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精密計量泵的基本道理及其控製方法

2019-11-10 06:10   评论:40 点击:220

一、概述

作為流體精密計量與投加的理想設備,計量泵如今已被廣泛地利用於包括製藥、食品飲料和石油化工行業在內的各個領域,在工藝過程擔負著強腐蝕性、毒害性、高粘性和高壓介質的計量添加任務。經過超過半個世紀的實踐利用和技術改進,現在計量泵已進進其高速增加期。現在,成熟的動力驅動方式和液體輸送端(泵頭)材料技術使得新型計量泵幾乎可以完成輸送任何常規和特殊介質的要求 ,其工作壓力和容量亦能滿足產業生產的盡大多數要求。隨著人們對生產工藝過程指標和主動化程度要求的普遍進步,作為化學藥劑計量和添加環節的終究履行機構,計量泵的安全性和可控製性變得日益首要起來。石油化工等行業向來以生產過程的高度主動化而著稱,也是集散式 、分布式和智能式計算機控製係統利用最廣泛的領域之一,因此要求與之相配套的履行器——計量泵亦要具備靈活多樣的控製模式 ,可以方便地與計算機係統構成各種控製回路,實現更複雜更精確的過程控製。為順應這一新的趨勢 ,國際上著名的計量泵製造商如德國普羅名特公司在保證其產品傳統性能繼續領先世界的同時,借助於嵌進式微處理器係統,將多種調節控製功能和數據通訊協議整合到計量泵中,真正實現了從衝程頻率到衝程長度的雙維調節,使其產品成為世界首創的智能精密計量泵。

二、計量泵的基本工作道理

盡人皆知 ,計量泵首要由動力驅動、流體輸送和調節控製三部分構成。動力驅動裝配經過機械聯杆係統帶動流體輸送隔膜(活塞)實現往複活動:

隔膜(活塞)於衝程的前半周將被輸送流體吸進並於後半周將流體排出泵頭;所以,改變衝程的往複活動頻率或每一次往複活動的衝程長度即可達至調節流體輸送量之目的。精密的加工精度保證了每次泵出量進而實現被輸送介質的精密計量 。

因其動力驅動和流體輸送方式的不同,計量泵可以大致劃分成柱塞式和隔膜式兩大種類。

2.1、柱塞式計量泵

首要有普通有閥泵和無閥泵兩種。柱塞式計量泵因其結構簡單和耐高溫高壓等優點而被廣泛利用於石油化工領域。針對高粘度介質在高壓力工況下普通柱塞泵的不足,一種無閥旋轉柱塞式計量泵受到愈來愈多的重視,被廣泛利用於糖漿、巧克力和石油添加劑等高粘度介質的計量添加。因被計量介質和泵內潤滑劑之間無法實現完全隔離這一結構性缺點,柱塞式計量泵在高防汙染要求流體計量利用中受到諸多限製。

2.2 、隔膜式計量泵

顧名思義,隔膜式計量泵利用特殊設計加工的柔性隔膜取代活塞,在驅動機構感化下實現往複活動 ,完成吸進-排出過程。由於隔膜的隔離感化,在結構上真正實現了被計量流體與驅動潤滑機構之間的隔離。高科技的結構設計和新型材料的選用已大大進步了隔膜的使用壽命,加上複合材料優良的耐腐蝕特性,隔膜式計量泵目前已成為流體計量利用中的主力泵型。在隔膜式計量泵家族成員裏 ,液力驅動式隔膜泵由於采用了液壓油均勻地驅動隔膜,克服了機械直接驅動方式下泵隔膜受力過分集中的缺點,提升了隔膜壽命和工作壓力上限。為了克服單隔膜式計量泵可能出現的因隔膜破損而釀成的工作故障,有的計量泵配備了隔膜破損傳感器,實現隔膜破裂時主動連鎖保護;具有雙隔膜結構泵頭的計量進一步進步了其安全性,適合對安全保護特別敏感的利用處合。

作為隔膜式計量泵的一種,電磁驅動式計量泵以電磁鐵產生脈動驅動力,省卻了電機和變速機構,使得係統小巧緊湊,是小量程低壓計量泵的首要分支。

現在,精密計量泵技術已非常成熟,其流體計量輸送能力最大可達0-100,000l/h ,工作壓力最高達4000 bar,工作範圍覆蓋了產業生產所有領域的要求。

三 、計量泵的控製

計量泵每一次的流體泵出量決定了其計量容量。在一定的有效隔膜麵積下 ,泵的輸出流體的體積流量正比與衝程長度L和衝程頻率F:V∝A*F*L

在計量介質和工作壓力確定情況下,通過調節衝程長度L和衝程頻率F即可實現對計量泵輸出的雙維調節。

盡管衝程長度和頻率都可以作為調節變量,但在工程利用中一般將衝程長度視為粗調變量,衝程頻率為細調變量:調節衝程長度至一定值 ,然後通過改變其頻率實現精細調節,增加調節的靈活性。在相對簡單的利用處合,亦可以手動設置衝程長度 ,僅將衝程頻率作為調節變量 ,從而簡化係統配置。

3.1、常規模擬/開關信號調節方式

過程控製利用中廣泛采用0/4-20mA模擬電流信號作為傳感器、控製器和履行機構間信號交換的標準,具有外控功能的計量泵亦首要采用這類方式,實現對衝程頻率和衝程頻率的外部調節 。

位置式伺服機構是實現衝程長度調節的最普遍方法。一體化的伺服機構被設計成能夠直接接受來自調節器或計算機的0/4-20mA控製信號,從而主動調節衝程長度在0-100%範圍內變化。

相對而言實現衝程頻率調節的方法比較多樣 ,首要有變頻電機控製和直接繼電觸點控製兩種。經過0/4-20mA電流信號控製的變頻調速器驅動計量泵電動機按所需速度運行,從而實現衝程頻率的調節。對於電磁驅動和部分電機驅動的計量泵,亦可以利用外部觸點信號來調節衝程頻率。

3.2、基地式控製方式

在某些特殊場合,如ph值調節,計量泵作為履行器,在調節器的控製下添加酸或堿。為簡化係統配置和進步可靠性 ,以微處理器為核心的嵌進式控製係統被直接集成到計量泵內,如此隻需外接一支pH傳感器,即可構成完整的調節係統。這類基地式智能計量泵概念也適用於控製其它工藝參數,如氧化還原電位(ORP)和餘氯濃度調節等利用處合。

3.3、設定程序式控製

由於內部集成了微處理計算機,一些計量泵產品的調控性能和操縱性能得到了充分提升,在跟隨外部控製命令實現實時計量流量調節以外,還具有定量添加,時間序列觸發程序式添加,事件序列觸發程序式添加,時間-事件混合觸發程序式添加和主動校正等多種工作模式,並可以提供以泵出流體總量 ,剩餘衝程次數和待輸送流體容量,設定衝程長度和其它相關的計量泵工作參數等有效信息。

時間序列觸發程序式工作方式令計量泵完全根據實時時鍾,按預先規劃的任務清單 ,在指定時刻按設定的衝程次數或時間定量添加工作介質,時間可以以每小時,天,工作日,公休日,一周和二周為周期靈活設定;而事件序列觸發程序式工作方式令計量泵完全根據實時觸發事件,按預先規劃的任務清單,在特定事件發生時(觸點輸進)按設定的衝程次數或時間定量添加工作介質。以上兩種方式可以有機混合,完成更複雜的時間-事件混合觸發工作模式。最多可設定81個事件。

一個簡單的例子是冷卻塔循環水消毒滅藻係統。消毒劑以特定濃度根據補充水流量比例添加;並按工藝要求,在比例添加過程當中,每周還應脈衝式大劑量添加一次消毒劑(如設定在周五12-13時),並要求此時暫停比例添加感化。全部編程十分簡捷,令複雜多變的流體添加任務得以輕鬆而精確地實現 。

3.4 、現場總線ProFibus控製方式

在石油化工等大規模高主動化成度的利用處合 ,利用數字通訊協議進行主動化設備之間數據的高速傳輸進而構成網絡式控製係統,容量大,可靠性高,已成為發展的主流。繼二十世紀九十年代初被納進德國DIN標準後,現場總線ProFibus於九十年代末又成為歐洲標準(EN50170),活著界範圍內得到廣泛采用,已成為現場總線技術中代表性協議之一。

現場總線ProFibus由三種形勢構成。ProFibus-DP ,ProFibus-PA和ProFibus-FMS。其中ProFibus-DP(Decentralized Periphery)定義為分散型外圍設備現場總線,係專門為過程控製係統與分散的外圍設備之間高速數據信息交換而設計的。其傳輸介質為雙絞線或光纖聯接的RS485傳輸製式,波特率9.6-12Mb/s,係統構成本錢低,高速可靠。

現場總線ProFibus指令集精簡凝練,編程非常方便。具有現場總線ProFibus通訊功能的計量泵 ,在具有所有手動調節功能的同時,可以方便地溶進高級的如集散式計算機控製係統中,使其各種功能得以更充分地發揮,已成為現代精密計量泵的佼佼者。普羅名特公司計量泵家族中即有三大係列數十個型號的產品配置了現場總線功能。

四、結束語

今天,計量泵的研發已超越了其傳統意義上單純尋求容量和材質的範疇,轉而麵向高精度,多功能和智能化的發展方向,這一趨勢已成為世界首要計量泵生商的共叫

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