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计量泵流量调节与控制

发布时间:2015-05-18   

计量泵流量调节与控制
计量泵与普通容积式往复泵的根本区别在于流量调节部分。计量泵在其驱动机构中具有专用的流量调节机构,而往复泵没有。随着技术进步和特殊场合的要求,计量泵流量调节的方式也在不断发展。流量调节方式主要分为以下几种:
一、手动调节方式
手动调节方式是采用计量泵驱动机构中的机械子系统使泵的冲程长度或有效冲程长度在0~100%范围内变化,从而达到调节流量的目的。手动调节的方式包括:
1. 可调偏心机构调节
可调偏心机构是通过调节计量泵的调节螺杆,从而改变计量泵偏心机构的偏心距,达到改变计量泵柱塞行程的目的。柱塞行程的改变直接改变了计量泵每个冲程的排量,所以计量泵的输出流量随之改变。
此类调节形式是对冲程的峰值流量进行调节,随着计量泵输出流量的改变,流量脉动对管路系统的冲击和影响也会随之改变。可变偏心调节机构是计量泵中被普遍采用的机构形式,尤其是高负荷,苛刻环境的计量泵绝大部分采用此调节形式,只有极少品牌采用曲柄连杆调节机构。
2. 有效冲程长度调节
有效冲程调节又被称为液压旁路调节。有效冲程长度调节与可调偏心结构调节有所不同。有效冲程调节结构不是直接改变计量泵的冲程长度,在整个调节过程中,计量泵柱塞运动的冲程长度没有直接变化。有效冲程长度调节是利用液压旁路的开与关,改变柱塞实际驱动隔膜的冲程长度,也就是改变了柱塞驱动做功的有效长度。通过改变柱塞的有效冲程,从而改变每个冲程的排量,最终改变计量泵的输出流量。
由于有效冲程调节不是直接改变柱塞的冲程长度,所以流量曲线的峰值不会随有效冲程改变而改变。有效冲程调节只用于液压隔膜计量泵,是一种机构简单,调节有效稳定的机构,基本用于中低负荷计量泵的调节机构。有效冲程调节方式已经在API675第三版中被列为计量泵冲程调节方式之一。
3. 机械“放过”式调节
机械放过式调节的英文名称是LOST MOTION。它采用机械限位的方式,人为地使机械驱动机构与液力端柱塞脱离,从而改变柱塞的运动冲程长度,达到改变计量泵输出流量的目的。
机械放过式调节不适合应用于高负荷的应用工况,普遍应用于低负荷的机械隔膜计量泵。此类调节机构的工作噪音很响,且稳定性精度较低,长期工作的稳定性也较差。
二、自动流量调节方式
为了适应自动调节的要求,可以在计量泵相应的机构上增加自动调节机构,接受外部控制信号,实现根据外部信号自动改变计量泵的输出流量。自动流量调节方式包括以下几种:
1. 变频调节流量方式
变频调节方式是利用交流变频器可以根据外部信号改变电源频率的特点,从而改变计量泵的电机转速。电机转速的变化可以改变计量泵的冲程速度,也改变了计量泵的排出频率,达到调节计量泵输出流量的目的。
在变频流量调节系统中的变频器信号会来自检测仪表或者上位机的输出信号。变频器的输出电源直接接入计量泵的电机。通常用于变频控制的电机有两种选择:1)专用变频电机;可以在一定频率范围内实现恒扭矩输出。恒扭矩的频率范围取决于电机的调节比,调节比为10:1,表示在5~50Hz范围。大部分专用电机均为强制风冷电机,保证电机冷却风量不变,避免低频率工作时出现散热问题。2)普通恒速电机;此类电机在频率降低过程中电机的输出扭矩会随之降低,所以在过低频率下工作时可能会出现过载损坏。通常会采用放大电机功率来适应低频工作的要求,但是由于普通电机是同轴风扇散热,所以在低频工作时,电机的通风量会降低,导致散热不足,长期工作会对电机内部绝缘造成损坏。为此,对于普通电机用于变频控制,通常会建议频率不要低于20~25Hz。
变频调节流量通过改变冲程速度实现的,所以改变的也是流量脉动的频率。变频调节流量的方式是一种低成本高性价比的控制方式,广泛应用于各种行业与应用,并取得各行各业的用户认可。
2. 电动调节冲程方式
电动调节冲程方式是采用电动伺服机构替代手动调节结构,根据外部信号改变计量泵冲程长度,从而实现调节计量泵输出流量的目的。
电动冲程调节器由三个部分组成。1)供电电源回路和控制回路;供电电源回路是为整个电动冲程调节器提供电源供电,包括电路供电和驱动机构供电;控制回路是接受外部信号后,将此电流信号转化成电压控制信号;2)驱动机构;驱动机构接受到电源供电后开始驱动计量泵的冲程调节机构;3)反馈机构;在驱动机构工作的同时,也会通过反馈机构建立反馈电压,并与控制电压进行比较,并及时停止驱动机构的工作。
电动冲程调节器接受4-20mA模拟信号和220V单相电源或380V三相电源。在接线过程中必须注意信号电缆与电源电缆的分开,电缆必须采用屏蔽电缆,尤其是信号电缆。电源接地与信号接地必须分开,并且信号电缆是一端接地。这样才能较好的避免外界干扰对电动冲程调节器的影响。电动冲程调节器可以对计量泵冲程进行0~100%范围的调节,但是相比较变频调节流量方式,电动冲程调节器的成本较高,尤其对于防爆区域的应用,设备价格更高。对于高载荷设备,电动冲程调节器的外形尺寸较大,满量程调节时间较长。所以,需要根据工艺条件的要求进行正确选用。
3. 气动调节冲程方式
气动调节冲程方式是采用气动伺服机构替代手动调节机构,根据外部信号改变计量泵冲程长度,从而实现调节计量泵输出流量的目的。气动冲程调节器基本全部用于防爆应用场合。
气动冲程调节器由四个部分组成。1)电-气转换器;将上位机发出的电信号转换成气压信号;2)定位器;通过输入的气压信号控制气动滑阀,并用输入的动力气源推动驱动活塞;3)驱动活塞与冲程滑杆机构;依赖动力气源推动驱动活塞和滑杆改变冲程长度;4)反馈机构;随驱动机构的位置变化,反馈机构产生的压力与驱动气压达到平衡。
小负荷气动冲程调节器的结构比较简单,动力气源的压力可以直接驱动活塞机构,但是大负荷气动冲程调节器需要较大的驱动力,所以结构也相应复杂,一般是气动与液压相结合的机构。气动冲程调节器的响应速度较慢,因为快速响应会导致气动机构在定位过程中产生振荡。随着防爆电动冲程调节器的发展,气动冲程调节器的应用已经逐渐萎缩。
流量调节机构是计量泵与其他往复式容积泵的主要区别之一。流量调节机构的调节比直接决定了计量泵获得三大精度的范围。如何既有好的精度又能获得好的性价比的流量调节方式,每个计量泵应用专家都有自己的判断标准