化工仿真實(shí)習(xí)軟件之離心泵及液位

1、第三章離心泵及液位一、工藝說明1工作原理離心泵一般由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。啟動(dòng)前須在離心泵的殼體內(nèi)充滿被輸送的液體。當(dāng)電機(jī)通過聯(lián)軸結(jié)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體受到葉片的推力同時(shí)旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，液體從葉輪中心被甩向葉輪外沿，以高速流入泵殼，當(dāng)液體到達(dá)蝸形通道后，由于截面積逐漸擴(kuò)大，大部分動(dòng)能變成靜壓能，于是液體以較高的壓力送至所需的地方。當(dāng)葉輪中心的流體被甩出后，泵殼吸入口形成了一定的真空，在壓差的作用下，液體經(jīng)吸入管吸入泵殼內(nèi)，填補(bǔ)了被排出液體的位置。2“氣縛”現(xiàn)象離心泵若在啟動(dòng)前未充滿液體，則離心泵殼內(nèi)極易存在空氣，由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力就很小。此時(shí)在吸入口處形成的真空不足以將液體吸入

2、離心泵內(nèi)，因而不能輸送液體，這種現(xiàn)象為“氣縛”。所以離心泵在開動(dòng)前必須首先將被輸送的液體充滿泵體，并進(jìn)行高點(diǎn)排氣。3“汽蝕”現(xiàn)象通常，離心泵葉輪入口處是壓力最低的部位，如果這個(gè)部位液體的壓力等于或低于在該溫度下液體的飽和蒸汽壓力，就會(huì)有蒸汽及溶解在液體中的氣體從液體中大量逸出，形成許多蒸汽和氣體混合物的汽泡。這些小汽泡隨著液體流入高壓區(qū)后，汽泡破裂重新凝結(jié)。在凝結(jié)過程中，質(zhì)點(diǎn)加速運(yùn)動(dòng)相互撞擊，產(chǎn)生很高的局部壓力。在壓力很大、頻率很高的連續(xù)打擊下，離心泵體金屬表面逐漸因疲勞而損壞，壽命大為縮短。離心泵的安裝位置不當(dāng)、流量調(diào)節(jié)不當(dāng)或入口管路阻力太大時(shí)都會(huì)造成“汽蝕”。4離心泵的特性曲線離心泵的流量

3、（F）、揚(yáng)程（H）、功率（N）和效率（h）是其重要的性能參數(shù)。這些性能參數(shù)之間存在一定的關(guān)系，可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定所繪制的曲線，稱為離心泵的特性曲線。常用的離心泵特性曲線有如下三種。H-F曲線，表示離心泵流量F和揚(yáng)程H的關(guān)系。離心泵的揚(yáng)程在較大流量范圍內(nèi)是隨流量增大而減小。不同型號(hào)的離心泵，HF曲線有所不同。相同型號(hào)的離心泵，特性曲線也不一定完全一樣。N-F曲線，表示離心泵流量F和功率N的關(guān)系，N隨F的增大而增大。顯然，當(dāng)流量為零時(shí)，離心泵消耗的功率最小。因此，啟動(dòng)離心泵時(shí)，為了減少電機(jī)啟動(dòng)電流，應(yīng)將離心泵出口閥門關(guān)閉。h-F曲線，表示離心泵流量F和效率h的關(guān)系。此曲線的最高點(diǎn)是離心

4、泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)，離心泵在該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量及壓頭下工作，其效率最高。5離心泵的操作要點(diǎn)離心泵的操作包括充液、啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)及停車等過程。離心泵在啟動(dòng)前必須使泵內(nèi)充滿液體，通過高點(diǎn)排氣保證泵體和吸入管內(nèi)沒有氣體積存。啟動(dòng)時(shí)應(yīng)先關(guān)閉出口閥門，防止電機(jī)超負(fù)荷。停泵時(shí)亦應(yīng)先關(guān)閉出口閥門，以防出口管內(nèi)的流體倒流使葉輪受損。長(zhǎng)期停泵，應(yīng)放出泵內(nèi)的液體，以免銹蝕和凍裂。6工藝流程說明如流程圖3-1所示，離心泵系統(tǒng)由一個(gè)貯水槽、一臺(tái)主離心泵、一臺(tái)備用離心泵、管線、調(diào)節(jié)器及閥門等組成。上游水源經(jīng)管線由調(diào)節(jié)閥V1控制進(jìn)入貯水槽。上游水流量通過孔板流量計(jì)FI檢測(cè)。水槽液由調(diào)節(jié)器LIC控制，LIC的輸出信號(hào)連接至V1。離心

5、泵的入口管線連接至水槽下部。管線上設(shè)有手操閥V2及旁路備用手操閥V2B、離心泵入口壓力表PI1。離心泵設(shè)有高點(diǎn)排氣閥V5、低點(diǎn)排液閥V7及高低點(diǎn)連通管線上的連通閥V6。主離心泵電機(jī)開關(guān)是PK1，備用離心泵電機(jī)開關(guān)是PK2。離心泵電機(jī)功率N、總揚(yáng)程H及效率M分別有數(shù)字顯示。離心泵出口管線設(shè)有出口壓力表PI2、止逆閥、出口閥V3、出口流量檢測(cè)儀表、出口流量調(diào)節(jié)器FIC及調(diào)節(jié)閥V4。圖3-1 離心泵單元流程圖畫面圖3-1離心泵電機(jī)上方的小流程圖表示了主離心泵和備用離心泵的安裝方式。為了節(jié)省畫面，本仿真軟件設(shè)定：當(dāng)事故狀態(tài)開啟備用泵PK2時(shí)，相關(guān)的所有儀表閥門默認(rèn)為屬于備用泵。7控制組畫面控制組畫面（

6、詳見圖3-2）集中了離心泵系統(tǒng)相關(guān)的調(diào)節(jié)器、指示儀表、手操器及開關(guān)。可以在本畫面中完成所有操作。圖3-1及圖3-2中的控制、指示儀表及閥門說明如下。圖3-2 控制組畫面（1）指示儀表PI1 離心泵入口壓力 MPa PI2 離心泵出口壓力 MPa FI低位貯水槽入口流量 kg/sH 離心泵揚(yáng)程 m N 離心泵電機(jī)功率kWM 離心泵效率%（2）調(diào)節(jié)器及調(diào)節(jié)閥LIC 低位貯水槽液位調(diào)節(jié)器 % FIC 離心泵出口流量調(diào)節(jié)器 kg/hV1 低位貯水槽入口調(diào)節(jié)閥V4 離心泵出口流量調(diào)節(jié)閥（3）手操器V2 離心泵入口閥 V2B 離心泵入口旁路備用閥 V3 離心泵出口閥（3）開關(guān)及快開閥門V5 離心泵高點(diǎn)排氣

7、閥 V6 排氣排液連通閥 V7 離心泵排液閥PK1 離心泵電機(jī)開關(guān) PK2 離心泵備用電機(jī)開關(guān)8報(bào)警限說明FIC 離心泵出口流量低限報(bào)警 80 % (H)LIC 低位貯水槽液位低限報(bào)警 20 % (L) PI1 離心泵入口壓力低限報(bào)警 0.1 MPa (L) 二、離心泵冷態(tài)開車檢查各開關(guān)、手動(dòng)閥門是否處于關(guān)閉狀態(tài)。將液位調(diào)節(jié)器LIC置手動(dòng)，調(diào)節(jié)器輸出為零。將液位調(diào)節(jié)器FIC置手動(dòng)，調(diào)節(jié)器輸出為零。進(jìn)行離心泵充水和排氣操作。開離心泵入口閥V2，開離心泵排氣閥V5，直至排氣口出現(xiàn)藍(lán)色點(diǎn)，表示排氣完成，關(guān)閥門V5。為了防止離心泵開動(dòng)后貯水槽液位下降至零，手動(dòng)操作LIC的輸出使液位上升到50%時(shí)投自動(dòng)

8、?；蛳葘IC投自動(dòng)，待離心泵啟動(dòng)后再將LIC給定值提升至50%。在泵出口閥V3關(guān)閉的前提下，開離心泵電機(jī)開關(guān)PK1，低負(fù)荷起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。開離心泵出口閥V3，由于FIC的輸出為零，離心泵輸出流量為零。手動(dòng)調(diào)整FIC的輸出，使流量逐漸上升至6kg/s且穩(wěn)定不變時(shí)投自動(dòng)。當(dāng)貯水槽入口流量FI與離心泵出口流量FIC達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，離心泵開車達(dá)到正常工況。此時(shí)各檢測(cè)點(diǎn)指示值如下： FIC 6.0 kg/s FI 6.0 kg/s PI1 0.15 MPa PI2 0.44 MPa LIC 50.0 % H 29.4 m M 62.6 % N 2.76 kW三、離心泵停車操作首先關(guān)閉離心泵出口閥V3。將L

9、IC置手動(dòng)，將輸出逐步降為零。關(guān)PK1（停電機(jī)）。關(guān)離心泵進(jìn)口閥V2。開離心泵低點(diǎn)排液閥V7及高點(diǎn)排氣閥V5，直到藍(lán)色點(diǎn)消失，說明泵體中的水排干。最后關(guān)V7。四、測(cè)取離心泵特性曲線離心泵開車達(dá)到正常工況后，F(xiàn)IC處于自動(dòng)狀態(tài)。首先將FIC的給定值逐步提高到9kg/s。當(dāng)貯水槽入口流量FI與離心泵出口流量FIC達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，記錄此時(shí)的流量（F）、揚(yáng)程（H）、功率（N）和效率（M）。然后按照每次1kg/s（或0.5kg/s）的流量降低FIC的給定值。每降低一次，等待系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡后記錄一次數(shù)據(jù)，直到FIC的給定值降為零。將記錄的數(shù)據(jù)描繪出H-F、N-F和h-F三條曲線。完成后與“G2”畫面（詳見圖

10、3-3）的標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照,應(yīng)當(dāng)完全一致。圖3-3 離心泵特性曲線畫面五、事故設(shè)置及排除1離心泵入口閥門堵塞（F2）事故現(xiàn)象：離心泵輸送流量降為零。離心泵功率降低。流量超下限報(bào)警。排除方法：首先關(guān)閉出口閥V3，再開旁路備用閥V2B，最后開V3閥恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。合格標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)事故現(xiàn)象能迅速作出合理判斷。能及時(shí)關(guān)泵并打開閥門V2B，沒有出現(xiàn)貯水槽液位超上限報(bào)警，并且操作步驟的順序正確為合格。2電機(jī)故障（F3）事故現(xiàn)象：電機(jī)突然停轉(zhuǎn)。離心泵流量、功率、揚(yáng)程和出口壓力均降為零。貯水槽液位上升。排除方法：立即啟動(dòng)備用泵。步驟是首先關(guān)閉離心泵出口閥V3，再開備用電機(jī)開關(guān) PK2，最后開泵出口閥V3。合格標(biāo)準(zhǔn)：判

11、斷準(zhǔn)確。開備用泵的操作步驟正確，沒有出現(xiàn)貯水槽液位超上限報(bào)警，為合格。3離心泵“氣縛”故障（F4）事故現(xiàn)象：離心泵幾乎送不出流量，檢測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)，流量下限報(bào)警。排除方法：及時(shí)關(guān)閉出口閥V3。關(guān)電機(jī)開關(guān)PK1。打開高點(diǎn)排氣閥V5，直至藍(lán)色點(diǎn)出現(xiàn)后， 關(guān)閥門V5。然后按開車規(guī)程開車。合格標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)事故現(xiàn)象能迅速作出合理判斷。能及時(shí)停泵，打開閥門V5排氣，并使離 心泵恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)為合格。4離心泵葉輪松脫（F5）事故現(xiàn)象：離心泵流量、揚(yáng)程和出口壓力降為零，功率下降，貯水槽液位上升。排除方法：與電機(jī)故障相同，啟動(dòng)備用泵。合格標(biāo)準(zhǔn)：判斷正確。合格標(biāo)準(zhǔn)與電機(jī)故障相同。5FIC流量調(diào)節(jié)器故障（F6）事故現(xiàn)象：F

12、IC輸出值大范圍波動(dòng)，導(dǎo)致各檢測(cè)量波動(dòng)。排除方法：迅速將FIC調(diào)節(jié)器切換為手動(dòng)，通過手動(dòng)調(diào)整使過程恢復(fù)正常。合格標(biāo)準(zhǔn)：判斷正確。手動(dòng)調(diào)整平穩(wěn)，并且較快達(dá)到正常工況。六、開車評(píng)分信息 本軟件設(shè)有三種開車評(píng)分信息畫面。1. 簡(jiǎn)要評(píng)分牌能隨時(shí)按鍵盤的F1鍵調(diào)出。本評(píng)分牌顯示當(dāng)前的開車步驟成績(jī)、開車安全成績(jī)、正常工況質(zhì)量（設(shè)計(jì)值）和開車總平均成績(jī)。為了有充分的時(shí)間了解成績(jī)?cè)u(píng)定結(jié)果，仿真程序處于凍結(jié)狀態(tài)。按鍵盤的任意鍵返回。2. 開車評(píng)分記錄圖3-4 開車評(píng)分記錄畫面能隨時(shí)按鍵盤的Alt+F鍵調(diào)出。本畫面記錄了開車步驟的分項(xiàng)得分、工況評(píng)分 的細(xì)節(jié)、總報(bào)警次數(shù)及報(bào)警扣分信息。顯示本畫面時(shí)，軟件處于凍結(jié)狀態(tài)。按鍵盤的任意鍵返回。詳見圖3-4。3 趨勢(shì)畫面 本軟件的趨勢(shì)畫面記錄了重要變量的歷史曲線，可以與評(píng)分記錄畫面配合對(duì)開車全過程進(jìn)行評(píng)價(jià)。七、開車評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)1開車步驟評(píng)分要點(diǎn)各閥門關(guān)