矢量控制變頻器在隔膜泵上的應(yīng)用原理

一、概述

隔膜泵，也叫氣動雙隔膜泵或氣動泵，是一種新型輸送機(jī)械，是目前國內(nèi)最新穎的一種泵類，采用壓縮空氣為動力源。對于各種腐蝕性液體，帶顆粒的液體，高粘度、易揮發(fā)、易燃、劇毒的液體，均能予以抽光吸盡。隔膜泵其有四種材質(zhì)：塑料、鋁合金、鑄鐵、不銹鋼。隔膜泵根據(jù)不同液體介質(zhì)分別采用丁腈橡膠、氯丁橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚四六乙烯，以滿足不同生產(chǎn)工藝的需要。隔膜泵既能抽送流動的液體，又能輸送一些不易流動的介質(zhì)，具有自吸泵、潛水泵、屏蔽泵、泥漿泵和雜質(zhì)泵等輸送機(jī)械的許多優(yōu)點(diǎn)。

隔膜泵已經(jīng)在石油、化工、有色金屬、食品、電子、陶瓷、紡織等行業(yè)應(yīng)用，安裝在各種特殊場合，用來抽取各種常規(guī)泵不能抽吸的介質(zhì)。隔膜泵發(fā)展的應(yīng)用潛力，還不為很多人所知。隔膜泵正逐步侵入其他泵的市場，并占有其中的一部分。如：油漆、涂料等精細(xì)化工行業(yè)和陶瓷業(yè)中隔膜泵已占有絕對的主導(dǎo)地位，而在其他的一些行業(yè)中，像環(huán)保、廢水處理、建筑、排污等行業(yè)中正在擴(kuò)大它的市場份額，并具有其他泵不可替代的地位。

二、隔膜泵的工作原理：

隔膜泵靠壓縮空氣驅(qū)動。定向空氣分配閥和導(dǎo)向閥，稱為“氣室”，都設(shè)置在泵的中心部位。介質(zhì)流動通過兩個(gè)匯流管和外隔膜室，稱為“介質(zhì)室”。通常止回閥(球型或片型)都設(shè)置在每個(gè)外隔膜室的頂部或底部或共用一個(gè)匯流管。這兩個(gè)外隔膜室靠吸口和出口接頭連接起來，泵是自吸的。

在操作中，空氣分配閥交替控制隔膜的增壓。在每次沖程后，閥將自動變換位置，使空氣得以切換至另一隔膜室，使兩邊隔膜室形成交替的吸液和壓送沖程，隔膜在平行路徑里移動，空氣閥無潤滑油需求，這就是首選的運(yùn)行方式，潔凈、干燥的空氣更能提高泵的性能。

介質(zhì)通過隔膜泵時(shí)，止回閥一開一關(guān)，這使得每個(gè)外隔膜室交替地填充和排出，止回閥對壓力差做出反應(yīng)。球閥止回閥可處理含小顆粒的介質(zhì)，而片閥止回閥可以處理含接近管徑尺寸大小軟顆粒的介質(zhì)。

當(dāng)空氣分配閥讓壓縮空氣進(jìn)入左隔膜室，隔膜受壓往外推出，而形成壓送沖程，在壓送部內(nèi)的介質(zhì)即受力離開左面外隔膜室、止回閥、匯流管，而后由泵的出口流出，排出口位置可以是頂部、底部、或側(cè)面。當(dāng)左隔膜室受壓推出時(shí)，隔膜連接桿在內(nèi)部拖動右隔膜向內(nèi)縮回止回閥充滿流體，在這一循環(huán)動作完成后，空氣分配閥將自動地變換位置，使空氣切換至另一隔膜室，反向重復(fù)上述循環(huán)動作，即兩邊隔膜室將因此呈現(xiàn)交替性的壓送及吸收液動作。

三、氧化鋁行業(yè)對隔模泵傳動系統(tǒng)的要求

生產(chǎn)氧化鋁的前端工序是先將鋁礬土粉碎制成原礦漿，將合格的原礦漿通過隔膜泵（喂料泵）送至高壓溶出器，在高壓溶出器中，在一定的外部條件作用下，溶出鋁土礦中的氧化鋁得到鋁酸鈉。當(dāng)溶出時(shí)間一定時(shí)，溶出速度越快，氧化鋁的溶出率就越高，產(chǎn)能越大。但溶出反應(yīng)需在一定條件下進(jìn)行，要保證氧化鋁的高溶出率，就要保證各種物料的相對平衡，在其他條件相對變化的情況下，要求料漿泵的喂料量也發(fā)生相應(yīng)的調(diào)整，這樣才能優(yōu)化生產(chǎn)工藝指標(biāo)，進(jìn)而優(yōu)化氧化鋁生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程的優(yōu)化進(jìn)行，高壓泥漿隔膜泵是采用拜爾法生產(chǎn)氧化鋁，尤其是采用管道化溶出工藝的氧化鋁廠的重要設(shè)備，被譽(yù)為拜爾法氧化鋁廠的心臟部位，其運(yùn)轉(zhuǎn)率直接代表著氧化鋁廠的投礦運(yùn)轉(zhuǎn)率。對電氣傳動系統(tǒng)提出以下要求：

（1）電動機(jī)和泵組等機(jī)械設(shè)備在使用原設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過改變電氣控制系統(tǒng)的控制方法，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速在10～583rpm之間連續(xù)可調(diào)，且能夠帶載起動隔膜泵；

（2）設(shè)備起動平緩，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。電氣設(shè)備可運(yùn)行率達(dá)95%以上；設(shè)置完善的保護(hù)裝置，包括管道超壓自動保護(hù)和常規(guī)電氣故障保護(hù)；

（3）對泵采用三地操作，分別設(shè)置在機(jī)旁、變頻器控制室、儀表室。泵組的開、停在機(jī)旁和變頻器控制室進(jìn)行，儀表室只有在管道超壓或其他緊急情況下進(jìn)行設(shè)備緊急停車；當(dāng)進(jìn)料量給定值確定后，系統(tǒng)能夠自動跟蹤給定值。

喂料量的改變是通過隔膜泵（喂料泵）變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閷ψ冾l器的可靠性要求極高，以前一般都采用國外知名變頻器。

四、森蘭變頻器隔模泵上的應(yīng)用

近幾年，國產(chǎn)變頻技術(shù)有了極大的進(jìn)展，國內(nèi)廠家也能生產(chǎn)高性能的矢量控制變頻器，起動力矩可達(dá)2倍額定力矩，平均無故障時(shí)間2萬小時(shí)以上，像氧化鋁這樣連續(xù)性生產(chǎn)工藝，也完全能夠滿足。森蘭以矢量控制變頻器SB70的平臺為基礎(chǔ)，開發(fā)出了690V 850kW矢量控制變頻器，在性能上，完全可以和國外變頻器相媲美。

隔模泵使用的是690V，780kW鼠籠異步電動機(jī)，電源頻率為50Hz時(shí)轉(zhuǎn)速為583rpm，轉(zhuǎn)速為10rpm時(shí)變頻器輸出頻率不到1Hz，調(diào)速比接近60，且能夠1Hz頻率下帶額定負(fù)載運(yùn)行。

矢量控制變頻器的調(diào)速比可達(dá)1:100、調(diào)速精度可到0.1%、且是無級調(diào)速，選用森蘭690V 850kW矢量控制變頻器能滿足調(diào)速性能要求。對于當(dāng)進(jìn)料量給定值確定后，系統(tǒng)能夠自動跟蹤給定值的自動控制方案，只需將礦漿電磁流量計(jì)輸出的4～20mA反饋信號送到變頻器的PI調(diào)節(jié)器的反饋端口上實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使礦漿的流量在給定范圍內(nèi)變化，保證氧化鋁的溶出率為最高。

森蘭690V 850kW矢量控制變頻器在隔模泵上已經(jīng)連續(xù)無故障運(yùn)行了三年有余，實(shí)踐證明，國產(chǎn)變頻器無論是在質(zhì)量上還是在性能上都表現(xiàn)極佳，并且在調(diào)速過程中有節(jié)能效果，給用戶帶來了實(shí)實(shí)在在的效益，在用戶中樹立了很好的口碑。

五、結(jié)語

森蘭SB70G850T6矢量控制變頻器投運(yùn)以來，運(yùn)行可靠平穩(wěn)，控制靈活方便，控制準(zhǔn)確，精度高，充分保證了隔膜泵準(zhǔn)確送料，大大優(yōu)化了生產(chǎn)指標(biāo)，提高了礦漿中的氧化鋁溶出率和設(shè)備產(chǎn)能，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，保證了調(diào)速平滑、連續(xù)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能；設(shè)備技術(shù)水平的提高和優(yōu)化，使得設(shè)備維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用都大大降低，降低了單位產(chǎn)品的成本，產(chǎn)生了較好的社會經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐證明，森蘭SB70系列高性能矢量控制變頻器的性能、可靠性完全滿足氧化鋁生產(chǎn)工藝的要求，國產(chǎn)化是必由之路。

編輯：黃飛

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