一、概�
作為流體精密計量與投加的理想�(shè)備,加藥計量泵如今已被廣泛地�(yīng)用于包括制藥、食品飲料和石油化工行業(yè)在內(nèi)的各個領(lǐng)�,在工藝過程�(dān)負著強腐蝕�、毒害性、高粘性和高壓介質(zhì)的計量添加任�(wù)�
報告�(jīng)過超過半個世紀(jì)的實踐應(yīng)用和技�(shù)改�,現(xiàn)在加藥計量泵已經(jīng)進入其高速增長期�
�(xiàn)�,成熟的動力�(qū)動方式和液體輸送端(泵頭)材料技�(shù)使得新型加藥計量泵幾乎可以完成輸送任何常�(guī)和特殊介�(zhì)的要求,其工作壓力和容量亦能滿足工業(yè)生產(chǎn)的絕大多�(shù)要求�
隨著人們對生產(chǎn)工藝過程指標(biāo)和自動化程度要求的普遍提�,作為化�(xué)藥劑計量和添加環(huán)節(jié)的最終執(zhí)行機�(gòu),加藥計量泵的安全性和可控制性變得日益重要起��
石油化工等行�(yè)向來以生�(chǎn)過程的高度自動化而著�,也是集散式、分布式和智能式計算機控制系�(tǒng)�(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一,因而要求與之相配套的執(zhí)行器——加藥計量泵亦要具備靈活多樣的控制模式,可以方便地與計算機系統(tǒng)�(gòu)成各種控制回�,實�(xiàn)更復(fù)雜更精確的過程控制�
為順�(yīng)這一新的趨勢,國際上著名的加藥計量泵制造商如德國普羅名特公司在保證其產(chǎn)品傳�(tǒng)性能繼續(xù)�(lǐng)先世界的同時,借助于嵌入式微處理器系統(tǒng),將多種�(diào)節(jié)控制功能和數(shù)�(jù)通訊�(xié)議整合到加藥計量泵中,真正實�(xiàn)了從沖程頻率�?jīng)_程長度的雙維�(diào)節(jié),使其產(chǎn)品成為世界首�(chuàng)的智能精密加藥計量泵�
�、加藥計量泵的基本工作原�
加藥計量泵工作原�
眾所周知,加藥計量泵主要由動力驅(qū)�、流體輸送和�(diào)節(jié)控制三部分組成。動力驅(qū)動裝置經(jīng)由機械聯(lián)桿系�(tǒng)帶動流體輸送隔�(活塞)實現(xiàn)往�(fù)運動�
隔膜(活塞)于沖程的前半周將被輸送流體吸入并于后半周將流體排出泵�;所�,改變沖程的往�(fù)運動頻率或每一次往�(fù)運動的沖程長度即可達至調(diào)節(jié)流體輸送量之目�。精密的加工精度保證了每次泵出量進而實�(xiàn)被輸送介�(zhì)的精密計量�
因其動力�(qū)動和流體輸送方式的不同,機械加藥計量泵可以大致劃分成柱塞式和隔膜式兩大種類�
2.1、柱塞式加藥計量�
主要有普通有閥泵和無閥泵兩種。柱塞式加藥計量泵因其結(jié)�(gòu)簡單和耐高溫高壓等�(yōu)點而被廣泛�(yīng)用于石油化工�(lǐng)�。針對高粘度介質(zhì)在高壓力工況下普通柱塞泵的不�,一種無閥旋�(zhuǎn)柱塞式加藥計量泵受到愈來愈多的重�,被廣泛�(yīng)用于糖漿、巧克力和石油添加劑等高粘度介質(zhì)的計量添�。因被計量介�(zhì)和泵�(nèi)潤滑劑之間無法實�(xiàn)完全隔離這一�(jié)�(gòu)性缺點,柱塞式加藥計量泵在高防污染要求流體計量應(yīng)用中受到諸多限制�
2.2、隔膜式加藥計量�
顧名思義,隔膜式加藥計量泵利用特殊設(shè)計加工的柔性隔膜取代活�,在�(qū)動機�(gòu)作用下實�(xiàn)往�(fù)運動,完成吸�-排出過程。由于隔膜的隔離作用,在�(jié)�(gòu)上真正實�(xiàn)了被計量流體與驅(qū)動潤滑機�(gòu)之間的隔雀�
高科技的結(jié)�(gòu)�(shè)計和新型材料的選用已�(jīng)大大提高了隔膜的使用壽命,加上復(fù)合材料優(yōu)異的耐腐蝕特性,隔膜式加藥計量泵目前已經(jīng)成為流體計量�(yīng)用中的主力泵��
在隔膜式加藥計量泵家族成員里,液力驅(qū)動式隔膜泵由于采用了液壓油均勻地�(qū)動隔�,克服了機械直接�(qū)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��
為了克服單隔膜式加藥計量泵可能出�(xiàn)的因隔膜破損而造成的工作故障,有的加藥計量泵配備了隔膜破損傳感�,實�(xiàn)隔膜破裂時自動連鎖保護;具有雙隔膜結(jié)�(gòu)泵頭的計量進一步提高了其安全�,適合對安全保護特別敏感的應(yīng)用場��
作為隔膜式加藥計量泵的一種,電磁�(qū)動式加藥計量泵以電磁鐵產(chǎn)生脈動驅(qū)動力,省卻了電機和變速機�(gòu),使得系�(tǒng)小巧緊湊,是小量程低壓加藥計量泵的重要分��
�(xiàn)�,精密加藥計量泵技�(shù)已經(jīng)非常成熟,其流體計量輸送能力最大可�0-100,000l/h,工作壓力最高達4000 bar,工作范圍覆蓋了工業(yè)生產(chǎn)所有領(lǐng)域的要求�
�、加藥計量泵的控�
加藥計量泵每一次的流體泵出量決定了其計量容�。在一定的有效隔膜面積�,泵的輸出流體的體積流量正比與沖程長度L和沖程頻率F:V∝A*F*L
在計量介�(zhì)和工作壓力確定情況下,通過�(diào)節(jié)沖程長度L和沖程頻率F即可實現(xiàn)對加藥計量泵輸出的雙維調(diào)節(jié)�
盡管沖程長度和頻率都可以作為�(diào)節(jié)變量,但在工程應(yīng)用中一般將沖程長度視為粗調(diào)變量,沖程頻率為細調(diào)變量:調(diào)節(jié)沖程長度至一定�,然后通過改變其頻率實�(xiàn)精細�(diào)節(jié),增加調(diào)節(jié)的靈活�。在相對簡單的應(yīng)用場合,亦可以手動設(shè)置沖程長�,僅將沖程頻率作為調(diào)節(jié)變量,從而簡化系�(tǒng)配置�
3.1、常�(guī)模擬/開關(guān)信號�(diào)節(jié)方式
過程控制�(yīng)用中廣泛采用0/4-20mA模擬電流信號作為傳感�、控制器和執(zhí)行機�(gòu)間信號交換的�(biāo)�(zhǔn),具有外控功能的加藥計量泵亦主要采用這種方式,實�(xiàn)對沖程頻率和沖程頻率的外部調(diào)節(jié)�
位置式伺服機�(gòu)是實�(xiàn)沖程長度�(diào)節(jié)的最普遍方法。一體化的伺服機�(gòu)被設(shè)計成能夠直接接受來自�(diào)節(jié)器或計算機的0/4-20mA控制信號,從而自動調(diào)節(jié)沖程長度�0-100%范圍�(nèi)變化�
相對而言實現(xiàn)沖程頻率�(diào)節(jié)的方法比較多�,主要有變頻電機控制和直接繼電觸點控制兩�。經(jīng)�0/4-20mA電流信號控制的變頻調(diào)速器�(qū)動加藥計量泵電動機按所需速度運行,從而實�(xiàn)沖程頻率的調(diào)節(jié)。對于電磁驅(qū)動和部分電機�(qū)動的加藥計量�,亦可以利用外部觸點信號來調(diào)節(jié)沖程頻率�
3.2、基地式控制方式
在某些特殊場合,如ph值調(diào)節(jié),加藥計量泵作為�(zhí)行器,在�(diào)節(jié)器的控制下添加酸或堿。為簡化系統(tǒng)配置和提高可靠性,以微處理器為核心的嵌入式控制系統(tǒng)被直接集成到加藥計量泵內(nèi),如此只需外接一支pH傳感�,即可構(gòu)成完整的�(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種基地式智能加藥計量泵概念也適用于控制其它工藝參數(shù),如氧化還原電位(ORP)和余氯濃度調(diào)節(jié)等應(yīng)用場��
3.3、設(shè)定程序式控制
由于�(nèi)部集成了微處理計算機,一些加藥計量泵�(chǎn)品的�(diào)控性能和操作性能得到了充分提�,在跟隨外部控制命令實現(xiàn)實時計量流量�(diào)節(jié)之外,還具有定量添加,時間序列觸�(fā)程序式添加,事件序列觸發(fā)程序式添�,時�-事件混合觸發(fā)程序式添加和自動校正等多種工作模式,并可以提供以泵出流體總量,剩余沖程次�(shù)和待輸送流體容�,設(shè)定沖程長度和其它相關(guān)的加藥計量泵工作參數(shù)等有用信��
時間序列觸發(fā)程序式工作方式令加藥計量泵完全依�(jù)實時時鐘,按�(yù)先規(guī)劃的任務(wù)清單,在指定時刻按設(shè)定的沖程次數(shù)或時間定量添加工作介�(zhì),時間可以以每小�,天,工作日,公休日,一周和二周為周期靈活設(shè)�;而事件序列觸�(fā)程序式工作方式令加藥計量泵完全依�(jù)實時觸發(fā)事件,按�(yù)先規(guī)劃的任務(wù)清單,在特定事件�(fā)生時(觸點輸入)按設(shè)定的沖程次數(shù)或時間定量添加工作介�(zhì)。以上兩種方式可以有機混�,完成更�(fù)雜的時間-事件混合觸發(fā)工作模式。最多可�(shè)�81個事��
一個簡單的例子是冷卻塔循環(huán)水消毒滅藻系�(tǒng)。消毒劑以特定濃度根�(jù)補充水流量比例添�;并按工藝要求,在比例添加過程�(dāng)�,每周還�(yīng)脈沖式大劑量添加一次消毒劑(如設(shè)定在周五12-13�),并要求此時暫停比例添加作用。整個編程十分簡�,令�(fù)雜多變的流體添加任務(wù)得以輕松而精確地實現(xiàn)�
3.4、現(xiàn)場總線ProFibus控制方式
在石油化工等大規(guī)模高自動化成度的�(yīng)用場�,利用數(shù)字通訊�(xié)議進行自動化設(shè)備之間數(shù)�(jù)的高速傳輸進而組成網(wǎng)�(luò)式控制系�(tǒng),容量大,可靠性高,已成為�(fā)展的主流。繼二十世紀(jì)九十年代初被納入德國DIN�(biāo)�(zhǔn)�,現(xiàn)場總線ProFibus于九十年代末又成為歐洲標(biāo)�(zhǔn)(EN50170),在世界范圍�(nèi)得到廣泛采用,已成為�(xiàn)場總線技�(shù)中代表性協(xié)議之一�
�(xiàn)場總線ProFibus由三種形勢組成。ProFibus-DP,ProFibus-PA和ProFibus-FMS。其中ProFibus-DP(Decentralized Periphery)定義為分散型外圍�(shè)備現(xiàn)場總�,系專門為過程控制系�(tǒng)與分散的外圍�(shè)備之間高速數(shù)�(jù)信息交換而設(shè)計的。其傳輸介質(zhì)為雙絞線或光纖聯(lián)接的RS485傳輸制式,波特率9.6-12Mb/s,系�(tǒng)�(gòu)成成本低,高速可��
�(xiàn)場總線ProFibus指令集精簡凝練,編程非常方便。具有現(xiàn)場總線ProFibus通訊功能的加藥計量泵,在具有所有手動調(diào)節(jié)功能的同時,可以方便地溶入高級的如集散式計算機控制系�(tǒng)�,使其各種功能得以更充分地發(fā)�,已�(jīng)成為�(xiàn)代精密加藥計量泵的佼佼�。普羅名特公司加藥計量泵家族中即有三大系列數(shù)十個型號的�(chǎn)品配置了�(xiàn)場總線功�。意大利seko加藥計量泵也有多種型�,大范圍精密加藥計量泵�(chǎn)�,在世界上多種國家級項目中�(yīng)�. |