Файл: Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов.pdf

В этом уравнении коэффициенты кх и к.2 зависят от конструктив­ ных параметров насоса — диаметра рабочего колеса, зазора и др.

Небольшие насосы обычно приводятся в движение электрическими моторами с постоянной скоростью вращения. Расход жидкости регулируют дросселирующим клапаном на нагнетательной линии насоса. Линию всасывания нельзя дросселировать, так как пониже­ ние давления на стороне всасывания вызывает кавитацию и резкую, потерю производительности.

Если прекратить подачу жидкости или снизить до нуля разви­ ваемое насосом давление, то гидравлическая мощность также упадет

гидравлической мощности н последующим дифференцированием этого выражения по расходу. Полученная производная, приравнен­ ная нулю, позволяет вычислить оптимальное значение расхода жидкости

скорости вращения 1800 оборотов в минуту. Для поддержания наиболее эффективных условий работы насоса скорость вращения.

242

рабочего колеса должна устанавливаться в зависимости от расхода жидкости. Поэтому регулирование скорости вращения рабочего колеса больших иасосов экономически оправдано.

Одни насосы приводятся в движение паровыми турбинами, которые оснащепы пневматическими или электрическими регулято­ рами; другие — электродвигателями через гидравлические или маг­ нитные муфты. Скорость вала насоса обычно можио менять в пределах от 0 до 100% данной скорости электродвигателя, меняя степень сцепления вала насоса с электродвигателем.

Найдем «авпсимость расхода жидкости в нагнетательной линии насоса от скорости вращения его рабочего колеса. Для этого объеди­ ним параметры процесса течения жидкости по трубопроводу с па­

зависимость давления в нагнетательной линии насоса от скорости вращения его рабочего колеса:

Таким образом, изменение скорости вращения рабочего колеса насоса подобно изменению степенп открытия клапапа с пропорцио­ нальной характеристикой, установленного на нагнетательной лпннп.

Заметим, что гидравлическая мощность пзмепяется пропорцио­ нально скорости вращения рабочего колеса насоса в третьей ступени. Таким образом, даже небольшое изменение этой скорости приводит к значительному изменению гидравлической мощности насоса.

Регулирование компрессоров. Поршневые компрессоры работают аналогично поршневым насосам. Измерение расхода газа в пагнетательной линии компрессора значительно упрощается, потому что высокая скорость и сжимаемость газов снижают пульсации давле­ ния. Для регулирования поршневых компрессоров могут быть использованы схемы регулирования шестеренчатых и лопастных насосов, описанные выше (см. рис. IX - 12) .

Центробежные компрессоры или турбокомпрессоры с точки зре­ ния регулирования аналогичны центробежным насосам. Отличие •состоит в том, что для насоса характерна зависимость напора в нагне­ тательной линии от расхода жидкости, а типичной характеристикой компрессора является зависимость степени сжатия от расхода газа. •Отличительной особенностью центробежного компрессора является

наличие области неустойчивой работы. Известно, что при определен­ ном соотношении малых расходов и высоких давлений можно попасть в область помпажа, заштрихованную на рис. ГХ-14. В этой области компрессор проявляет свойство положительной обратной связи: З^меньшение расхода газа вызывает падение давления до величины, меньшей, чем в нагнетательной линии. Вследствие этого возникает кратковременное изменение направления движения потока газа до тех пор, пока давление в линии не^падет иа некоторую величину. Эти кратковременные изменения могут развиться в сильные пуль­ сации, способные вызвать серьезное повреждение.

3

4

условиях всасывания. Вид кривой, ограничивающей область пом­

Рассчитаем условия возникновения помпажа. Умножая левую и пра­ вую части уравнения (IX,28) на ps, получим:

1 S

Зависимость перепада давления газа h, возникающего на измери­ тельной диафрагме, установленной па линии всасывания, от объем­ ного расхода газа имеет следующий вид:

S

244

Объединяя два последних выражения, получим зависимость между разностью давлений в компрессоре и перепадом давления, возни­ кающим па расходомере. Эта зависимость описывает кривую, огра­ ничивающую область помпажа:

С целью регулирования давления в нагнетательной линии компрес­ сора можно перекрывать клапан, установленный на линии всасыва­ ния или нагнетания, но только до определенного значения. Если

вляется как задание на регулятор расхода. До тех пор, пока теку­ щее значение расхода превышает его минимальное значение, рас­ считанное заранее, клапан на байпасной линии будет закрыт. Коэффициент К устанавливают с некоторым запасом.

При приближении к кривой, ограничивающей область помпажа, регулятор расхода начнет открывать проходное сечение клапана, установленного на байпасной линии, что вызовет увеличение произ­ водительности компрессора, снижение давления в нагнетательной линии и одновременно повышение давления во всасывающей линии. Благодаря этому предупреждается помпаж компрессора.

Многие компрессоры большой производительности снабжаются управляемыми поворотными лопатками на входе для более эффек­ тивного дросселирования потока газа. Последнее объясняется умень­ шением гидравлических потерь на входе и более предпочтительно, чем закрытие клапана на всасывающей линии. Кроме того, при повороте управляемых лопаток кривая, ограничивающая областьпомпажа, сдвигается влево, что приводит к увеличению рабочей области компрессора.

245.

Если при снижении нагрузки понизить скорость вращения вала

образом, при регулируемой скорости вращения вала компрессора клапан на байпасной линии может быть закрыт. Последнее обстоя­ тельство показывает, что с экономической точки зрения целесообразно управлять работой компрессоров, регулируя их число оборотов.

Работу компрессоров можно регулировать как по давлению иа всасывающей линии, так и по давлению па нагнетательной линии, а также по расходу газа. Другими словами, выбор регулируемого параметра может быть сделан между двумя сходными переменными, как это иллюстрируется на рис. V I - 1 5 . Как и в центробежном насосе, в компрессоре расход газа изменяется линейно со скоростью враще­ ния вала, а давление в нагнетательной лпппп — пропорционально квадрату скорости.

Г Л А В А Х

РЕГУЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Для выявления наиболее выгодного режима химического про­ цесса инженеры-технологи сначала находят оптимальные условия проведения реакции по скорости н степени превращения исходных материалов в готовый продзжт, оценивая при этом влияние большого числа факторов на скорость основной и побочпых реакций. Затем проектируют установку и систему автоматического регулирования, предназначенную для поддержания оптимальных условий проте­ кания процесса.

Работа системы автоматического регулирования реактора в зна­ чительной мере зависит от того, насколько удачно спроектирован реактор. Он может быть спроектирован так, что пи одна система регулирования не обеспечит протекания в нем устойчивого процесса, поскольку сам реактор будет работать в неустойчивом режиме.

Часто производительность технологической установки опреде­ ляется производительностью реактора, находящегося в начале техно­ логической линии. Поэтому в реакторе, в отличпе от других аппара­ тов, обычно не происходит быстрых и случайных изменений нагрузки. Несмотря на это, система регулирования реакторной установки должна обеспечивать высокое качество регулирования, иначе возни­ кают возмущения, воздействующие на последующие аппараты тех­ нологической линии.

Принципы управления реакторами

Большинство химических реакторов должно работать при постоян­ ной нагрузке, так как изменение последней интенсивно влияет на переходный процесс. Отклонение режима работы от заданного

246