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典型化工单元的控制方案
典型化工单元的控制方案化工行业是一个关乎生产安全和产品质量的重要行业。
在化工生产过程中，控制方案的设计和实施至关重要。
本文将就典型化工单元的控制方案展开探讨，以提高生产效率、保障生产安全和提升产品质量。
一、前言化工行业中，常见的典型化工单元包括蒸馏塔、反应器、分离设备等。
这些单元在化工生产中具有重要作用，因此，制定合理的控制方案对于提高生产效率和确保安全至关重要。
二、蒸馏塔控制方案蒸馏塔是化工过程中常用的分离设备，用于分离混合物中的组分。
为确保蒸馏塔的正常运行，需采取以下控制方案：1. 温度控制：通过在塔内设置温度传感器，采集反馈信号，并通过PID控制算法，实现对蒸馏塔的温度进行精确控制。
2. 压力控制：对蒸馏塔内部的压力进行监测，并根据设定的压力范围进行控制，确保压力在安全范围内。
3. 流量控制：通过测量进料和出料管道的流量，根据设定值进行调节，保持塔内液位平稳，防止液位过高导致溢出或液位过低导致设备损坏的情况发生。
三、反应器控制方案反应器是化工生产中用于进行化学反应的设备，制定合理的控制方案可以提高反应效率和产品质量，同时确保生产安全。
1. 温度控制：根据反应物的特性，设置合适的温度范围，并通过控制加热或冷却介质的流量和温度，实现反应器温度的精确控制。
2. 压力控制：根据反应物的压力要求，设置合理的压力范围，并通过控制气体进出口的流量和压力，保持反应器内部压力的稳定。
3. 搅拌控制：反应器内部需要进行充分的搅拌，以保证反应物的均匀分布和反应速率的提高。
通过控制搅拌器的转速和功率，实现搅拌的精确控制。
四、分离设备控制方案分离设备在化工生产中起到分离混合物中组分的作用，例如离心机、过滤器、萃取塔等。
为提高分离设备的分离效率和产品纯度，控制方案需要考虑以下几个方面：1. 温度控制：根据分离过程中液体、气体的特性，控制设备内的温度。
不同温度可以调整液相和气相的分布和挥发性，从而提高分离效果。
2. 压力控制：根据分离设备的工作原理和分离要求，控制设备内部的压力。
典型化工单元的控制方案
典型化工单元的控制方案随着工业化的不断推进，化工行业在世界经济中扮演着举足轻重的角色。
化工单元作为化工生产的基本单元，其稳定的控制方案对于提高生产效率、降低成本起着至关重要的作用。
一、控制方案的重要性化工单元是指在化工工艺系统中具有特定功能和运行任务的单元操作。
如，各类反应器、分离器、干燥器等，这些单元操作的运行状态与产品质量、能耗、安全性密切相关。
因此，一个科学合理的控制方案是确保化工单元运行正常且高效的必要条件。
二、1. 反应器控制方案反应器是化工生产中最基本的单元操作之一，其控制方案主要包括温度控制、压力控制和物料流量控制，以确保反应过程温度和条件的稳定性。
其中，温度控制是最为关键的，可通过采用PID控制器结合传感器监测和反馈系统来实现，比如采用热电偶测温和PID控制器来控制反应温度。
2. 分离器控制方案分离器用于将混合物中的不同组分分离开来，控制方案主要包括压力控制、液位控制和流量控制。
其中，压力控制是保证分离效果的关键，可以通过设置压力传感器和PID控制器来实现，实时监测和调节分离器内的压力。
3. 干燥器控制方案干燥器用于去除物料中的水分，控制方案主要包括湿度控制和温度控制。
其中，湿度控制是保证干燥效果的关键，可以通过湿度传感器和PID控制器来实现，实时监测和调节干燥器内的湿度。
以上只是典型化工单元的控制方案中的一部分，每种单元操作都有其独特的特点和控制要求。
根据具体应用场景，工程师需要根据化学反应原理、物料特性和工艺条件等因素来确定最佳的控制方案。
三、控制方案的优化与改进为了提高化工生产的效率和质量，不断优化和改进控制方案至关重要。
1. 采用先进的仪器设备和自动化技术，实现自动化控制和远程监控。
利用先进的仪器设备和自动化技术，可以实现对化工单元的自动化控制，减少人为因素的干预，提高控制的精度和可靠性。
并通过远程监控系统，可以对化工单元的运行状态进行实时监测，及时发现和处理故障。
2. 优化控制算法和参数调节。
第九章典型化工单元的控制方案
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第九章典型化工单元的控制方案
第一节 流体输送设备的控制方案
•3.控制泵的出口旁路
•图11-4 改变旁路阀控 制流量
• 将泵的部分排出量重新送回到吸 入管路，用改变旁路阀开启度的方 法来控制泵的实际排出量。
• 控制阀装在旁路上，压差大，流 量小，因此控制阀的尺寸较小。
• 该方案不经济，因为旁路阀消耗一部分高压液体能量， 使总的机械效率降低，故很少采用。
•1.改变原动机的转速
• 该方案适用于以蒸汽 机或汽轮机作原动机的场 合，此时，可借助于改变 蒸汽流量的方法方便地控 制转速，进而控制往复泵 的出口流量。
•图11-5 改变转速的方案
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第九章典型化工单元的控制方案
第一节 流体输送设备的控制方案
•2.控制泵的出口旁路
• 该方案由于高 压流体的部分能 量要白白消耗在 旁路上，故经济 性较差。
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第九章典型化工单元的控制方案
第二节 传热设备的自动控制
•3.控制被加热流体自身流量
• 只能用在工艺介 质的流量允许变化 的场合。
•图11-19 用介质自身流量控制温度
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第九章典型化工单元的控制方案
第二节 传热设备的自动控制
•4. 控制被加热流体自身流量的旁路
•当仅考虑汽化潜热时，热量平衡方程式为
•传热速率方程式仍为
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第九章典型化工单元的控制方案
第二节 传热设备的自动控制
• 当被加热介质的出口温度t2为被控变量时，常采用 下述两种控制方案。
•1.控制蒸汽流量
• 通过改变加热蒸汽量来稳定 被加热介质的出口温度。当阀前 蒸汽压力有波动时，可对蒸汽总 管加设压力定值控制，或者采用 温度与蒸汽流量（或压力）的串 级控制。
第11章典型化工单元的控制方案
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第11章典型化工单元的控制方案
2、釜式反应器的控制
釜式反应器在化学工业中广泛应用， 除了用作聚合反应外，在有机燃料、农药等 行业还经常采用釜式反应器进行碳化、硝化、 卤化等反应。 釜式反应器的反应温度控制是实现釜 式反应器最佳操作的关键，常用的方案有：
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第11章典型化工单元的控制方案
（4）约束条件
为了保证正常操作，需规定某些参数 的极限值，并作为约束条件。如： 塔内气体流速，防止漏液和泛液 塔的操作压力 再沸器两侧间的温差不能超过临界值，否 则会导致给热系数下降，传热量降低。
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第11章典型化工单元的控制方案
2、精馏塔控制问题分析
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第11章典型化工单元的控制方案
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第11章典型化工单元的控制方案
（1）采用温度作为间接质量指标
塔顶（或塔底）温度控制 产品在塔顶采用塔顶温度控制，反之亦然。 灵敏板温度控制 灵敏板是指当塔的操作经受扰动作用时，塔
内各板的温度都发生变化，一直到新的稳态时，温 度变化最大的那块板称为灵敏板。
中温控制 取加料板稍上、稍下的塔板或加料板的温度
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第11章典型化工单元的控制方案
（1）质量指标
化学反应器的质量指标一般指反应的 转化率或反应生产物的规定浓度。因此，应 该选取转化率或与之相关的可测变量作为被 控变量。 由于化学反应不是吸热就是放热，反 应过程总伴随热效应，所以温度是最能够表 征质量的间接控制指标。
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定，其余两者则按照回流罐和再沸器的物料平衡，
由液位控制器进行控制。
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第11章典型化工单元的控制方案
典型化工单元的控制方案
典型化工单元的控制方案化工产业在现代社会中扮演着重要的角色，它涉及到各类化学反应及物质转化过程。
为了确保安全和高效运行，典型化工单元的控制方案是必不可少的。
本文将讨论几种典型化工单元的控制方案，包括蒸馏塔、反应器和分离器。
1. 蒸馏塔的控制方案蒸馏是化工过程中常用的分离方法之一，通过利用物质的沸点差异将混合物中的组分分离出来。
蒸馏塔的控制方案需要考虑以下几个方面：1.1 温度控制：蒸馏塔中的温度是决定沸点差异的关键因素，因此需要通过在不同位置设置温度传感器，并根据传感器的反馈信号来调节加热或冷却介质的流量，以控制塔内的温度。
1.2 压力控制：蒸馏塔中的压力对沸点的影响也很大，因此需要通过调节冷却介质的流量或改变塔内的工作压力来达到所需的分离效果。
1.3 液位控制：蒸馏塔中的液位控制是为了保证正常的运行，防止塔底或塔顶的液位过高或过低。
通过设置液位传感器和液位控制阀，可以根据液位的变化及时调节进料和出料的流量，以维持稳定的操作状态。
2. 反应器的控制方案反应器是化工过程中进行化学反应的装置，在控制方案中需要考虑以下几个因素：2.1 温度控制：反应器中的温度是影响反应速率和选择性的重要因素，需要通过加热或冷却介质的流量调节来控制反应器的温度。
2.2 搅拌控制：反应器内的搅拌是为了提高反应物与催化剂的接触效果，通过调节搅拌速度和搅拌功率，可以控制反应物的混合程度，从而影响反应速率和反应的均匀性。
2.3 压力控制：反应器中的工作压力是一些反应的重要参数，需要通过调节入口和出口阀门来控制反应器的压力。
3. 分离器的控制方案分离器是化工过程中常用的物质分离设备，其控制方案主要包括以下几个方面：3.1 温度控制：分离器中涉及到的物料通常存在不同的沸点，需要通过在不同位置设置温度传感器，并根据传感器的反馈信号来调节加热或冷却介质的流量，以控制分离器中的温度。
3.2 压力控制：分离器中的压力对物料分离效果有很大影响，需要通过调节冷却介质的流量或改变分离器的工作压力来实现所需的分离效果。
典型化工单元的控制方案
典型化工单元的控制方案随着社会经济的快速发展，化工行业在国民经济中扮演着重要的角色。
在化工生产过程中，控制方案的合理设计和实施对于提高生产效率、降低能耗、确保产品质量具有至关重要的作用。
本文将就典型化工单元的控制方案展开讨论。
一、引言化工单元是指在化工生产过程中实现特定工艺目标的装置。
典型的化工单元包括反应器、蒸馏塔、萃取塔、吸附塔、燃烧装置等。
每个化工单元在生产过程中都需要有相应的控制方案来确保其稳定运行和达到预定的工艺目标。
二、控制方案的分析与设计1. 反应器的控制方案反应器是化工生产中最为常见的单元之一，其控制方案主要包括温度、压力、物料进料控制等。
实现反应器的稳定运行需要根据反应热特性和物料特性，综合考虑控制回路和控制策略的设计。
2. 蒸馏塔的控制方案蒸馏塔广泛应用于分离混合物的过程中，其控制方案主要包括压力、温度、液位和回流比等控制。
合理的控制方案能够实现产品的高纯度分离和能源的高效利用。
3. 吸附塔的控制方案吸附塔常用于分离气体混合物中的某些组分，其控制方案主要包括吸附剂进料量、气体流量和时间等。
针对不同的吸附物质和操作条件，需要根据实际情况设计相应的控制策略。
4. 萃取塔的控制方案萃取塔在化工生产中用于从一种溶液中分离出目标组分，其控制方案主要包括溶剂流量、溶剂进料温度和溶液进料浓度等。
有效的控制方案可以提高产品纯度和降低能耗。
5. 燃烧装置的控制方案燃烧装置通常用于供应热能或产生高温气流，其控制方案主要包括燃烧温度、氧气含量和燃料供应等控制。
科学合理的控制方案可以提高燃烧效率、降低排放和保障安全。
三、控制方案的实施与优化控制方案的实施需要结合实际生产情况，进行参数调整和系统调试。
同时，通过实时监测与控制设备进行联动，以实现对整个化工单元的自动化控制。
随着科技的进步，先进的控制算法和智能化设备也逐渐应用于化工生产中，提高了控制方案的稳定性和灵活性。
此外，控制方案的优化是一个持续的过程。
典型化工单元的控制方案
典型化工单元的控制方案在现代化工领域中，典型化工单元的控制方案是确保生产运行安全、稳定和高效的关键。
通过合理的控制策略和技术手段，可以实现对化工单元的自动化控制和优化管理，提高产品质量、降低能耗、提高生产效率。
本文将探讨几个典型化工单元的控制方案，分别是蒸馏塔、反应器和提取塔。
一、蒸馏塔的控制方案蒸馏塔是化工过程中常见的分离设备，它的控制方案主要包括液位控制、温度控制和压力控制。
通过准确测量液位，可以保证在恰当的位置引入进料和排出产物，避免因液位过高或过低而导致的操作困难或产品质量下降。
温度控制则可以通过调节蒸汽流量或冷却水流量，确保塔板上的温度维持在适宜的范围内，提高分离效果。
至于压力控制，可以通过调节回流液和塔顶气体的流量，使塔内压力保持稳定，确保操作安全。
二、反应器的控制方案反应器是化工生产中关键的转化设备，其控制方案涉及到温度控制、压力控制和反应物进料控制。
为了保证反应的顺利进行和产物质量的稳定，温度控制至关重要。
通过合理设置加热或冷却系统，并通过反馈控制器调节能量输入，可以使反应器内温度保持在所需的范围内。
压力控制则可通过调节排气阀或供气阀的开度，使反应器内压力稳定在预设的工作范围内。
另外，反应物进料控制可以通过流量控制阀实现，确保反应物料正常进入反应器，维持反应的持续进行。
三、提取塔的控制方案提取塔是一种常见的化工分离设备，主要用于混合物中的组分分离。
其控制方案包括液位控制、流量控制和溶剂浓度控制。
液位控制可以通过测量上、下液位的差异，并通过液位控制阀控制剂液进出，保持液位稳定，从而保证传质效果。
流量控制则可通过调节剂液和原料流量，使得进出料流量保持平衡，防止堵塞或冲刷现象的发生。
溶剂浓度控制可以通过监测提取塔中的溶剂浓度，并通过控制进料流量或提取剂流量来实现。
综上所述，典型化工单元的控制方案是确保生产运行安全、稳定和高效的关键。
蒸馏塔、反应器和提取塔作为化工过程中常见的装置，其控制方案分别包括液位、温度和压力的控制，确保操作安全以及产品质量的稳定。
典型化工单元的控制方案
2024/11/2
第十一章 典型化工单元控制方案
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第三节 精馏塔的自动控制
精馏操作对控制方案的要求
一． 尽量预先克服进塔前主要的可控干扰（如 进料量波动、进料温度波动等）
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第十一章 典型化工单元控制方案
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第三节 精馏塔的自 动控制
回流的作用是使塔内上层塔板的 蒸汽进行部分冷凝的冷却剂，以 确保精馏操作稳定进行。
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第十一章 典型化工单元控制方案
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第三节 精馏塔的 自动控制
三．精馏操作的工艺要求
1. 操作要处于合适的工况，以保证塔的平稳操作， 确保产品质量，提高塔的效率。
PC：塔顶压力定值控制系统。通过调节冷剂量的大小来维持塔压恒定（为确保塔的平稳操作， 保持塔的稳定，塔压很关键。因为塔压波动，会破坏温度与成分的单值对应关系），以确保产品质 量。
从其作用而言，必须选PI。
（3）各控制器的正反作用
TC控制器：反作用
LC控制器：正作用
F1C控制器：反作用 PC控制器：反作用
第十一章 典型化 工单元的控制方案
概述 传热设备的自动控 制方案
流体输送设备的控 制方案
讲授内容 精馏塔的自动控制
2024/11/2
第十一章 典型化工单元控制方案
1
概述
化工单元 单元操作——物理过程 单元过程——化学反应过程
单元操作包括流体输送、分离（离心、过滤、沉降）、换热、 干燥、结晶、蒸发、精馏、吸收、萃取等。--《化工原理》所 涉及的内容，主要讲述其原理及操作。 单 元 过 程 包 括 缩 合 、 加 氢 、 卤 化 、 歧 化 、 聚 合 、 裂 解 等 。 -《工艺学》所涉及的内容，主要讲述原理及过程。
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典型化工单元的控
制方案
1
第九章典型化工单元的控制方案
石油、化工生产过程是最具有代表性的过程工业。
该生产过程是由一系列基本单元操作的设备和装置组成的。
按照石油、化工生产过程中的物理和化学变化来分, 主要有流体输送过程、传热过程、传质过程和化学反应过程四类。
下面将以这四种基本单元操作中的代表性装置为例, 讨论其基本控制方案。
第一节流体输送设备的控制方案
石油、化工生产过程中, 大部分物料都是以液、气形态在密闭的管道、容器中进行物质、能量的传递。
为了输送液、气形态物料, 就必须用泵、压缩机等设备对流体做功, 使得流体获得能量, 从一端输送到另一端。
输送流体的设备统称为流体输送设备。
其中输送液体的机械称为泵, 输送气体的机械称为风机和压缩机。
流体输送设备的控制主要是流量的控制。
控制系统的被控对象一般是管路, 其被控变量与操纵变量是同一物料的流量。
流量控制系统被控对象的的时间常数很小, 因此基本上是能够看作是一个放大环节。
另外还需注意的是流量控制系统的广义对象静态特性是非线性的, 特别是采用节流装置而不加开方器进行流量的测量变送时更为明显。
一、泵的常规控制
按作用原理可将泵分为:
1.往复式泵: 活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、计量泵和比例泵
等。
2.旋转式泵: 齿轮泵、螺杆泵、转子泵和叶片泵等。
3.离心泵。
根据泵的特性又可分为离心泵和容积泵两大类。
石油、化工等生产过程中离心泵的使用最为广泛, 因此下面侧重介绍离心泵的特性及其控制方案。
1．离心泵的控制方案
离心泵主要由叶轮和泵壳组成, 高速旋转的叶轮作用于液体而产生离心力, 在离心力的作用下使得离心泵出口压头升高。
转速越高, 离心力越大, 压头也越高。
因离心泵的叶轮与机壳之间存有空隙, 因此当泵的出口阀完全关闭时, 液体将在泵体内循环, 泵的排量为零, 压头接近最高值。
此时对泵所作的功被转化为热能向外散发, 同时泵内液体也发热升温, 故离心泵的出口阀能够关闭, 但不宜处于长时间关闭的运转状态。
随着出口阀的逐步开启, 排出量也随之增大, 而出口压力将慢慢下降; 泵的压头H 、 排量Q 和转速n 之间的函数关系, 称为泵的特性, 可用图9．1-1来表示。
H=R 1n 2-R 2Q 2
(9—1)
式(9—1)中 R 1、 R 2为比例常数。
由于泵输送的是流体, 总是与工艺系统管路一起工作的, 分析泵的实际排量与出口压头时, 除了与泵本身的特性有关外, 也需考虑到与其相连接的管路特性。
因此必须对管路特性作一些分析。
管路特性就是管路系统中流体流量与管路系统阻力之间的关系。
一般管路系统的阻力包含四项内容, 如图9．1-2所示。
四项阻力分别为:
压头图9．1-2 管路特压图9．1-1 离心泵特性
①管路两端的静压差引起的压头h p。
g p
p h
pρ1
2-
=
式中p1、p2分别是管路系统的入口与出口处的压力, ρ为流体的密度, g为重力加速度。
由于工艺系统在正常操作时p1、 p2基本稳定, 因此这项也是比较平稳的。
②管路两端的升扬高度h L。
工艺系统中管路和设备安装就绪后, 这项将是恒定的。
③管路中的摩擦损失压头h f。
h f与流量的平方值近似成比例关系。
④控制阀两端节流损失压头h v。
在阀门开度一定时, h v也与流量的平方值成正比关系, 当阀门的开度变化时, h v也跟着变化。
管路总阻力为H L, 则:
H L＝h p十h L十h v十h f
(9—2)
式(9—2)即为管路特性的表示式, 图9．1-2中画出了它的特性曲线。
当系统达到稳定工作状态时, 泵的压头H必然等于H L, 这是建立平衡的条件。
图9．1-2中泵的特性曲线与管路特性曲线的交点C, 即是泵的一个平衡工作点。
工作点C的流量应符合工艺预定的要求, 能够经过改变h v或其它的手段来满足这一要求, 这也是离心泵的压力(流量)的控制方案的主要依据。
(1)直接节流法
改变直接节流阀的开度, 即改变了管路特性, 从而改变了平衡工作点C的位置, 达到控制的目的。
图9．1-3表示了系统工作点的移动情况及控制方案的实施。
需要注意的是, 这种直接节流法的节流阀应安装在泵的出口管线上, 而不能装在泵的吸入管道上。
否则由于h v的存在会出现”气缚”及”气蚀”现象, 对泵的正常运行和使用寿命都是至关重要的。
气缚是指由于h v的存在, 使泵的入口压力下降, 从而可能使液体部分气化, 造成泵的出口压力下降, 排量降低甚至到零, 离心泵的正常运行遭到破坏。
气蚀是指由于h v的存在, 造成部分气化的气体到达排出端时, 因受到压缩而重新凝聚成液体, 对泵内的机件会产生冲击, 将损伤泵壳与叶轮, 犹如高压差控制阀所受到的那种气蚀。
因此气蚀将会引起泵的损坏。
基于以上的原因, 直接节流阀必须安装在离心泵的出口管线上。
直接节流法控制方案的优点是简便而易行。
但在小流量运行时, 能量部分消耗在节流阀上, 使总的机械效率较低。
因此这种方案在离心泵的控制中是较为常见的, 但当流量低于正常排量30％时, 不宜采用本方案。
(2)改变泵的转速n
这种控制方案以改变泵的特性曲线, 移动工作点, 来达到控制流量的目的。
图9．1-4表示这种控制方案及泵特性变化改变工作点的情况。
改变泵转速常见的方法采用变频调速等装置对电动机进行调
速。
改变泵转速来控制离心泵的排量或压头, 这种控制方式具有很大的优越性。
主要是管路上无需安装控制阀, 因此管路系统总阻力H L 中h v
等于零, 减少了管路阻力的损耗, 泵的机械效率高, 从节能角度是极为有利的。
(3)改变旁路回流量
图9．1-5所示为改变旁路回流量的控制方案。
它是在泵的出口与入口之间加一旁路管道, 让一部分排出量重新回到泵的入口。
这种控制方式实质也是改变管路特性来达到控制流量的目的。
当旁路控制阀开度增大时, 离心泵的整个出口阻力下降, 排量增加, 但与此同时, 回流量也随之加大, 最终导致送往管路系统的实际排量减少。
显然, 采用这种控制方式必然有一部分能量损耗在旁路管路和阀上, 因此, 的优点,
(b)控制方H
(a)流量特性
图9．1-4 调节转速式控制
图9．1-6 往复泵出口压力和流。