森蘭690V 850kW變頻器在隔膜泵上的應(yīng)用

1 概述

隔膜泵是一種采用壓縮空氣為動(dòng)力源的新型輸送機(jī)械，是目前國內(nèi)最新穎的一種泵類。隔膜泵具有四種材質(zhì)：塑料、鋁合金、鑄鐵、不銹鋼。隔膜泵根據(jù)不同液體介質(zhì)分別采用丁晴橡膠、氯丁橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚四氯乙烯，以滿足不同生產(chǎn)工藝的需要。隔膜泵既能抽送流動(dòng)的液體，又能輸送一些不易流動(dòng)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)應(yīng)用在石油、化工、食品、電子、陶瓷、紡織等行業(yè)，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。隔膜泵也叫氣動(dòng)雙隔膜泵或氣動(dòng)泵，對(duì)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。所以，隔膜泵正逐步進(jìn)入其它泵的市場，并占有其中的一部分。如在油漆、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(duì)的主導(dǎo)地位，而在其它的一些行業(yè)中，像環(huán)保、廢水處理、建筑、排污等行業(yè)中，隔膜泵的市場份額也正在擴(kuò)大，并具有其它泵不可替代的地位。

2 隔膜泵的工作原理

隔膜泵靠壓縮空氣驅(qū)動(dòng)。在隔膜泵中，被稱為“氣室”的定向空氣分配閥和導(dǎo)向閥，都設(shè)置在泵的中心部位。介質(zhì)流動(dòng)通過被稱為“介質(zhì)室”的兩個(gè)匯流管和外隔膜室。通常泵的止回閥(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享同一個(gè)匯流管。兩個(gè)外隔膜室靠吸口和出口接頭連接起來，泵是自吸的。

在操作過程中，空氣分配閥交替控制隔膜的增壓。在每個(gè)沖程后，空氣分配閥將自動(dòng)變換位置，使空氣得以切換至另一隔膜室，從而在兩邊隔膜室形成交替的吸液和壓送沖程。當(dāng)達(dá)到隔膜在平行路徑里移動(dòng)的狀態(tài)，空氣閥將無潤滑油需求，這種運(yùn)行方式是首選的運(yùn)行方式，這樣潔凈、干燥的空氣更能提高泵的性能。

介質(zhì)通過隔膜泵時(shí)，止回閥的開關(guān)使得介質(zhì)被交替地填充和排出于兩個(gè)外隔膜室，這樣止回閥對(duì)壓力差做出反應(yīng)。球閥止回閥可處理含小顆粒的介質(zhì)，而片閥止回閥則可以處理含接近管徑尺寸大小軟顆粒的介質(zhì)。

當(dāng)壓縮空氣通過空氣分配閥進(jìn)入左隔膜室，隔膜受壓往外推出形成壓送沖程，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(dòng)右隔膜向內(nèi)縮回止回閥充滿流體，在這一循環(huán)動(dòng)作完成后，空氣分配閥將自動(dòng)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(dòng)作，即兩邊隔膜室將因此呈現(xiàn)交替性的壓送及吸收動(dòng)作。

3 氧化鋁行業(yè)對(duì)隔膜泵傳動(dòng)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，再將合格的原礦漿通過隔膜泵(喂料泵)送至高壓溶出器，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。在此過程中，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(duì)平衡，在其它條件相對(duì)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。隔膜泵被譽(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。因此，對(duì)隔膜泵電氣傳動(dòng)系統(tǒng)提出以下要求：

1)電動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在10~583 r/min 之間連續(xù)可調(diào)，且能夠帶載起動(dòng)隔膜泵;

2)設(shè)備起動(dòng)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)置有完善的保護(hù)裝置，包括管道超壓自動(dòng)保護(hù)和常規(guī)電氣故障保護(hù);

3)對(duì)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它緊急情況下進(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(dòng)跟蹤給定值。

在生產(chǎn)工藝中，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?duì)變頻器的可靠性要求極高，因此一般都采用國外著名變頻器。

4 森蘭變頻器在隔膜泵上的應(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(dòng)力矩可達(dá)2 倍額定力矩，平均無故障時(shí)間達(dá)2 萬小時(shí)以上，對(duì)像氧化鋁這樣的連續(xù)性生產(chǎn)工藝，也完全能夠滿足。希望森蘭科技股份有限公司在380 V矢量控制變頻器的基礎(chǔ)上， 開發(fā)出了SB70G850kW(690V)矢量控制變頻器，與國外變頻器相比，其在性能上并無多大差別。

一般，隔膜泵使用的是690V 780 kW鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，在電源頻率為50 Hz時(shí)轉(zhuǎn)速為583 r/min，在轉(zhuǎn)速為10 r/min 時(shí)變頻器輸出頻率不到1 Hz，調(diào)速比接近60，且能夠在1 Hz 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)速精度可精確到0.1%，且是無級(jí)調(diào)速，選用森蘭SB70G850kW(690V)矢量控制變頻器能滿足調(diào)速性能要求。對(duì)于當(dāng)進(jìn)料量給定值確定后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)跟蹤給定值的自動(dòng)控制方案，只需將礦漿電磁流量計(jì)輸出的4~20mA 反饋信號(hào)，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，就可保證氧化鋁的溶出率為最高。

森蘭SB70G850kW(690V)矢量控制變頻器在隔膜泵上已經(jīng)連續(xù)無故障運(yùn)行了半年有余，實(shí)踐證明，國產(chǎn)變頻器無論是質(zhì)量，還是性能都表現(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。

5 結(jié)語

SB70G850kW(690V)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐證明，森蘭SB70G850kW(690V)變頻器的性能和可靠性完全滿足氧化鋁生產(chǎn)工藝的要求，而且性價(jià)比大大降低，所以變頻器應(yīng)用的國產(chǎn)化是必由之路。