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隔膜泵選型和分類作用

隔膜泵在過程控製中的作用是接受調節器或計算機的控製信號,改變被調介質的流量,使被調參數維持在所要求的範圍內,從而達到生產過程的自動化。如果把自動調節係統與人工調節過程相比較,檢測單元是人的眼睛,調節控製單元是人的大腦,那麽執行單元—隔膜泵就是人的手和腳。要實現對工藝過程某一參數如溫度、壓力、流量、液位等的調節控製,都離不開隔膜泵。因此正確選擇隔膜泵在過程自動化中具有重要意義。


 1 隔膜泵的組成與分類

隔膜泵又稱控製泵,是執行器的主要類型,通過接受調節控製單元輸出的控製信號,借助動力操作去改變流體流量。隔膜泵一般由執行機構和閥門組成。如果按其所配執行機構使用的動力,隔膜泵可以分為氣動、電動、液動三種,即以壓縮空氣為動力源的氣動隔膜泵,以電為動力源的電動隔膜泵,以液體介質(如油等)壓力為動力的電液動隔膜泵,另外,按其功能和特性分,還有電磁閥、電子式、智能式、現場總線型隔膜泵等。隔膜泵的產品類型很

多,結構也多種多樣,而且還在不斷更新和變化。一般來說閥是通用的,既可以與氣動執行機構匹配,也可以與電動執行機構或其他執行機構匹配。


2 隔膜泵類型的選擇


2.1隔膜泵的閥體類型選擇閥體的選擇是隔膜泵選擇中重要的環節。隔膜泵閥體種類很多,常用的有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉、蝶形、套筒式、球形等10種。在選擇閥門之前,要對控製過程的介質、工藝條件和參數進行細心的分析,收集足夠的數據,了解係統對隔膜泵的要求,根據所收集的數據來確定所要使用的閥門類型。在具體選擇時,可從以下幾方麵考慮:

(1)閥芯形狀結構主要根據所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。

(2)耐磨損性當流體介質是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時,閥芯、閥座接合麵每一次關閉都會受到嚴重摩擦。因此閥門的流路要光滑,閥的內部材料要堅硬。

(3)耐腐蝕由於介質具有腐蝕性,在能滿足調節功能的情況下,盡量選擇結構簡單閥門。

(4)介質的溫度、壓力當介質的溫度、壓力高且變化大時,應選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。

(5) 防止閃蒸和空化閃蒸和空化隻產生在液體介質。在實際生產過程中,閃蒸和空化不僅影響流量係數的計算,還會形成振動和噪聲,使閥門的使用壽命變短,因此在選擇閥門時應防止閥門產生閃蒸和空化。


2.2 隔膜泵執行機構的選擇

2.2.1 輸出力的考慮

執行機構不論是何種類型,其輸出力都是用於克服負荷的有效力(主要是指不平衡力和不平衡力矩加上摩擦力、密封力、重力等有關力的作用)。因此,為了使隔膜泵正常工作,配用的執行機構要能產生足夠的輸出力來克服各種阻力,保證高度密封和閥門的開啟。

對於雙作用的氣動、液動、電動執行機構,一般都沒有複位彈簧。作用力的大小與它的運行方向無關,因此,選擇執行機構的關鍵在於弄清大的輸出力和電機的轉動力矩。對於單作用的氣動執行機構,輸出力與閥門的開度有關,隔膜泵上的出現的力也將影響運動特性,因此要求在整個隔膜泵的開度範圍建立力平衡。

2.2.2 執行機構類型的確定

對執行機構輸出力確定後,根據工藝使用環境要求,選擇相應的執行機構。對於現場有防爆要求時,應選用氣動執行機構,且接線盒為防爆型,不能選擇電動執行機構。如果沒有防爆要求,則氣動、電動執行機構都可選用,但從節能方麵考慮,應盡量選用電動執行機構。對於液動執行機構,其使用不如氣動、電動執行機構廣泛,但具有調節精度高、動作速度快和平穩的特點,因此,在某些情況下,為了達到較好調節效果,必須選用液動執行機構,如發電廠透明機的速度調節、煉油廠的催化裝置反應器的溫度調節控製等。


3 隔膜泵的作用方式選擇

隔膜泵的作用方式隻是在選用氣動執行機構時才有,其作用方式通過執行機構正反作用和閥門的正反作用組合形成。組合形式有4種即正正(氣關型)、正反(氣開型)、反正(氣開型)、反反(氣關型),通過這四種組合形成的隔膜泵作用方式有氣開和氣關兩種。對於隔膜泵作用方式的選擇,主要從三方麵考慮:a)工藝生產安全;b)介質的特性;c)保證產品質量,經濟損失小。


4 隔膜泵流,特性的選擇


隔膜泵的流量特性是指介質流過閥門的相對流量與位移(閥門的相對開度)間的關係,理想流量特性主要有直線、等百分比(對數)、拋物線和快開等4種,特性曲線和閥芯形狀如圖1和圖2所示。常用的理想流量特性隻有直線、等百分比(對數)、快開三種。拋物線流量特性介於直線和等百分比之間,一般可用等百分比特性來代替,而快開特性主要用於二位調節及程序控製中,因此隔膜泵特性的選擇實際上是直線和等百分比流量特性的選擇。


隔膜泵流量特性的選擇可以通過理論計算,但所用的方法和方程都很複雜。目前多采用經驗準則,具體從下幾方麵考慮:①從調節係統的調節質量分析並選擇;②從工藝配管情況考慮;③從負荷變化情況分析。

選擇好隔膜泵的流量特性,就可以根據其流量特性確定閥門閥芯的形狀和結構,但對於像隔膜閥、蝶閥等,由於它們的結構特點,不可能用改變閥芯的曲麵形狀來達到所需要的流量特性,這時,可通過改變所配閥門定位器的反饋凸輪外形來實現。


5 隔膜泵口徑的選擇


隔膜泵口徑的選擇和確定主要依據閥的流通能力即Cv。在各種工程的儀表設計和選型時,都要對隔膜泵進行Cv計算,並提供隔膜泵設計說明書。從隔膜泵的Cv計算到閥的口徑確定,一般需經以下步驟:

1)計算流量的確定。現有的生產能力、設備負荷及介質的狀況,決定計算流量的Qmax和Qmin.

2)閥前後壓差的確定。根據已選擇的閥流量特性及係統特點選定S(阻力係數),再確定計算壓差。

3)計算Cv。根據所調節的介質選擇合適的計算公式和圖表,求得Cmax和Cmin.

4)選用Cv。根據Cmax,在所選擇的產品標準係列中選取>Cmax且與其接近的一級C.

5)隔膜泵開度驗算。一般要求大計算流量時的開度≯90%,小計算流量時的開度≮10%。

6)隔膜泵實際可調比的驗算。一般要求實際可調比≮10。

7)閥座直徑和公稱直徑的確定。驗證合適後,根據C確定。

6 結束語

隔膜泵的選擇是非常細致的工作,不僅要有紮實的理論知識,還要有豐富實踐經驗。選擇得好不僅有利於調節控製回路PID參數的整定,使被調參數得到較好地控製效果,也使隔膜泵的使用壽命大大增長。隔膜泵的選擇要因地製宜,並非一成不變,要在實踐的過程中不斷總結和創新,特別隨著機電一體化技術、計算機和數字信息技術的應用,隔膜泵的結構功能變得更好、更全麵,為選擇隔膜泵提供了極大的方便。


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