计量泵流量调节方法概述 - 设备中心站

动。偏心距调节通过 泵 体上 端的 调节 螺杆 来 进行。
旋转手柄使调节螺杆沿 轴向 移动, 带 动 N 轴 在上 套
筒、下套筒内 移动, 从 而改 变 偏 心 块 在 N 轴 上 的 位
置, 达到改变偏心距的目的, 最终实现泵的冲程长度
调节。N轴上套有偏心轮, 偏心轮的偏心距为最大 行程长 度 的 1 /4。N 轴 中部 的 偏 心距 为 零, 上 下 两 端的偏心距为最大 行程 长度 的 1 /4。N 轴的 偏心 距 和偏心轮的偏心距相互抵消时, 总的偏心距为零, 即
( 1) 由于本身 结构 上的 原因, N 轴 容 易产 生 应 力集中, 从而造成断裂, 降低了产品的可靠性[ 5] 。
( 2) N 轴 依 靠 上、下 套 筒 支 承, 由 于 加 工 套 筒 时, 两个套筒同轴度存在加工误差, 导致对中性较 差。上、下套筒采用深沟球轴承支承, 轴向定位精度 低, 蜗轮容易产生轴向窜动, 使蜗杆与蜗轮发生偏 磨, 影响泵的传动效率及可靠性[ 4-6] 。
目前, 我国计量泵市场上唱主角的一直是美国 米顿罗、德国里瓦、美 国帕 斯 菲达、德 国普 罗名 特 等
国外知名品牌, 国产计量泵与国际先进水平的差距
还很明显。正 如 一 位 泵 行业 专 家 所 言: “作 为 机 械
产品的计量泵在机械性能上的技术改造要再走出多
宽广的路来可真是山重水复疑无路了。而在行程调
次电磁脉 冲产 生 一 次 泵 的 排 出 行 程。 在 行 程 的 最
后, 一个弹簧装置把隔膜弹回到它的初始位置, 同时
抽吸流体进入泵腔, 以便为下一个排出行程做准备。
这种泵十分安全, 能在失速状态下长期运转而不会
图 5 有效行程容积调节机构示意
3.2 可变余隙容积 对于固定冲程长度的柱塞泵, 在物料腔侧附加
图 6 可变余隙容积调节机构示意[ 11 ]
4 变速调节
采用变频技术等调节电机转速, 进而改变柱塞 往复频率, 可以达到改变流量的目的。但是, 由于要 通过减少行程速率来减少流量, 当转速很低时, 柱塞 每次往复的吸入和排出的时间间隔过长, 有可能影 响排出物料与流程液体的混和均匀性[ 10] 。
5 电磁驱动
与 调节方式趋于集成化和自动化。下面简要介绍各种 w 计量泵流量调节方法的原理及其特点。 ww 管 1 调节冲程长度 .t 道 在计量泵的流量不经常改变的场合, 可以采用 c 》 停机时手 动 调节 曲 柄 销 位 置 的 方 法[ 3] 。 在 实 际 生 e 产中, 往往需要在运转中改变泵的流量, 因而设计了 d 各种运转中可精确调 整的 调 节机 构, 其基 本思 路 是 . 通过调节螺杆驱动偏心机构, 间接改变曲柄半径, 即 co 柱塞冲程长度。利用这种原理设计的调节机构主要 m 有如下几种形式。
节方式一般用在中低压、小流量的计量泵上, 其结构 如图 4 所示。转动调节手柄, 使调节螺杆移至不同 位置来限制柱塞后死点的位置, 可以达到改变冲程 长度的目的。其特点是:
( 1) 前死点不变。 ( 2) 流量不足 100% 时存在无效行程。 ( 3) 柱塞的加速度在吸入冲程结束和排出冲程开 始时有突变, 会产生冲击( 100% 流量和零流量除外) 。 ( 4) 凸轮副接触为 高副 接触 ( 点接 触或线 接 触 形式) , 存在磨损问题[ 9] 。
备 点[ 12] 。采用直线电机直接驱动计量 泵的柱塞, 可 以 与 省去旋转运 动 转 换为 直 线 往 复 运 动 的 中 间 转 换 机 w 构, 泵的结构将大为简化, 易于实现自动控制。与曲 w 管 柄连杆机构相比, 直 线电 机 驱动 时不 需要 考虑 连 杆 w. 道 比, 柱塞行程不受机械结构的限制, 可方便地实现长 t 冲程、低频率、大排量, 流量平稳。 c 》 目前, 直线电 机驱 动的 采油 泵、加工 中 心、磁 悬 e 浮列车等很多产品已经问世[ 13] , 但直线电 机驱动 的 d. 计量泵还局限在理论研究阶段。图 8 是直线电机 驱 c 动往复泵的 示 意 图[ 12] , 采 用筒 形 直线 电 机, 两 边 出 om 杆。随着直线电机技 术的 发 展, 其在 计量 泵领 域 的
电磁驱动技术打破了计量泵传统设计上用电动 机作原动机、齿轮和 曲柄 连 杆作 为传 动机 构的 结 构 形式, 直接利用通电螺线管线圈的电磁力来驱动柱
塞作往复直线运动, 大大简化了计量泵的机械结构,
体积小, 质量轻。
如图 7 所示, 电磁计量泵采用电子控制线路产
生电磁脉冲, 然 后产 生柱 塞的 线性 往 复运 动。每 一
偏心轮的中心和 N 轴的旋转中心重合, 故冲程长度 为零。N 轴的偏心距和偏心轮的偏心距在 一侧完 全 重叠时, 偏心 轮和 N 轴的偏心 半径为 1/2 冲程 长 度, 即泵在此时为满冲程。由于冲程长度可在零到 满冲程之间变化, 从而实现了计量泵的流量在 0% ～100% 额定流量内可调节。
N 轴行程调节机构结构简单、紧凑, 但 也存在 着 一些不足之处:
《 图 4 凸轮弹簧式调节机构示意 [ 10]
化 3 改变柱塞有效行程容积
工 3. 1 改变柱塞有效排出量 设 在柱塞 行程 不可调 节时, 通 过在 液力端 改变 柱 备 塞的有效排出量, 仍可以达到改变流量的目的, 其工
作原理如图 5 所示。当泵柱塞和旁路控制柱塞向 前
与 运动时, 受挤压的油被旁路到油箱中, 直到旁路控制 w 柱塞将旁路开口关闭, 随 后 柱塞 位移 被施 加到 隔 膜 ww 管 上, 推动隔膜, 排出物料。在吸入行程, 柱塞将油带 . 道 出隔膜腔, 从而移动隔膜, 吸入物料。当旁路控制柱 t 塞打开旁路开口时, 可通 过 旁路 通道 供油 来实 现 液 c 》 压油腔内 的油 量 平 衡。 旋 转 调 节 手 柄 移 动 控 制 滑 ed 阀, 使旁路开口能在 整个 柱 塞行 程所 希望 的百 分 比 . 位置开 闭, 可 以 实现 流 量 0% ～100% 之 间 的调 节。 c 这样, 泵的驱动端成为简单的曲柄连杆结构, 结构简 o 单紧凑、可靠, 温度变化引起的油的体积变化也不会 m 影响计量精度。
1.2 斜槽轴调节机构
( 3) 运动部件在油浴润滑条件下工作, 磨损小,
这种调节机构用斜槽轴取代 N 轴, 以解决 N 轴 传动效率高, 运行可靠。
易疲劳断裂等问题, 进而提高计量泵的可靠性和使
用寿命。图 2 所 示为 典 型的 斜槽 轴行 程调 节 机构,
由 斜 槽 轴 、偏 心 套 、调 节 销 及 推 力 轴 承 等 组 成 。 电 机
不断应用, 新型计量泵几乎可以完成精确输送任何
工 介质的要求。
计量泵 主要 由动力 驱动、流 体输 送和调 节控 制
设 三部分组成。为了在 输送 过 程中 改变 泵的 流量, 人 备 们设计了各种精巧 的 调节 机构。 近年 来, 随着 电 磁
驱动、变频技术、自动 控制 等 新技 术的 应用, 计 量 泵
变。而柱塞的行 程长 度是 由偏 心 距决 定的。 这样,
化 泵的流量就可以通过 调节 冲 程长 度来 改变, 达 到 计
量输送的目的。
工 这种结构的主要优点有: 设 ( 1) 行程调整与 行程 长 度之 间呈 线性 关系, 方
便了泵流量的调节。
备 ( 2) 驱动转矩与行程调节的传递是通过两个分 与 离的部件完成的, 通 过调 节 螺杆 进行 行程 调节 时 不 w 会传递驱动转矩, 因 此只 需 要手 动施 加一 个很 小 的 ww.tced.co管m 道》 力矩即可完成调节[4] 。
( 3) 前死 点 变 化, 因 而 影 响 容 积 效 率 和 计 量 精度。
1.1 N 轴调节机构
国产大、中型计 量泵 大多 采 用如 图 1 所 示 的 N 轴行程调节机构[4] 。电机经过蜗轮蜗杆减速后使
下套筒转动, 通过下套筒内的滑键带动 N 轴转动,
偏心套与 N 轴一起转动, 从 而驱动连 杆作往复 运
类似于活塞式缓冲器的装置, 利用其容积缓冲改变
损坏泵或导致系 统超 压 [ 10] 。 有 些 电磁 计 量 泵 还 可 以控制产生的脉冲强度的规律性实现更平稳的液体 注射。通常可以通过调节冲程速率来控制流量, 不 过也可以调节冲程长度。
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·技 术 交 流·
2009《化工设备与管道》增刊二
7 结束语
图 3 改变蜗轮倾角工作原理示意
这种调节机构的特点是: ( 1) 运转可靠, 结构紧凑, 容易加工制造。 ( 2) 十字头、柱塞可以既作往复运动, 又作旋转 运动, 磨损均匀[ 8] 。 ( 3) 前死点变化很小, 有利于提高计量精度。
2 改变空行程
凸轮弹簧式调节机构利用可调整的限位装置使 十字头在行程的一部分时间内不随凸轮运动, 这样 就缩短了行程的有效长度, 从而改变流量。这种调
节的动执行机构及自动控制方面对有志之士来说
《图 7 电磁计量泵结构示意 [ 10] 化 6 直线电机驱动 工 直线 电 机 是 一 种将 电 能 转 换 成直 线 运 动 机 械 设 能, 而不需要任何中间转换机构的传动装置, 具有结
构 简 单 、无 接 触 运 动 、噪 音 低 、精 度 高 、可 靠 性 高 等 优
2009 年全国石油化工机泵年会会刊
计量泵流量调节方法概述
卫中山
( 汉胜工业设备( 上海) 有限公司)
作为流体精确计量与投加的理想设备, 计量泵
广泛应用于电力、石油 化工、制药 和水 处理 等 行业,
《 在工艺过程中担任着各种强腐蚀、有毒有害、高温高 化 压介质的计量投 加任 务[ 1-2] 。随 着新 材料 新工 艺 的
·技 术 交 流·
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2009 年全国石油化工机泵年会会刊
同样原理的另一种调节机构型式是凸轮弓形架 式, 它采用与调节螺杆螺纹连接的弓形架将柱塞拉 回, 取消了回程弹簧, 在高压下效率更高[ 3] 。