隔膜泵系统介绍

隔膜泵在过程控制中的作用是接受调节器或计算机的控制信号，改变被调介质的流量，使被调参数维持在所要求的范围内，从而达到生产过程的自动化。如果把自动调节系统与人工调节过程相比较，检测单元是人的眼睛，调节控制单元是人的大脑，那么执行单元—隔膜泵就是人的手和脚。要实现对工艺过程某一参数如温度、压力、流量、液位等的调节控制，都离不开隔膜泵。因此正确选择隔膜泵在过程自动化中具有重要意义。

1.隔膜泵的组成与分类
隔膜泵又称控制泵，是执行器的主要类型，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。隔膜泵一般由执行机构和阀门组成。如果按其所配执行机构使用的动力，隔膜泵可以分为气动、电动、液动三种，即以压缩空气为动力源的气动隔膜泵，以电为动力源的电动隔膜泵，以液体介质(如油等)压力为动力的电液动隔膜泵，另外，按其功能和特性分，还有电磁阀、电子式、智能式、现场总线型隔膜泵等。隔膜泵的产品类型很多，结构也多种多样，而且还在不断更新和变化。一般来说阀是通用的，既可以与气动执行机构匹配，也可以与电动执行机构或其他执行机构匹配。

2.隔膜泵类型的选择
2.1隔膜泵的阀体类型
选择阀体的选择是隔膜泵选择中最重要的环节。隔膜泵阀体种类很多，常用的有直通单座、直通双座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋转、蝶形、套筒式、球形等10种。在选择阀门之前，要对控制过程的介质、工艺条件和参数进行细心的分析，收集足够的数据，了解系统对隔膜泵的要求，根据所收集的数据来确定所要使用的阀门类型。在具体选择时，可从以下几方面考虑:
(1)阀芯形状结构主要根据所选择的流量特性和不平衡力等因素考虑。

(2)耐磨损性当流体介质是含有高浓度磨损性颗粒的悬浮液时，阀芯、阀座接合面每一次关闭都会受到严重摩擦。因此阀门的流路要光滑，阀的内部材料要坚硬。

(3)耐腐蚀由于介质具有腐蚀性，在能满足调节功能的情况下，尽量选择结构简单阀门。

(4)介质的温度、压力当介质的温度、压力高且变化大时，应选用阀芯和阀座的材料受温度、压力变化小的阀门。

(5)防止闪蒸和空化闪蒸和空化只产生在液体介质。在实际生产过程中，闪蒸和空化不仅影响流量系数的计算，还会形成振动和噪声，使阀门的使用寿命变短，因此在选择阀门时应防止阀门产生闪蒸和空化。

2.2隔膜泵执行机构的选择
2.2.1输出力的考虑
执行机构不论是何种类型，其输出力都是用于克服负荷的有效力(主要是指不平衡力和不平衡力矩加上摩擦力、密封力、重力等有关力的作用)。因此，为了使隔膜泵正常工作，配用的执行机构要能产生足够的输出力来克服各种阻力，保证高度密封和阀门的开启对于双作用的气动、液动、电动执行机构，一般都没有复位弹簧。
作用力的大小与它的运行方向无关，因此，选择执行机构的关键在于弄清最大的输出力和电机的转动力矩。对于单作用的气动执行机构，输出力与阀门的开度有关，隔膜泵上的出现的力也将影响运动特性，因此要求在整个隔膜泵的开度范围建立力平衡。

2.2.2执行机构类型的确定
对执行机构输出力确定后，根据工艺使用环境要求，选择相应的执行机构。对于现场有防爆要求时，应选用气动执行机构，且接线盒为防爆型，不能选择电动执行机构。如果没有防爆要求，则气动、电动执行机构都可选用，但从节能方面考虑，应尽量选用电动执行机构。对于液动执行机构，其使用不如气动、电动执行机构广泛，但具有调节精度高、动作速度快和平稳的特点，因此，在某些情况下，为了达到较好调节效果，必须选用液动执行机构，如发电厂透明机的速度调节、炼油厂的催化装置反应器的温度调节控制等.

3.隔膜泵的作用方式选择
隔膜泵的作用方式只是在选用气动执行机构时才有，其作用方式通过执行机构正反作用和阀门的正反作用组合形成。组合形式有4种即正正(气关型)、正反(气开型)、反正(气开型)、反反(气关型)，通过这四种组合形成的隔膜泵作用方式有气开和气关两种。对于隔膜泵作用方式的选择，主要从三方面考虑:
a)工艺生产安全;
b)介质的特性;
c)保证产品质量，经济损失最小。

4.隔膜泵流量特性的选择
隔膜泵的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与位移(阀门的相对开度)间的关系，理想流量特性主要有直线、等百分比(对数)、抛物线和快开等4种。常用的理想流量特性只有直线、等百分比(对数)、快开三种。抛物线流量特性介于直线和等百分比之间，一般可用等百分比特性来代替，而快开特性主要用于二位调节及程序控制中，因此隔膜泵特性的选择实际上是直线和等百分比流量特性的选择.

隔膜泵流量特性的选择可以通过理论计算，但所用的方法和方程都很复杂。目前多采用经验准则，具体从下几方面考虑:
①从调节系统的调节质量分析并选择;

②从工艺配管情况考虑;

③从负荷变化情况分析。
选择好隔膜泵的流量特性，就可以根据其流量特性确定阀门阀芯的形状和结构，但对于像隔膜阀、蝶阀等，由于它们的结构特点，不可能用改变阀芯的曲面形状来达到所需要的流量特性，这时，可通过改变所配阀门定位器的反馈凸轮外形来实现。

5.隔膜泵口径的选择
隔膜泵口径的选择和确定主要依据阀的流通能力即Cv。在各种工程的仪表设计和选型时，都要对隔膜泵进行Cv计算，并提供隔膜泵设计说明书。从隔膜泵的Cv计算到阀的口径确定，一般需经以下步骤:
1)计算流量的确定。现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算流量的Qmax和Qmin.

2)阀前后压差的确定。根据已选择的阀流量特性及系统特点选定S(阻力系数)，再确定计算压差。

3)计算Cv。根据所调节的介质选择合适的计算公式和图表，求得Cmax和Cmin.

4)选用Cv。根据Cmax,在所选择的产品标准系列中选取>Cmax且与其最接近的一级C.

5)隔膜泵开度验算。一般要求最大计算流量时的开度≯90%，最小计算流量时的开度≮10%。

6)隔膜泵实际可调比的验算。一般要求实际可调比≮10。

7)阀座直径和公称直径的确定。验证合适后，根据C确定。

6.气动隔膜泵的6大作用
1）由于用空气作动力，所以流量随背压（出口阻力）的变化而自动调整，适合用于中高粘度的流体。而离心泵的工作点是以水为基准设定好的，如果用于粘度稍高的流体，则需要配套减速机或变频调速器，成本就大大的提高了，对于齿轮泵也是同样如此。

2）气动隔膜泵在易燃易爆的环境中用气动泵可靠且成本低，如燃料、火药、炸药的输送，因为：第一、接地后不可能产生火花；第二、工作中无热量产生，机器不会过热；第三、流体不会过热因为隔膜泵对流体的搅动最小。

3）在工地恶劣的地方，如建筑工地、 工矿的废水排放、由于污水中的杂质多且成分复杂，管路易于堵塞，这样对电泵就形成负荷过高的情况，电机发热易损。气动隔膜泵可通过颗粒且流量可调，管道堵塞时自动停止至通畅。

4）另外气动隔膜泵体积小易于移动，不需要地基，占地面极小，安装简便经济。可作为移动式物料输送泵。

5）在有危害性、腐蚀性的物料处理中，隔膜泵可将物料与外界完全隔开。

6)气动隔膜泵可用于输送化学性质比较不稳定的流体，如：感光材料、絮凝液等。这是因为隔膜泵的剪切力低，对材料的物理影响小。

7.气动隔膜泵的10大优点
1)流动宽敞，通过性能好，允许通过粒径达10毫米。抽送泥浆、杂质时，对泵磨损甚微；
2)气动隔膜泵不需灌引水，吸程高达5-9米(干或湿)，扬程达70米，出口压力≧7bar；
3)气动隔膜泵无旋转部件，没有轴封，隔膜等抽送的介质与泵的运动部件、工件介质完全隔开，所输送的介质不会向外泄漏。所以抽送有毒、易挥发或腐蚀性介质时，不会造成环境污染和危害人身安全；
4)扬程、流量可通过气阀开度实现无级调节(气压调节在1-7bar之间)
5)可以浸没在介质中工作
6)不必用电，在易燃、易爆场所使用安全可靠
7)气动隔膜泵结构简单、易损件少，该泵结构简单，安装、维修方便，泵输送的介质不会接触到气阀，联杆等运动部件，不像其他类型的泵因转子、活塞、齿轮、叶片等部件的磨损而使性能逐步下降；
8)使用方便、工作可靠、开停只需简单地打开和关闭气体阀门，即使由于意外情况而长时间无介质运行或突然停机泵也不会因此而损坏，一旦超负荷，泵会自动地停机，具有自我保护性能，当负荷恢复正常后，又能自动启动运行；
9)气动隔膜泵无须用油润滑，即使空转，对泵也无任何影响，这是该泵一大特点；
10)可输送较粘的液体(粘度在2万厘泊以下)；
隔膜泵的选择是非常细致的工作，不仅要有扎实的专业理论知识，还要有丰富实践经验。选择得好不仅有利于调节控制回路PID参数的整定，使被调参数得到较好地控制效果，也使隔膜泵的使用寿命大大增长。隔膜泵的选择要因地制宜，并非一成不变，要在实践的过程中不断总结和创新，特别随着机电一体化技术、计算机和数字信息技术的应用，隔膜泵的结构功能变得更好、更全面，为选择隔膜泵提供了极大的方便。