课程名称 过程控制工程 讲新课 课 型 (流体输送设备的控 制) 教师姓名 授课学时 1学时(50分钟) 15.流体输送设备的控制 15.1述 5.2系和压缩机的控制 教学内容 15.2.1离心泵的控制 (1)直接节流法 (2)改变泵的转速 (3)改变旁路回流 通过本节课的学习，使同学们了解流体输送设备的基本概念，同时掌 教学目的 握离心泵的三种控制方式。 离心泵的控制 教学重点 (D (3)改变旁路回流 难点：离心泵的三种控制方式 教学难点 策略： 及相应的 通过教师举例讲解离心泵的三种控制方式 教学策略 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）入 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
课程名称 过程控制工程 课 型 讲新课 （流体输送设备的控 制） 教师姓名 授课学时 1 学时（50 分钟） 教学内容 15. 流体输送设备的控制 15.1 概述 15.2 泵和压缩机的控制 15.2.1 离心泵的控制 （1）直接节流法 （2）改变泵的转速 （3）改变旁路回流 教学目的 通过本节课的学习，使同学们了解流体输送设备的基本概念，同时掌 握离心泵的三种控制方式。 教学重点 离心泵的控制 （1）直接节流法 （2）改变泵的转速 （3）改变旁路回流 教学难点 及相应的 教学策略 难点：离心泵的三种控制方式 策略： 通过教师举例讲解离心泵的三种控制方式 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
间 教学方法、 分 教学过程 手段 15.流体输送设备的控制 典型生产过程企业的结构 (学例) 计算机应用 生产厂 炼油 生产装置 生产置 常借匙餐化 的 操作单 操作单 反聚装纯 基本设备 本设备 精塔焕热器/ 探究式 单元操作的基本任务 讲授法 课程 安全操作 联锁保护，各种软保护（超驰控制、设备压力温度控制、最小最大流量控 制等) 入 ·平稳操作 液面控制（或称物料平衡控制），重要操作参数控制等 概述 质量控制 直接间接质量控制，如成分控制夙敏板温度控制等 流量控制系统的特点 ·控制通道的对象时间常数小 只需采用调节器，无须引入微分作用 测量信号通常带有高频噪声 应考虑对测量信号的滤波或在控制器与变送器之间引入一阶滞后环节，以减 多媒 小调节阀的振动： 演示法 ·静态非线性 应考虑选用合适的控制阀特性，使广义对象的静态特性接近线性。 15.1橛述 流体：液体或气体 液体传送 气体传送一风机或压缩机 控制目标：流量、压力控制，安全保护控制 .1
- 1 - 时间 分配 教学过程 教学方法、 手段 课 程 导 入 及 概 述 15 分 钟 15. 流体输送设备的控制 典型生产过程企业的结构 单元操作的基本任务： • 安全操作 联锁保护，各种软保护（超驰控制、设备压力温度控制、最小/最大流量控 制等） • 平稳操作 液面控制（或称物料平衡控制），重要操作参数控制等 • 质量控制 直接/间接质量控制，如成分控制/灵敏板温度控制等 流量控制系统的特点 • 控制通道的对象时间常数小 只需采用 PI 调节器，无须引入微分作用； • 测量信号通常带有高频噪声 应考虑对测量信号的滤波或在控制器与变送器之间引入一阶滞后环节，以减 小调节阀的振动； • 静态非线性 应考虑选用合适的控制阀特性，使广义对象的静态特性接近线性。 15.1 概述 流体：液体或气体 液体传送——泵， 气体传送——风机或压缩机 控制目标：流量、压力控制，安全保护控制 探究式 讲授法 多媒体 演示法
15.2系和压缩机的控制 15.21离泵的物制 离心的叶轮在电动机的带动下做高速旋转运动，产生离心力。 泵速越高，离心力越大，出口压头越高。 出口流最增大，出口压力降低。 离心泵特性公式： H=Rn2-RO2 多媒体 演示法 板书、 互动法 心 性能 流量Q1401800m3/h 10 扬程H9125m 进口直径150^600mm 离心泵特性曲线： 压头H 排出量Q 另外，管路系统的压力也对泵的特性有影响 2
- 2 - 离 心 泵 的 控 制 10 分 钟 15.2 泵和压缩机的控制 15.2.1 离心泵的控制 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。 泵速越高，离心力越大，出口压头越高。 出口流量增大，出口压力降低。 离心泵特性公式： 2 2 2 H = R1n − R Q 性能： 流量 Q 140~1800m3/h 扬程 H 9~125m 进口直径 150~600mm 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 探究式 讲授法 多媒体 演示法 板书、 互动法
管路阳 管路两瑞的静压差邮 (2) 管路两端的静液柱高度，即升扬高度hL (3 管路的摩擦损失hf (4)控制阀两端的节流损失hv 管路总压力阻力：HL=hp+hL+hf+hv 系终稳定丁作：H=用 直 因此，可以通过hv或其他手段改变H压力（流最） (1)直接节流礼 改变直接节流阀的开度，即改变了管路特性，改变平衡工作点的位置C 探究式 注意，控制阀一定要装在阀的出口位置，否则会出现“气缚”和“气蚀”现象，对离 讲授法 心泵产生损坏 分 (a)流量特性 (6)控制方案 气 v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 多煤体 “气蚀” v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 演示法 件产生冲击 优点：调解方便，简便易行 缺点：机械效率低（消耗在阀上） 场合：常用，排量小于正常排量的30%时要调整 (2)改变泵的转速 自问自 答形式 通过改变泵的转速改变工作点，改变泵的特性曲线，来达到控制流量的目的 目前主要通过变频器控制电机的转速：变须器近年发展比较快，功能、可靠性大 大想高，价格下隆 转 此方法也可以取代控制阀，实现流量控制 明转速 原动机○Q (a)流量特性Q )控制方案 优点：机械效率高，节能：缺点：调速复杂（离心泵较多时使用） 场合：少用，用于大功率的离心 3
- 3 - 直 接 节 流 法 8 分 钟 改 变 泵 的 转 速 10 分 钟 管路阻力： （1） 管路两端的静压差 hp （2） 管路两端的静液柱高度，即升扬高度 hL （3） 管路的摩擦损失 hf （4） 控制阀两端的节流损失 hv 管路总压力阻力：HL=hp+hL+hf+hv 系统稳定工作： H = HL 因此，可以通过 hv 或其他手段改变 H 压力（流量） （1）直接节流法 改变直接节流阀的开度，即改变了管路特性，改变平衡工作点的位置 C 注意，控制阀一定要装在阀的出口位置，否则会出现“气缚”和“气蚀”现象，对离 心泵产生损坏。 “气缚”——hv 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 “气蚀”——hv 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 优点：调解方便，简便易行 缺点：机械效率低（消耗在阀上） 场合：常用，排量小于正常排量的 30%时要调整 （2）改变泵的转速 通过改变泵的转速改变工作点，改变泵的特性曲线，来达到控制流量的目的 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。 此方法也可以取代控制阀，实现流量控制 优点：机械效率高，节能 ；缺点：调速复杂（离心泵较多时使用） 场合：少用，用于大功率的离心泵 探究式 讲授法 多媒体 演示法 自问自 答形式
(3)改变旁路回流 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 改变 场合：有一定使用 启发式 课堂讨论 FC 回流 互动法 钟 小结 1.总结本次课所讲的主要内容。 2布置课后练习及下节课预习任务 课后练习： 顶习：
- 4 - 改 变 旁 路 回 流 5 分 钟 （3）改变旁路回流 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：有一定使用 启发式 课堂讨论 互动法 小结 2 分 钟 1.总结本次课所讲的主要内容。 2.布置课后练习及下节课预习任务。 课后练习： 预习： 探究式 讲授法
讲新课 课程名称 过程控制工程 课 型 (容积式泵和压缩机的 控制方案、瑞振现象) 教师姓名 授课学时 1学时(50分钟) 1522容积式泵的控制方安 5.2.3压缩机的控制方案 教学内容 15.3离心式压缩机的防瑞振控制 153.1喘振现象及原因 通过本节课的学习，使同学们理解容积式泵和压缩机的控制方案，同 教学目的 时掌握离心式压缩机的喘振现象及其产生原因。 容积式泵和压缩机的控制方案： 教学重点 离心式压缩机的喘振现象及其产生原因。 难点：离心式压缩机的喘振现象及其产生原因 教学难点 策略 及相应的 通过教师讲解，通过曲线分析离心式压缩机的喘振现象及其产生原 。 教学策略 探究式讲授法、百动法（提问）、溶示法（多媒体）。 教学方法 果堂讨论法（教师启发、引导学生发言、 教师评价并总结包括自问自答 教学手段 板书及多媒体有机结合
- 5 - 课程名称 过程控制工程 课 型 讲新课 （容积式泵和压缩机的 控制方案、喘振现象） 教师姓名 授课学时 1 学时（50 分钟） 教学内容 15.2.2 容积式泵的控制方案 15.2.3 压缩机的控制方案 15.3 离心式压缩机的防喘振控制 15.3.1 喘振现象及原因 教学目的 通过本节课的学习，使同学们理解容积式泵和压缩机的控制方案，同 时掌握离心式压缩机的喘振现象及其产生原因。 教学重点 容积式泵和压缩机的控制方案； 离心式压缩机的喘振现象及其产生原因。 教学难点 及相应的 教学策略 难点：离心式压缩机的喘振现象及其产生原因 策略： 通过教师讲解，通过曲线分析离心式压缩机的喘振现象及其产生原 因。 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合
时间 分配 教学过程 教学方法、 手段 15.2.2容积式泵的控制方案 往复泵：活塞式、柱塞式 旋转泵：齿轮式、螺杆式 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 不能采用节流方法控制 探究式 讲授法 控制方案 压头 排出量Q 常见的控制方案： 改变往复泵的冲程 少用 (2) 旁路法 多媒体 FC) 演示法 原动 D© 入口 -6-
- 6 - 时间 分配 教学过程 教学方法、 手段 容 积 式 泵 的 控 制 方 案 15 分 钟 15.2.2 容积式泵的控制方案 往复泵：活塞式、柱塞式 旋转泵：齿轮式、螺杆式 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 不能采用节流方法控制 常见的控制方案： （1） 变频调速 （2） 改变往复泵的冲程 少用 （2） 旁路法 FC PC 入口 出口 原动机 往复泵 探究式 讲授法 多媒体 演示法
采用旁路法的流量控制 探究式 讲授法 安 板书、 特点：机械效率低，但适合于某些不能采用直接节流法的容积式泵 互动法 15.2.3压缩机的控制方案 气体增压及输送设备 送风机 Po 0.01Mpa 鼓风机 0.01<Po<0.13Pa 压缩机Po)O3MPa 分类：离心式、往复式；离心式应用比较多 优点：体积小：运行率高：变化范围广：压缩机润滑油不会污染被输送气体 缺点：需要保证运行的安全性，如“喘振”、功率大、转速快 主要自控系统： (1)气量控制：即排量或出口压力控制，也就是负荷控制系统，和离心泵相似 (2)防喘振控制：必须设立专门的防喘振控制系统 ,油压联锁安全保护（电气 名》油路格大的位北及衣动系保护系我 空制) 15.3离心式压缩机的防喘振控制 15.3.1喘振现象及原因 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 发生湿列据荡 一“气喘”，严重破坏机器设备 2/A为压缩机出口压力与进口压力（均为绝压）之比，或称压缩比： 刀为压缩机的转速：Q为压缩机出口流量。 其气量或出口压力的控制系统与离心泵相近，可用直接节流法、旁路回流法与变 压缩 频调速等。 机的 控制 3.0 &20牙 M 分钟 1.0∠ 50 Q,% 现
- 7 - 压缩 机的 控制 方案 10 分 钟 喘 振 现 采用旁路法的流量控制 FC x r x r PC 特点：机械效率低，但适合于某些不能采用直接节流法的容积式泵。 15.2.3 压缩机的控制方案 气体增压及输送设备 送风机 Po 03 MPa 分类：离心式、往复式；离心式应用比较多 优点：体积小；运行率高；变化范围广；压缩机润滑油不会污染被输送气体 缺点：需要保证运行的安全性，如“喘振”、功率大、转速快 主要自控系统： （1）气量控制：即排量或出口压力控制，也就是负荷控制系统，和离心泵相似 （2）防喘振控制：必须设立专门的防喘振控制系统 （3）油路控制：油温、油压联锁安全保护（电气控制） （4）轴向推力、轴向位移及振动的指示与连锁保护控制系统 15.3 离心式压缩机的防喘振控制 15.3.1 喘振现象及原因 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——“气喘”，严重破坏机器设备。 P2 /P1 为压缩机出口压力与进口压力（均为绝压）之比，或称压缩比； n 为压缩机的转速；Q 为压缩机出口流量。 其气量或出口压力的控制系统与离心泵相近，可用直接节流法、旁路回流法与变 频调速等。 100 n1 n2 n3 Q , % 喘振区 50 1.0 2.0 3.0 P 2 /P1 探究式 讲授法 多媒体 演示法 板书、 互动法
P2/P1 P2/P1~Q 探究式 讲授法 0 图158离心式压缩机工作曲线 嘴振产生的原因： T点右恻，稳定工作区P2P1↓Q↑P2P1↑ T点左恻，不稳定工作区P2P1↓Q↓P2P1↓喘振区 象 T点对应的流量—极限流量 多煤休 不同的转速，离心泵的极限流量也不一样 演示法 喘振区 p2/p1 n3 自问自 答形式 9pl929p3 分钟 Q 流体铃送设备的特性曲线为驼峰型，即管路特性与输送设备的特性曲线存在两个 交点 产生喘振的直接原因是负荷的下降 管线中存在能贮存和释放能量的容器 小结 1总结本次课所讲的主要内容。 2布置课后练习及下节课预习任务。 探究式 课后练习： 讲授法 预习： -8-
- 8 - 喘 振 现 象 的 产 生 原 因 13 分 钟 喘振产生的原因： 不同的转速，离心泵的极限流量也不一样 流体输送设备的特性曲线为驼峰型，即管路特性与输送设备的特性曲线存在两个 交点 产生喘振的直接原因是负荷的下降 管线中存在能贮存和释放能量的容器 探究式 讲授法 多媒体 演示法 自问自 答形式 小结 2 分 钟 1.总结本次课所讲的主要内容。 2.布置课后练习及下节课预习任务。 课后练习： 预习： 探究式 讲授法
进斑理 课程名称 过程控制工程 采 我 喘振现象产生的其它 些原因、固定极限流 最控制) 教师姓名 授课学时 1学时(50分钟) 15.3.1瑞最现象及原因 教学内容 15.3.2防喘振控制系统 (1)固定极限流品 (2)可变极限流量 通过本节课的学习，使同学们理解瑞振现象产生的其它一些原因，同 教学目的 时了解防喘振控制中的固定极限流最控制和可变极限流量控制。 喘振现象产生的其它一些原因： 教学重点 固定极限流量控制. 难点：喘振现象产生的其它一些原因； 教学难点 固定极限流量控制 策略 及相应的 主要通过教师讲解分析喘振现象产生的其它一些原因和固 教学策略 定极限流量控制。 探究式排授法、百动法（提问）、溶示法（多媒体）。 教学方法 果堂讨论法（教师启发、引导学生发言、 教师评价并总结包括自问自答 教学手段 板书及多媒体有机结合
- 9 - 课程名称 过程控制工程 课 型 讲新课 （喘振现象产生的其它 一些原因、固定极限流 量控制） 教师姓名 授课学时 1 学时（50 分钟） 教学内容 15.3.1 喘振现象及原因 15.3.2 防喘振控制系统 （1）固定极限流量 （2）可变极限流量 教学目的 通过本节课的学习，使同学们理解喘振现象产生的其它一些原因，同 时了解防喘振控制中的固定极限流量控制和可变极限流量控制。 教学重点 喘振现象产生的其它一些原因； 固定极限流量控制。 教学难点 及相应的 教学策略 难点：喘振现象产生的其它一些原因； 固定极限流量控制。 策略： 主要通过教师讲解分析喘振现象产生的其它一些原因和固 定极限流量控制。 教学方法 探究式讲授法、互动法（提问）、演示法（多媒体）、 课堂讨论法（教师启发、引导学生发言、教师评价并总结包括自问自答） 教学手段 板书及多媒体有机结合