計量泵行業已經進[Jìn]入其(Qí)高速增長期

現在,成[Chéng]熟的動力驅動(Dòng)方式和液(Yè)體輸送端(泵頭)材料技術使得新◊型◊計量◊泵◊幾乎可以完成(Chéng)輸送任何常規和特殊介質的要求,其[Qí]工作[Zuò]∇壓∇力和容量亦能滿足∆工∆業生[Shēng]産的絕大多數要▲求▲。

  一、概[Gài]述

  作為流體精密計[Jì]量與投加的理想設◊備◊,◆計◆[Jì]量泵如今已被(Bèi)廣[Guǎng]泛地○應○用于包括◈制◈藥、食品飲料▲和▲(Hé)石油化[Huà]工行業在(Zài)内的各個領[Lǐng]域,在工▿藝▿過(Guò)程擔負○着○(Zhe)強腐蝕性、毒害性(Xìng)、高粘性和高(Gāo)壓介[Jiè]質的計量(Liàng)添加任務。經過超過半個[Gè]世紀的實踐應用和技術改進,現在計量泵已經○進○[Jìn]入其高速增長期。現在,成熟的(De)動力◈驅◈動方式和液體輸送端(泵頭)材料技∇術∇使得新型計量[Liàng]泵幾乎▿可▿(Kě)以[Yǐ]完成[Chéng]輸送任何常(Cháng)規和(Hé)特殊介質的要求,其工作壓力和容量亦能滿足工(Gōng)業生産∆的∆[De]絕大多數要求。

  随着人們對生産工藝過程指标和自動[Dòng]化程▽度▽要求的普遍提高,作為化學藥劑計▿量▿和⋄添⋄加環節∇的∇[De]*終執行機構,計量泵的(De)**性和可(Kě)控制性變得日益重[Zhòng]要起來。石[Shí]油化工等行業向來以生産過(Guò)程的高度[Dù]自動化而著稱,也是集散式、分布式和智能式計算機控制[Zhì]系(Xì)統應用*廣泛的[De]領域[Yù]之一,因(Yīn)而要[Yào]求與之相配套的(De)執行(Háng)器——計量泵[Bèng]亦要具備靈活多樣的控制模式,可以方便地與計算機系統構成各種控制[Zhì]回路,實現更複雜更**的過程控制。為順應這一新▾的▾趨(Qū)勢,國際[Jì]上有名的計∇量∇泵制造商⋄如⋄德國普羅名特[Tè]公司[Sī]在保證其産品傳統性能繼[Jì]續**世界的同時(Shí),借助于嵌入式微處理器系統,将多種○調○(Diào)節控制功能和數[Shù]據[Jù]通訊協議整合(Hé)到計量泵中,真正實(Shí)現[Xiàn]了從沖程頻◇率◇到沖程(Chéng)長度的(De)雙維調節,使其産品成(Chéng)為世界開創的智能精密計[Jì]量[Liàng]泵。

  二、計量泵的基本[Běn]工作原▾理▾

  衆所周知,計◈量◈泵主要由動○力○(Lì)驅動、流體輸送和調節控制三部分組(Zǔ)成。動力驅動裝置經▾由▾機械聯杆系統帶動(Dòng)流體輸送隔膜(活塞)實現(Xiàn)往複(Fú)運動:

  隔膜(活塞)于沖程的前半周将被輸[Shū]送流體[Tǐ]吸入并于後半周将◇流◇[Liú]體排出泵頭;所以,改變沖程的(De)往複運動頻率或每一次往複(Fú)運動的沖程◈長◈度即可達至調[Diào]節流體輸送量[Liàng]之目的。精密∇的∇(De)加工精▾度▾保證了每次泵[Bèng]出量(Liàng)進而實現被輸送介質的精○密○(Mì)計量。

  因其動∆力∆驅動和流體輸送方式的不同,計量泵可以▾大▾緻劃分成柱塞式和隔膜式兩[Liǎng]大種類。

  2.1、▿柱▿(Zhù)塞式計量泵

  主要有[Yǒu]普通有閥泵和無閥(Fá)泵兩種。柱▲塞▲式計(Jì)量泵因其結構簡單◈和◈耐[Nài]高溫高壓等優◈點◈而被廣泛(Fàn)應用于石油化工領域。針對◈高◈粘度介質在高壓力(Lì)工況[Kuàng]下普通柱塞泵的不足,一種無閥旋(Xuán)轉柱塞式計量(Liàng)泵受▿到▿愈來愈(Yù)多[Duō]的重◊視◊,被廣泛應(Yīng)用于糖漿、巧克力和石油添加(Jiā)劑等高粘[Zhān]度介質的[De]計(Jì)量添加。因被計量介質和泵内潤滑劑之(Zhī)間無法實現完全隔離這一結構性缺點,柱塞式計量泵▾在▾高防污染要求流體計量[Liàng]應用中受到諸多限制。

  2.2、隔(Gé)膜式計量泵

  顧名思義,隔膜式計量泵利用特殊▽設▽[Shè]計加工的柔(Róu)性隔膜取(Qǔ)代活塞(Sāi),在驅動機(Jī)構作用(Yòng)下(Xià)實現往複[Fú]運動,完(Wán)成吸入-排出過(Guò)程。由▿于▿隔膜的隔離作用,在結(Jié)構上▲真▲正實(Shí)現了被計(Jì)量流體與驅動潤滑機構之間的隔離。高科技的結構(Gòu)設計和新型[Xíng]材料的選用◈已◈經大大[Dà]提高了▿隔▿膜的使[Shǐ]用(Yòng)壽命,加上複合材料優異的(De)耐腐蝕特性,隔膜式計量泵目[Mù]前已經成為流[Liú]體計量應用中的主力(Lì)泵型。

  在(Zài)●隔●膜式計量泵(Bèng)家族成員裡,液力驅[Qū]動式隔膜泵由于采用了液壓油均勻地(Dì)驅動隔膜,克服了機械直接驅動方式○下○▿泵▿隔膜受力過[Guò]分集中的▿缺▿點,提升了隔[Gé]膜壽命和工作壓力[Lì]上限[Xiàn]。為了克服單(Dān)隔[Gé]膜式計◆量◆泵可能出現[Xiàn]的因隔膜破損而造成的工作故障,有[Yǒu]的計量(Liàng)泵配備了隔膜破損傳(Chuán)感器,實現隔[Gé]膜破裂時(Shí)自動◆連◆鎖保護;具有雙(Shuāng)隔膜結構泵頭●的●計量◊進◊(Jìn)一步提高了其**性,适合對**保護特别敏感[Gǎn]的應用[Yòng]場(Chǎng)合。

  作為隔膜式計量泵的[De]一種(Zhǒng),電⋄磁⋄驅動式計量泵(Bèng)以電磁鐵産◊生◊脈◊動◊(Dòng)驅動力,省卻了電機和變速機構,使得系統小巧∆緊∆[Jǐn]湊,是[Shì]小量程低壓計量泵的重(Zhòng)要分支。

  現▽在▽,精密計量泵[Bèng]技術(Shù)已經非常成熟,其流體計量(Liàng)輸[Shū]送能力*大可達0-100,000l/h,工作壓力*高達4000bar,工作範圍(Wéi)覆蓋了工(Gōng)業生産所[Suǒ]有領域的要求。

  三、計量泵的控[Kòng]制

  計量泵每一次的流體泵出(Chū)量決定了其計量▲容▲量。在一定(Dìng)的有效隔膜面積下,泵的輸◆出◆流體的(De)▾體▾[Tǐ]積流量正比與沖⋄程⋄(Chéng)長度L和沖程頻率F:V∝A*F*L

  在計量介質和工作壓力确定情況下(Xià),通過調節◊沖◊程長度L和沖程頻率F即可實現對計量泵輸出的雙(Shuāng)維調節。

  盡管沖程長度和頻[Pín]率▾都▾可以作為調節變量[Liàng],但[Dàn]在工●程●應用中一[Yī]般将沖程(Chéng)長度(Dù)視為粗調變量,沖程頻率[Lǜ]為細調變量[Liàng]:調節沖(Chòng)程長度至一定值,▽然▽後通過[Guò]改[Gǎi]變其頻率(Lǜ)◈實◈現精細調節,增加(Jiā)調節[Jiē]的靈活性。在▽相▽(Xiàng)對簡單的應用場(Chǎng)合,亦可以手動∇設∇置沖程長度,僅○将○∇沖∇程頻(Pín)率作為調節▽變▽(Biàn)量,從而簡化系統配置。

  3.1、常規模拟/開關信号調節方式

  過程⋄控⋄制應(Yīng)用中廣▲泛▲采用0/4-20mA模(Mó)拟電流(Liú)信号作為傳感(Gǎn)器、控制器和執行機構間信号交換的标[Biāo]準,具有(Yǒu)外控[Kòng]功能的[De]計量泵亦主要采用(Yòng)∇這∇種方式,實現對沖程頻率和沖程頻(Pín)▾率▾[Lǜ]的外部●調●節。

  位置式伺服(Fú)機構是(Shì)實現沖程長度調節的*普◈遍◈方法。一體化的(De)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控制信号,從而[ér]自◊動◊調節沖程長度在0-100%範圍内(Nèi)變化。

  相對[Duì]而言實現沖程頻率(Lǜ)調節的方法比(Bǐ)較多樣,主要有[Yǒu]變頻電◇機◇(Jī)控制和直接繼電觸[Chù]點控制兩種。經由0/4-20mA電流信号控制的變頻調速器驅動計(Jì)量泵電動機按所需速度運行,從而[ér]實現沖(Chòng)程頻率的調節。對于電磁驅動和部分電機驅動的計[Jì]量泵,亦▾可▾以利用▲外▲部觸點信[Xìn]号來調節沖程頻率。

  3.2、▿基▿地式控制方式

  在某些特殊場合,如ph值調節,計量泵(Bèng)作[Zuò]為執行器,在調[Diào]節器的控制下添加酸[Suān]或堿。為簡化[Huà]系統配置和提高可靠●性●[Xìng],以微處理器為核心的嵌入式控制系統被直接集成到計◈量◈泵内,如此隻▿需▿[Xū]外接一支pH傳感器,即可構[Gòu]成完整的調節(Jiē)系●統●[Tǒng]。這種基地式智能計量泵概念[Niàn]也适用于控制其(Qí)它工藝[Yì]參數(Shù),如氧[Yǎng]化還原電位(ORP)和餘氯濃(Nóng)度調節等應(Yīng)用場[Chǎng]合。

  3.3、設定[Dìng]程序[Xù]式控制

  由于内部集成了微處理計算(Suàn)機,一些計量泵[Bèng]産品的◈調◈控性◇能◇和操作性能(Néng)得[Dé]到了充分提升,在跟随外部控制命◇令◇實現實[Shí]時計量流量調節之外,還具有定量添加,時間[Jiān]序列觸發程序式[Shì]添加,事件序列觸發程序式添加,時間-事件混合觸(Chù)發程序式添加和自[Zì]動校正等多種工作模∆式∆[Shì],并可以提供以泵出流體總量,剩餘沖∆程∆次數和待輸送流體容量,設定沖程(Chéng)長度和其它相關∇的∇計量泵工作參數等有用信息。

  時間序列觸發程序式工作方式令計量泵完全依據實▾時▾時鐘,按預先規劃的[De]任務清單,在指定(Dìng)時刻[Kè]按設定的沖程次數或◆時◆間定量添加▲工▲作介質,時(Shí)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(ér)事件序列觸發程序式工作方式[Shì]令計量泵完全依據(Jù)實時觸發事件,按預先規劃的任(Rèn)務清單,在特定事件◈發◈生時(觸點輸入)按設定◆的◆沖程次數或時間定[Dìng]量添加工作介質。

  以上(Shàng)兩種方式可以有機混合,完成更複(Fú)▿雜▿[Zá]的時間-事件混合◆觸◆[Chù]發工作模式。*多可設定81個事件。

  一個簡單的例子∆是∆冷卻塔循[Xún]環水**滅∇藻∇系統。**劑以特定濃度根據補○充○[Chōng]水流量比例添加;并按工藝要求,在∆比∆例添加過程當中,每周還應脈沖式大劑量添加一次(Cì)**劑(如設定在周五12-13時),并要求此時暫停比例添加作用。整個編(Biān)程十▾分▾[Fèn]◇簡◇[Jiǎn]捷,令複雜多變[Biàn]的◆流◆[Liú]體添加任務得以輕[Qīng]松而**○地○▲實▲現。

  3.4、現場[Chǎng]總(Zǒng)線ProFibus控制方式

  在石油化●工●(Gōng)等大規模高自[Zì]動[Dòng]化成度的應用場合,利用數字通訊[Xùn]◆協◆∆議∆進行自動化(Huà)設備之間數據的高速傳[Chuán]輸進而▾組▾成網絡式(Shì)控制系統,容量大,可靠(Kào)性▿高▿,已成為發▾展▾(Zhǎn)的(De)主流。繼[Jì]二十世紀九十年代初被納入德國DIN标準後,現場○總○線ProFibus于九十年代末又(Yòu)成為歐洲[Zhōu]标準(EN50170),在世界範圍[Wéi]内得到廣泛采用(Yòng),已成為現場◈總◈[Zǒng]線技術中代表性協(Xié)議之一。

  現場總線ProFibus由三種(Zhǒng)形勢組成。ProFibus-DP,ProFibus-PA和ProFibus-FMS。其中[Zhōng]ProFibus-DP(DecentralizedPeriphery)定義為分散型外圍設備現[Xiàn]場總線,系專門為過程控制系統與分散的外圍設備之間高速數據信(Xìn)息交換而設計的。其傳輸介◇質◇為雙(Shuāng)絞線或光纖聯接的RS485傳輸制式[Shì],波特率9.6-12Mb/s,系統構(Gòu)成成本[Běn]低,高速可靠。

  現場總線ProFibus指令集精簡凝[Níng]練,編程非常方便。具有現(Xiàn)場總線ProFibus通訊功能的計量泵,在具有所有手[Shǒu]動調◆節◆[Jiē]功能的同時,可以方便地溶入(Rù)**的如集散式計[Jì]算機控制系統(Tǒng)中,使其各種功能▽得▽以更充分地發揮[Huī],∆已∆經成為▾現▾代▲精▲[Jīng]密計[Jì]量泵的佼佼者。普羅(Luó)名(Míng)特公司[Sī]計量泵[Bèng]家族中即有三大系列[Liè]數十(Shí)個型号的産品配(Pèi)置了現場總線功能。

  四、結束語

  今天,計量泵的研發∆已∆[Yǐ]經超越了其傳統[Tǒng]意[Yì]義◇上◇單純追求容量和∆材∆質的範疇,轉而面向[Xiàng]高精(Jīng)度,多功能和(Hé)智能(Néng)化的發(Fā)展方向,這一趨勢已經○成○為[Wéi]世界(Jiè)主要計(Jì)量泵[Bèng]生∆商∆[Shāng]的共識。 計◈量◈泵行業已經進入其高速增長期

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