东北石油大学 自控工程课程设计 汽机控制系统设计DOC.docx
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东北石油大学自控工程课程设计汽机控制系统设计DOC
目录
第1章汽机控制系统工艺1
1.1汽机控制系统背景及说明1
1.2汽机系统CAD流程图1
第2章标准节流装置设计及计算程序设计2
2.1计算方法2
2.2设计计算的原则和依据2
2.3标准节流装置的设计3
2.4节流装置程序设计流程4
第3章调节阀选型及计算7
3.1调节阀的选择7
3.2调节阀口径计算7
第4章心得与体会9
参考文献10
附录11
第1章汽机控制系统工艺
1.1汽机控制系统背景及说明
汽机主要是用于将发电，将热能及其他能量转换为电能，供人们使用。
所以气机是人们生活中必不可少的机械。
广泛用于石化电力冶金建材环保能源综合利用等领域。
其控制系统承担着转速和负荷调节及工况控制的任务，直接影响着机组运行的安全性可靠性经济性以及自动化程度。
传统的机械液压控制系统，其结构组成决定了其具有自身难以克服的调节精度和自动化程度低工作特性固定调节功能少等缺点，电机控制系统主要是为了使汽轮机适应各种运行工况的控制系统的总称。
包括汽轮机调节系统、液压伺服系统，还包括超速保护、热应力计算、自启停和负荷自动控制、操作监视等子系统。
1.2汽机系统CAD流程图
汽机控制系统组态王图：
图1-1汽机组态王图
第2章标准节流装置设计及计算程序设计
2.1计算方法
在石油化工生产中，流量计的应用非常广泛，而流量计中差压式流量计又占大部分。
因而节流装置的选型及其设计是自控工程设计的重要组成部分。
1.国家标准特点
1993年，国家技术监督局批准GB/T2624-1993实施，该标准第一次等效采用ISO5167（1991）与国际接轨，这标志着我国现行的标准节流装置，在推广采用国际标准上的研究成果、提高测量精度方面，已取得了突破性的进展。
GB/T2624-1993全称为《流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体测量》。
其主要特点：
（1）以流出系数
代替流量系数
；
值的计算中的
降阶计算由原流量系数
计算中的最高阶
降至流出系数
计算中的最高阶
次幂。
（2）提出5种命题以适应自控工程设计中各方面的需要。
（3）提出迭代计算方法，给出计算机计算程序框图。
（4）差压上限不再计算，而要由用户自行选定，要求设计者有更多的经验。
（5）管道粗糙度不再参加计算，而是在计算结果出来后需验证。
所谓“标准节流装置”就是他们的结构、尺寸和技术条件都有统一标准，有关计算步骤和方法都经过系统试验而有统一规定。
按统一标准规定进行设计制造的节流装置，不必经过个别标定就可以使用。
在GB/T2624-1993中规定的标准节流装置有以下几种：
标准孔板：
角接取压；法兰取压；径距取压（D-D/2）。
标准喷嘴：
ISA1932喷嘴；长颈喷嘴。
文丘里管：
文丘里喷嘴；经典文丘里管。
2.2设计计算的原则和依据
（1）设计原则
1、测量的精度应尽可能高；
2、流出系数C稳定；
3、节流件前后所需直管段长度，就尽可能短；
4、流体流经节流件的压力损失尽可能小。
上述四点要求之间是存在矛盾的，而标准节流装置的设计计算，则主要是根据具体情况统一考虑，妥善解决这些矛盾，找出合理的方案。
（2）标准节流装置设计计算的依据
主要依据是工艺生产所提供的流量测量条件、要求和有关数据，具体的原始数据有：
①被测流体的名称、状态、组分；
②被测流体的流量；最大流量qmax；
③被测流体的工作状态：
工作压力P1、工作温度t1、及其变化范围；
④被测流体的物理参数；这一部分较难确定；
⑤允许的压力损失；
⑥管道材质、在20℃时管道内径D20、管道内表面情况；
⑦节流装置安装地点的平均大气压；
⑧管道敷设情况和局部阻力形式；
⑨其它方面的要求。
2.3标准节流装置的设计
标准节流装置的设计计算是自控工程技术人员的基本功，此项训练十分重要,标准节流装置的计算命题，根据GB/T2624-93有五种命题。
自控工程设计中主要涉及第二命题。
（1）辅助计算
1、根据原始数据的最大流量确定计算最大流量；
2、根据工作状态和被测量流体的成分，求物性参数，工作状态下的粘度μ1、密度ρ1，对于气体还要求出对比压力Pr，对比温度Tr，以及工作状态下的压缩系数Z和等熵指数K。
3、求工作状态下的管道内径；
4、根据最大流量，求出相应的雷诺数ReD；
5、根据管道材质及内表面情况，确定管道内壁的绝对平均粗糙度K。
6、确定差压上限。
新标准中视为已知条件，由工艺人员或仪表人员自行确定。
质量流量的不确定度的计算公式：
2.4节流装置程序设计流程
标准节流装置设计计算数据
位号：
FI2535
取压方式：
法兰取压孔板
操作温度：
143℃工况密度：
926.012Kg/m3
工作压力：
0.7MPa工况粘度：
199×10-6Pa.S
管道内径：
80mm最大流量：
30000kg/h
管道材质：
20#钢节流件材质：
1CR18NI9TI
1.辅助计算
（1）计算流量标尺：
qm=qv×ρ1=300×1.4/3600=0.116666666Kg/s，取标准流量为0.125Kg/s
（2）计算差压上限：
再根据公式
计算
因国产差变的系列值为1.0，1.6，2.5，4.0，6.0×10n，取ΔP=160000Pa
（3）求工况下管道直径：
D=D20[1+λD（t-20）]
=0.080042816m
（4）求雷诺数：
ReD=
=11605.04793
（5）求A2
A2=
=0.109657395
2.计算初值
（1）求
设：
C0=C∞=0.6060，
=1
并令
=
=0.180952798
又
=
=0.421972831
（2）求
因被测介质为液体，所以
（3）求
=0.5959+0.0312β12.1—0.1840β18+0.0029β12.5（106/ReD）0.75
故
=0.5959+0.0312×（0.421972831）2.1—0.1840×（0.421972831）8+0.0029×=0.000625927
（4）精确度判断
=0.005708028
3.进行迭代计算，设定第二个假定值X2
X2=
=0.296498972
=
=0.533166913
=1
因此
=
=-0.0000041122
所以
4.进行迭代计算，设定第三个假定值
，利用快速收敛弦截法公式（n=3起用）
=0.2541405981
所以
由于
=0.0000000005
精确度达到要求。
5.此题用计算机编程求解时：
工作温度下的管道直径D=0.080042816
雷诺数ReD=11605.04793
d=33.7578
b1=0.4220
把精确度判断定为5×10-10，程序参照附录，计算结果列于下表2-1。
表2-1计算结果
n
1
2
3
X
0.2533795413
0.0030274617
0.2541405981
β
0.4955983337
0.0030274617
0.4962970445
C
0.6041653582
0.0030274617
0.6041852546
δ
0.0004648607
-0.0000051122
0.0000000001
δ
0.0030274617
0.0000332936
0.0000000001
6.计算结果
因此得：
β=
=0.4220
C=
=0.6041852546
求
=
=33.73974249
最后得：
=33.740（mm）
第3章调节阀选型及计算
3.1调节阀的选择
调节阀又称控制阀，是执行器的主要类型，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。
调节阀一般由执行机构和阀门组成。
如果按其所配执行机构使用的动力，调节阀可以分为气动、电动、液动三种。
调节阀的阀体类型选择阀体的选择是调节阀选择中最重要的环节。
调节阀阀体种类很多，常用的有直通单座、直通双座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋转、蝶形、套筒式、球形等10种。
在选择阀门之前，要对控制过程的介质、工艺条件和参数进行细心的分析，收集足够的数据，了解系统对调节阀的要求，根据所收集的数据来确定所要使用的阀门类型。
在具体选择时，可从以下几方面考虑：
（1）阀芯形状结构主要根据所选择的流量特性和不平衡力等因素考虑。
（2）耐磨损性当流体介质是含有高浓度磨损性颗粒的悬浮液时，阀芯、阀座接合面每一次关闭都会受到严重摩擦。
因此阀门的流路要光滑，阀的内部材料要坚硬。
（3）耐腐蚀由于介质具有腐蚀性，在能满足调节功能的情况下，尽量选择结构简单阀门。
（4）介质的温度、压力当介质的温度、压力高且变化大时，应选用阀芯和阀座的材料受温度、压力变化小的阀门。
（5）防止闪蒸和空化闪蒸和空化只产生在液体介质。
在实际生产过程中，闪蒸和空化不仅影响流量系数的计算，还会形成振动和噪声，使阀门的使用寿命变短，因此在选择阀门时应防止阀门产生闪蒸和空化。
3.2调节阀口径计算
调节阀口径的选择和确定主要依据阀的流通能力即Cv。
在各种工程的仪表设计和选型时，都要对调节阀进行Cv计算，并提供调节阀设计说明书。
从调节阀的Cv计算到阀的口径确定，一般需经以下步骤：
1）计算流量的确定。
现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算流量的Qmax和Qmin.
2）阀前后压差的确定。
根据已选择的阀流量特性及系统特点选定S（阻力系数），再确定计算压差。
3）计算Cv。
根据所调节的介质选择合适的计算公式和图表，求得Cmax和Cmin.
4）选用Cv。
根据Cmax,在所选择的产品标准系列中选取>Cmax且与其最接近的一级C.
5）调节阀开度验算。
一般要求最大计算流量时的开度≯90%，最小计算流量时的开度≮10%。
6）调节阀实际可调比的验算。
一般要求实际可调比≮10。
7）阀座直径和公称直径的确定。
验证合适后，根据C确定。
位号：
LIC2307
操作温度：
140℃工况密度：
926.012Kg/m3
阀前压力：
0.7MPa 工况粘度：
199×10-6Pa.S
阀后压力：
0.6MPa最大流量：
30000kg/h
管道内径：
80mm饱和蒸汽压力P=0.016MPa
计算过程:
（1）计算
（2）选定口径
值圆整、放大，查产品目录，取
=1.6（
）,选单座阀（JP）
其放大系数为：
查表2，知满足m=1.28时，阀最大开度〉90%，所以
值应再向上取一挡，即取
=2（
），此时
m值满足要求。
开度验算
开度82.3%可满足要求。
第4章心得与体会
本次汽机控制系统课程设计，培养识图、设计、安装、调试仪表的能力。
，在老师和同学的帮助下克服了很多困难终于完成了这次课程设计。
这次的实习让我们增加了自己控制系统设计能力，也让我们在一步步的探索中培养了解决问题的能力，任何事情只有一步步的探索才能最终发现解决问题的方法。
也学习了了组态王软件的使用，用学会了一个专业软件。
近四年的大学学习，让我的专业知识有了进一步的提高。
课程设计是我们学习中一个重要的实践性环节，它是一个综合性较强的设计课题，为我们以后从事实际的技术工作，打下了一个良好的基础。
并且对我们掌握所学知识情况，进行了全面而又直观的检验。
想想这次的课程设计，我在其中学到了很多知识，但其中所遇到的困难，也仍旧记忆犹新。
它让我明白了无论是设计新产品，还是改造原先的老产品，都是一个复杂的技术过程，容不得半点含糊。
这次的毕业设计，拓宽了我的知识面，是一个锻炼的好机会。
参考文献
[1]HG/T20636～20639-1998，化工装置自控工程设计规定（上下卷）[S].
[2]GB/T2624-1993，流量测量节流装置[S].
[3]奚文群，翁维勤.调节阀口径计算指南[M].兰州：
化工部自控设计技术中心站，1991.
[4]董德发，张天春.自控工程设计基础[M].大庆：
大庆石油学院，1999.
[5]王骥程，祝和云.化工过程控制工程[M].北京：
化学工业出版社，2003.
附录
LD1.04
DIFU（13）210.06
LD210.03
LD210.02
KEEP（11）1.01
LD210.06
LDTIM001
KEEP（11）1.03
KEEP（11）220.00
LDNOT0.03
LDNOT0.02
LD210.14
LDTIM001
LD220.00
TIM001#50
LD200.03
AND0.07
ORP_First_Cycle
OR200.00
ANDNOT0.02
ANDNOT0.03
ANDNOT0.04
ANDNOT0.05
OUT1.10
LD0.03
OUT200.01
TIM003#0150
END（01）
东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
自控工程课程设计
题目名称
汽机控制系统设计
学生姓名
学号
指导教师姓名
职称
讲师
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
年月日
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