達到降低功率，保護電機的目的。 (3)效率—流量曲線離心泵在流量為零時，效率為零，隨著流量的增加，效率也增加，當流量增加到某一數值后，再增加，效率反而下降。通常，把最高效率點稱為泵的設計點或額定狀態(tài)，對應的性能參數稱為最佳工況參數。銘牌上標出的參數就是最佳工況參數。顯然，泵在最高效率下運行最為經濟，但在實際操作中不太可能，應盡量維護在高效區(qū)(效率不低于最高效率的92％的區(qū)域)工作。性能曲線上常用破折號將高效區(qū)域標出，如圖6—5所示。 離心泵在指定轉速下的特性曲線由泵的生產廠家提供，標在銘牌或產品手冊上。需要指出的是，性能曲線是293K和98．1Pa下以清水作為介質測定的，因此，當被輸送液體的性質與水相差很大時，必須校正。 三離心泵的氣蝕與安裝高度 離心泵的揚程可以達到幾百甚至千米以上，但離心泵的安裝高度卻受到一定的限制，如果安裝過高，就會發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。輕則導致流量、壓頭迅速下降，重則導致不能吸液或葉輪傷害。 (一)汽蝕現(xiàn)象 如前所述，離心泵的吸液是靠吸液面與吸人口間的壓差完成的。當吸人液面壓力一定時，泵的安裝高度越大，則吸人口處的壓力將越小，當吸人口壓力小于操作條件下被輸送液體的飽和蒸汽壓時，液體將會汽化產生氣泡，含有氣泡的液體進入泵體后，在離心力的作用下，進入高壓區(qū)，氣泡在高壓的作用下，又液化為液體。由于原氣泡位置的空出造成局部真空，周圍液體在高壓的作用下，迅速填補原氣泡所占空間。這種高速沖擊頻率很高，可以達到每秒幾千次，沖擊壓強可以達到數百個大氣壓甚至更高。這種高速沖擊頻率很高，輕的葉輪疲勞，重的則可以將葉輪與泵殼破壞。甚至能把葉輪打成蜂窩狀。這種因為被輸送液體在泵內氣化再液化的現(xiàn)象叫離心泵的汽蝕現(xiàn)象。 汽蝕現(xiàn)象發(fā)生時，會產生噪聲和引起振動，流量、揚程及效率均會迅速下降。嚴重時，不能吸液。工程上當揚程下降3％時就認為進入了汽蝕狀態(tài)。 避免汽蝕現(xiàn)象的方法是限制泵的安裝高度。避免離心泵氣蝕現(xiàn)象的最大安裝高度，稱為離心泵的允許安裝高度，也叫允許吸上高度。 (二)允許安裝(吸上)高度 離心泵的允許安裝高度可以通過在圖6—6中的0—0截面和l—1截面間列柏努利方程求得。即： 式中Hg——允許安裝高度，m； P0——吸人液面壓力，Pa； p1——吸入口允許的最低壓力，Pa； u1——吸人口處的流速，m／s； ρ—液體的密度，kg／m3； ∑Hf，0—1——流體流經吸人管的阻力，m。 從式(6—2)可以看出，允許安裝高度與吸人液面上方的壓力P0，吸入口最低壓力戶，、液體密度P、吸人管內的動能及阻力有關。因此，增加吸人液面的壓力，減小液體的密度、降低液體溫度(通過降低液體的飽和蒸汽壓來降低p1)，增加吸人管直徑(從而使流速降低)和減少吸入管內流體阻力均有利于允許安裝高度的提高，在其他條件都確定的情況下，如果流量增加，將造成動能及阻力的增加，安裝高度會減少，汽蝕的可能性增加。 離心泵的允許安裝高度可以由允許吸上真空高度法或允許汽蝕余量法計算。近年來，前者已經很少使用，故只介紹后一種方法。 離心泵的抗汽蝕性能參數可用允許氣蝕余量來表示，其定義為泵吸人口處動能與靜壓能之和比被輸送液體的飽和蒸汽壓頭高出的最低數值。即 式中AA——允許汽蝕余量，m； Ps——操作溫度下液體的飽和蒸汽壓，Pa；其他符號同前。 同樣，泵的生產廠家提供的允許汽蝕余量是98．1kPa和293K下以水為介質測得的，當輸送條件不同時，應該對其校正。四、離心泵安全運行分析 (一)離心泵的工作點 如前所述，離心泵的流量與壓頭之間存在一定的關系，這由特性曲線決定，而對于給定的管路其輸送任務(流量)與完成任務所需要的壓頭之間也存在一定的關系，這可由柏努利方程決定，這種關系也稱為管路特性。顯然，當泵安裝在指定管路時，流量與壓頭之間的關系既要滿足這兩個方程，在性能曲線圖上，應為泵的特性曲線和管路特性曲線的交點。這個交點稱為離心泵在指定管路上的工作點，顯然，交點只有一個，也就是說，泵只能在工作點下工作。 (二)離心泵的安全調節(jié) 當工作點的流量及壓頭與輸送任務的要求不一致時，或生產任務改變時，必須進行適當的調節(jié)，調節(jié)的實質就是改變離心泵的工作點。主要方法有以下幾點。 (1)改變閥門開度主要是改變泵出口閥門的開度。因為即使吸入管路上有閥門，也不能進行調節(jié)，在工作中，吸人管路上的閥門應保持全開，否則易引起汽蝕現(xiàn)象。 由于用閥門調節(jié)簡單方便，因此工業(yè)生產中主要采用此方法。 (2)改變轉速通過前面對離心泵性能的分析可知，當轉速改變時，離心泵的性能也會跟著改變，工作點也隨之改變。 由于改變轉速需要變速裝置，使設備投入增加，故生產中很少采用。 (3)改變葉輪直徑通過車削的辦法改變葉輪的直徑，來改變泵的性能，從而達到改變工作點的目的。 由于車削葉輪不方便，需要車床，而且一旦車削便不能復原，因此工業(yè)上很少采用。 五其他類型的泵 (一)往復泵 往復泵是一種容積式泵，是一種通過容積的改變來對液體做功的機械。。是通過活塞或柱塞的往復運動來對液體做功的機械的總稱，包括活塞、柱塞泵、隔膜泵、計量泵等。 結構與工作原理：往復泵的主要構件有泵缸、活塞(或柱塞)、活塞桿及若干個單向閥等。如圖6—?所示，泵缸、活塞及閥門間的空間稱為工作室。當活塞從左向右移動時，工作室容積增加，而壓力下降，吸入閥在內外壓差的作用下打開，液體吸人泵內，而排出閥則因內外壓力的作用而緊緊關閉，當活塞從右向左移動時，工作室容積減小而壓力增加，排出閥在內外壓差的作用下打開，液體被排到泵外，而吸人閥則因內外壓力的作用而緊緊關閉，如此周而復始，實現(xiàn)泵的吸液與排液。 活塞在泵內左右移動的端點叫“死點”，兩“死點”間的距離為活塞從左向右運動的最大距離，稱為沖程。在活塞往復運動的一個周期里，如果泵只吸液一次，排液一次，稱為單動往復泵，如果各兩次，稱為雙動往復泵，人們還設計了三聯(lián)泵，三聯(lián)泵的實質是三臺單動泵的組合，只是排液周期相差了三分之一。 (二)旋渦泵 旋渦泵也是依靠離心力對液體做功的泵，但其殼體是圓形而不是蝸牛形，因此易于加工，葉片很多，而且是徑向的，吸人口與排出口在同側并由陋舌隔開，如圖6—8所示。工作時，液體在葉片間反復運動，多次接受原動機械的能量，因此能形成比離心泵更大的壓頭。不但流量小，而且由于在葉片間的反復運動，造成大量能量損失，效率低，約在15％一40％。因此，旋渦泵適用于輸送流量小而壓頭高的液體，例如送精鎦塔頂的回流液。其性能曲線除功率—流量線與離心泵相反外，其他與離心泵相似，所以旋渦泵也采用旁路調節(jié)。 (三)旋轉泵 旋轉泵是依靠轉子轉動造成工作室容積改變來對液體做功的機械。具有正位移特性。其特點是流量不隨揚程而變，有自吸力，不需灌泵，采用旁路調節(jié)器，流量小，比往復泵均勻，揚程高，但受轉動部件嚴密性限制，揚程不如往復泵，常用的旋轉泵有齒輪泵和螺桿泵兩種。見圖6—9和圖6—10。 齒輪泵通過兩個相互嚙合的齒輪的轉動對液體做功的，一個為主動輪，一個為從動輪。齒輪將泵殼與齒輪間的空隙分為兩個工作室，其中一個因為齒輪的打開而呈負壓與吸入管相連，完成吸液，另一個則因為齒輪嚙合而呈正壓與排出口相連，完成排液。近年來，內嚙合形式正逐漸替代外嚙合形式。因為其工作更平穩(wěn)，但制造復雜。 齒輪泵的流量小，揚程高，流量比往復泵均勻。適用于輸送高黏度及膏狀液體。例如潤滑油，但不宜輸送含有固體雜質的懸浮液。 螺桿泵是由一根或多根螺桿構成的。以雙螺桿為例，是通過兩個相互嚙合的螺桿來對液體做功，其原理、性能均與齒輪泵相似。具有流量小、揚程高、效率高、運轉平穩(wěn)、噪音低等特點。流量均勻。適用于高黏度液體的輸送，在合成纖維、合成橡膠工業(yè)中應用較多。 六往復式壓縮機 氣體壓縮與輸送機械廣泛應用在化工生產中，如前所述，按工作原理分也可以分為4類。而且各類的工作原理也與相應類型的泵相似。但是，由于氣體的明顯可壓縮性，使氣體的壓送機械更具有自身的特點。通常，按終壓或壓縮比(出口壓力與進口壓力之比)可以將氣體壓送機械分為4類，見表6—2。 目前，工業(yè)生產中氣體的壓送機械有往復式壓縮機與真空泵；離心式通風機、鼓風機與壓縮機；液環(huán)式真空泵；旋片式真空泵、噴射式真空泵、羅茨風機；軸流式風機等多種形式，其中以往復式與離心式應用最廣。值得一提的是，過去主要靠往復式壓縮機實現(xiàn)高壓，但由于離心式壓縮技術的成熟，離心式壓縮機應用已越來越廣泛，而且，由于離心式在操作上的優(yōu)勢，離心式大有取代往復式的趨勢。離心式壓縮機在合成氨廠的推廣就是很好的證明。 (一)往復式壓縮機的構造與工作過程 其構造與往復泵相似，主要由氣缸、活塞、活門構成，也是通過往復運動的活塞對氣體做功的，但是其工作過程與往復泵是不同的，這種不同是由于氣體的可壓縮性造成的。往復式壓縮機的工作過程分為4個階段。(1)膨脹階段當活塞運動造成工作室容積的增加時，殘留在工作室內的高壓氣體將膨脹，但吸人口活門還不會打開，只有當工作室內的壓力降低至等于或略小于吸入管路的壓力時，活門才會打開。 (2)吸氣階段吸入口活門在壓力的作用下打開，活塞繼續(xù)運行，工作室容積繼續(xù)增大，氣體不斷被吸人。 (3)壓縮階段活塞反向運行，工作室容積減少。工作室內壓力增加，但排出口活門仍不打開，氣體被壓縮。 (4)排氣階段當工作室內的壓力等于或略大于排出管的壓力時，排出口活門打開，氣體被排出。 顯然，同離心泵相比，因為存在膨脹與壓縮這兩個過程，吸氣量減少了，缸的利用率下降了。另外，由于氣體本身沒有潤滑作用，因此必須使用潤滑油以保持良好潤滑，為了及時除去壓縮過程產生的熱量，缸外必須設冷水夾套，活門要靈活，緊湊和嚴密。 (二)多級壓縮 氣體在壓縮過程中，排出氣體的溫度總是高于吸人氣體的溫度，上升幅度取決于過程性質及壓縮比，如果壓縮比過大，則能造成出口溫度很高，有可能使?jié)櫥妥兿』蛑?。且造成增加功耗等。因此，當壓縮比大于8時，常采用多級壓縮，以提高容積系數、降低壓縮機功耗及避免出口溫度過高。所謂多級壓縮是指氣體連續(xù)并依次經過若干個氣缸壓縮，達到需要的壓縮比的壓縮過程。每經過一次壓縮，稱為一級，級間設置冷卻器及油水分離器。理論證明，當每級壓縮比相同時，多級壓縮所消耗的功最少。 (三)安全運行分析 (1)排氣量是指在單位時間內，壓縮機排出氣體體積，以入口狀態(tài)計算，也稱壓縮機的生產能力，用Q表示，單位m3／s。與往復泵相似，其理論排氣量只與氣缸的結構尺寸、活塞的往復頻率及每一個工作周期的吸氣次數有關。但由于余隙內氣體的存在，摩擦阻力、溫度升高、泄漏等因素，使其實際排氣量要小，往復式壓縮機的流量也是脈沖式的，不均勻的，為了發(fā)送流量的不均勻性，壓縮機出口均安裝油水分離器。即能起緩沖作用，又能除油沫水沫等，同時吸入口處需安裝過濾器，以免吸人雜物。 (2)開車前應檢查儀表、閥門、電氣開關，聯(lián)鎖裝置，保安系統(tǒng)是否齊全、靈敏、準確、可靠。 (3)啟動潤滑油泵和冷卻水泵，控制在規(guī)定的壓力與流量。 (4)盤車檢查，確保轉動構件正常運轉。 (5)充氮置換，當被壓縮氣體易燃易爆時，必須用氮氣置換氣缸及系統(tǒng)內的介質，以防開車時發(fā)生爆炸。 (6)在統(tǒng)一指揮下，按開車步驟啟動主機和開關閥門。 (7)調節(jié)排氣壓力時，要同時逐漸調節(jié)進、出氣閥門，防止抽空和憋壓現(xiàn)象。 (8)經常“看、聽、摸、聞”檢查連接、潤滑、壓力、溫度等情況，發(fā)現(xiàn)隱患及時處理。 (9)在下列情況出現(xiàn)時緊急停車：斷水、斷電和斷潤滑油時；填料函及軸承溫度過高并冒煙時，電動機聲音異常，有燒焦味或冒火星時；機身強烈振動而減振無效時；缸體、閥門及管路嚴重漏氣時；有關崗位發(fā)生重大事故或調度命令停車時。 (10)停車時，要按操作規(guī)程熟練操作，不得誤操作。 七泵及壓縮機的安全控制系統(tǒng) (1)離心泵在工業(yè)生產過程中，離心泵是使用最廣泛的流體輸送設備之一。它主要由葉輪和機殼構成，葉輪在原動機帶動下作高速旋轉運動。出口處流體的壓頭來自于旋轉葉輪作用于液體而產生的離心力，轉速越高，離心力越大，壓頭也就越高。葉輪與機殼之間有空隙，關死泵的出口閥，流量為零，壓頭最高，此時泵所做的功，全部轉化為熱能而散發(fā)，同時也使泵內液體溫度升高。所以，離心泵不宜長時間關閉出口閥。隨著排量逐漸增大，泵所能提供的壓頭慢慢下降。泵的壓頭H、排量Q和轉速"之間的函數關系稱為泵的特性，如圖6—11所示。 若以經驗公式表示則 因為泵總是與一定的管路連接在一起工作的，它的排出量與壓頭的關系既與泵的特性有關，也與管道特性有關。所以在討論離心泵的工作狀態(tài)時，必須同時考慮泵和管道特性。管路特性就是管路系統(tǒng)中的流體流量與管路系統(tǒng)阻力之間的關系。管路系統(tǒng)的阻力包括(參照圖6—12)以下幾部分。 ①管路兩端的靜壓差引起的壓頭hpohp＝(p2一p1)／ρg，式中戶：，p1分別是管路系統(tǒng)出口和入口處的壓力，盧為流體的密度，g為重力加速度。 ②管路兩端的靜液柱高度人hl，這項是恒定的。 ③管路中的摩擦損失壓頭九fo、Af與流量的平方近似成比例關系。 ④控制閥兩端節(jié)流損失壓頭hvo在閥門開度一定時，hv，也與流量的平方成比例，但當閥門的開度變化時，hv，也隨著改變。設H1。為管路總阻力，則 上式即為管路特性的表達式，它的關系曲線示于圖6—12中。 當整個離心泵系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)時，泵的壓頭H必然等于系統(tǒng)總阻力HL，這是建立平衡的條件。圖6—12中C點是泵的特性曲線與管路特性曲線的交點，它是泵的一個平衡工作點。 工作點C的流量應滿足一定的工藝要求，可以用改變hv，或其他手段來滿足這一要求。通常有下列控制方案。 1)直接節(jié)流法即直接改變節(jié)流閥的開度，從而改變hv，造成管路特性變化，以達到控制目的。圖6—12表示這種控制方案和泵系統(tǒng)工作點的移動情況。 如圖6—13所示，控制閥應裝在泵的出口管線上，而不應裝在泵的吸入口處。若閥裝在泵的吸入管道上，由于hv，的存在，使泵的入口壓力比無閥時要低，從而可能使流體部分汽化，造成泵的出口壓力降低，排量下降，甚至使排量等于零這種現(xiàn)象叫做“氣縛”；或者所夾帶的部分汽化產生的氣體到排出端后，因受到壓縮會重新凝聚成液體，對泵內機件產生沖擊，情況嚴重時會損壞葉輪和機殼，這種現(xiàn)象叫做“氣蝕”。 控制閥一般宜裝在檢測元件(如孔板)的下游，這樣將對保證測量精度有好處。此外，還需指出，控制閥兩端的壓差hv，隨閥開度的變化而變化。開度增大，流量增加，但hv，反而減小。 上述控制方案的優(yōu)點是簡便易行。但在流量小的情況下，總的機械效率較低。一般不宜用在流量低于正常排量30％的場合。 2)改變泵的轉速n改變泵的轉速同樣可以起到控制流量的目的。這種控制方案以及泵的特性隨轉速n變化的情況示于圖6—14。在控制方案中需要調節(jié)原動機的轉速，例如采用調速電機，調節(jié)蒸汽透平的導向葉片的角度等。 采用這種控制方式，管路上無需裝控制閥。所以，HL中的九，這一項等于零，減少了阻力損耗，泵的機械效率得以提高。然而，不論是采用調速電機還是蒸汽透平，實施調速的設備費用都比較高，故這種控制方式大多被應用在大功率、重要的泵裝置上。3)改變旁路回流量這種控制方式，就是在泵的出口與人口之間增加一個旁路管道，讓一部分排出量重新回到泵的入口，從而可以控制這一部分的回流量來達到穩(wěn)定排出量的目的。圖6—15是這種控制方式的示意圖。如果用于壓力控制，則如圖6—16所示。 這種控制方式，其實質也是改變管路特性來達到控制流量的目的。此時，管路特性是原管路系統(tǒng)和旁路管系統(tǒng)特性的并聯(lián)結果。如圖6—17所示。圖中r為原管路系統(tǒng)的特性曲線，工為旁路管系統(tǒng)的特性曲線，將r和x的橫坐標相加所得的r/x曲線則為并聯(lián)管路系統(tǒng)的特性曲線。當旁路控制閥的開度改變時，x改變，并聯(lián)管路系統(tǒng)特性曲線也隨著變化，從而實際排出量得到了控制，顯然，采用這種控制方式，必然有一部分能量損耗在旁路管路和閥上。尤其對于大功率泵來說，在減小負荷時，泵所做的虛功增多。所以，總的機械效率較低，但它具有可用小口徑控制閥的優(yōu)點。 綜上所述，直接節(jié)流法，方案簡單易行，控制靈敏，但能耗大，所以一般用于流量變化較小的場合；調速法反應慢，設備費用高，但能耗小。因此對于流量變化幅度大且要求控制靈敏度高的場合，可采用直接節(jié)流和調速法相結合的方式。 (2)容積式泵屬于這種類型的泵有活塞式、柱塞式等往復和橢圓齒輪式、螺桿式等旋轉泵。泵的運動部件與外殼之間的空隙很小(理論上應沒有空隙)，流體不能在縫隙中流動。其排量的大小與管路系統(tǒng)無關。往復泵只取決于它的沖程大小和單位時間內的往復次數，旋轉泵則又取決于轉速。它們的工作特性大體相同，如圖6—18所示。由于這類泵的排量與管路系統(tǒng)的阻力無關，故非但不能采用在泵的出口處直接節(jié)流的方法來控制其排量，反而要注意，一旦出口閥關閉，將由于泵的壓頭太高，造成毀機的后果。因此，針對容積式泵的這些特點，a它們的控制方式有如下幾種。 1)改變原動機的轉速，此方法類同于離心泵的調速法。 2)改變往復泵的沖程。在大多數情況下，這種情況沖程的機構都比較復雜。因為要通過執(zhí)行機構使沖程作連續(xù)變化，這在設計和制造上都有一定難度。只有在一些計量泵等特殊往復泵上，才考慮采用這種機構。 3)調節(jié)回流量。即在泵的出口與人口之間加一個旁路，通過調節(jié)旁路閥門的開度來達到控制實際排量的目的。這是一種最簡單易行的控制方式，其控制方案的構成與離心泵的調回流量法相同。 4)采用旁路調節(jié)來控制出口壓力，然后用直接節(jié)流閥控制其流量。顯然這兩個控制回路在動態(tài)上是關聯(lián)的。為此，在控制器參數整定時，應把它們的振蕩周期錯開。一般可以使壓力回路的操作頻率低一些，甚至整定成非周期的不振蕩過程，該控制系統(tǒng)如圖6—19所示。 八、離心式壓縮機的控制方案 離心式壓縮機的構造基本與離心泵相同，其工作原理也是借助于高速旋轉葉輪產生的離心力。它的原動機有蒸汽透平、電機、蒸汽輪機或能量回收透平。習慣上，把離心式壓縮機和原機的組合體稱為離心壓縮機組，或稱透平壓縮機組。20世紀60年代以來，由于石油化學工業(yè)向大型化發(fā)展，離心式壓縮機急劇地向高壓、高速、大容量和高度自動化方向發(fā)展。與往復式壓縮機相比，離心式壓縮機具有如下優(yōu)點： ①壓縮機的潤滑油等不會污染被輸送的氣體； ②調節(jié)性能好，調節(jié)氣量的變化范圍廣； ③運行率高，維修簡單，易損件少、備件少； ④體積小，流量大、重量輕。 由于離心式壓縮機的這些特點，使它成為當今工業(yè)生產中應用最為普遍的壓縮機類型。而往復式壓縮機等則主要用在流量小、壓縮比較高的場合。 從離心式機本身的特點看，雖然有很多優(yōu)點，但它也有一些固有的而且是難以消除的缺點，例如喘振、軸向推力大等。常有可能因為微小的偏差造成嚴重事故，而且事故的出現(xiàn)往往是迅速猛烈，單靠人工處理更措手不及。因此，針對離心式壓縮機的這些特點，必須認真設置相應的控制系統(tǒng)。 離心式壓縮機往往是生產過程中十分重要的氣體輸送設備。為了保證壓縮機能夠在工藝所要求的工況下安全運行，必須配備一系列自控系統(tǒng)。一臺大型離心式壓縮機通常包括下列控制系統(tǒng)。 (1)氣量或出口壓力控制系統(tǒng)，即負荷控制系統(tǒng)?？刂品绞接卸喾N，基本類似于離心泵的排量和出口壓力的控制方案，如直接節(jié)流法、旁路回流法、調節(jié)原動機的轉速等。但需注意兩點：其一，采用旁路回流法時，氣體經多級壓縮后，出口與人口壓力之比即壓縮比已很大，此時，不宜從未段出口至第一段人口直接旁路，因為這樣做，能量消耗大，閥座在高壓差下磨損大，故一般宜采用分段旁路，或增設降壓消音裝置等措施；其二，對汽輪機進行調速時，要求汽輪機的轉速可調范圍能夠滿足氣量調節(jié)的需要。 (2)防喘振控制系統(tǒng)。因為喘振是離心式壓縮機的固有特性，必須設置相應的防喘振控制系統(tǒng)，以確保壓縮機的安全運行。 (3)壓縮機組的油路控制系統(tǒng)。一臺大型離心式壓縮機組常具有密封油、控制油和潤滑油等。對這些油的油壓、油溫等常需要設置聯(lián)鎖報警控制系統(tǒng)。 (4)壓縮機主軸的軸向推力、軸向位移及振動的指示與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)。 第 21 頁 共 21 頁