[水泵入門知識]之-隔膜泵的分類和選型
點(diǎn)擊次數(shù)：8361 更新時間：2013-06-18
隔膜泵在過程控制中的作用是接受調(diào)節(jié)器或計算機(jī)的控制信號，改變被調(diào)介質(zhì)的流量，使被調(diào)參數(shù)維持在所要求的范圍內(nèi)，從而達(dá)到生產(chǎn)過程的自動化。如果把自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)與人工調(diào)節(jié)過程相比較，檢測單元是人的眼睛，調(diào)節(jié)控制單元是人的大腦，那么執(zhí)行單元—隔膜泵就是人的手和腳。要實現(xiàn)對工藝過程某一參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位等的調(diào)節(jié)控制，都離不開隔膜泵。因此正確選擇隔膜泵在過程自動化中具有重要意義。
1隔膜泵的組成與分類
隔膜泵又稱控制泵，是執(zhí)行器的主要類型，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。隔膜泵一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的動力，隔膜泵可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動隔膜泵，以電為動力源的電動隔膜泵，以液體介質(zhì)（如油等）壓力為動力的電液動隔膜泵，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現(xiàn)場總線型隔膜泵等。隔膜泵的產(chǎn)品類型很多，結(jié)構(gòu)也多種多樣，而且還在不斷更新和變化。一般來說閥是通用的，既可以與氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)匹配，也可以與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)匹配。
2隔膜泵類型的選擇
2.1隔膜泵的閥體類型選擇閥體的選擇是隔膜泵選擇中zui重要的環(huán)節(jié)。隔膜泵閥體種類很多，常用的有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉(zhuǎn)、蝶形、套筒式、球形等10種。在選擇閥門之前，要對控制過程的介質(zhì)、工藝條件和參數(shù)進(jìn)行細(xì)心的分析，收集足夠的數(shù)據(jù)，了解系統(tǒng)對隔膜泵的要求，根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)來確定所要使用的閥門類型。在具體選擇時，可從以下幾方面考慮:
?。?）閥芯形狀結(jié)構(gòu)主要根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。
（2）耐磨損性當(dāng)流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥芯、閥座接合面每一次關(guān)閉都會受到嚴(yán)重摩擦。因此閥門的流路要光滑，閥的內(nèi)部材料要堅硬。
?。?）耐腐蝕由于介質(zhì)具有腐蝕性，在能滿足調(diào)節(jié)功能的情況下，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單閥門。
?。?）介質(zhì)的溫度、壓力當(dāng)介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時，應(yīng)選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。
?。?）防止閃蒸和空化閃蒸和空化只產(chǎn)生在液體介質(zhì)。在實際生產(chǎn)過程中，閃蒸和空化不僅影響流量系數(shù)的計算，還會形成振動和噪聲，使閥門的使用壽命變短，因此在選擇閥門時應(yīng)防止閥門產(chǎn)生閃蒸和空化。
2.2隔膜泵執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇
2.2.1輸出力的考慮
執(zhí)行機(jī)構(gòu)不論是何種類型，其輸出力都是用于克服負(fù)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、重力等有關(guān)力的作用）。因此，為了使隔膜泵正常工作，配用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)要能產(chǎn)生足夠的輸出力來克服各種阻力，保證高度密封和閥門的開啟。
對于雙作用的氣動、液動、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般都沒有復(fù)位彈簧。作用力的大小與它的運(yùn)行方向無關(guān)，因此，選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵在于弄清zui大的輸出力和電機(jī)的轉(zhuǎn)動力矩。對于單作用的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸出力與閥門的開度有關(guān)，隔膜泵上的出現(xiàn)的力也將影響運(yùn)動特性，因此要求在整個隔膜泵的開度范圍建立力平衡。
2.2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型的確定
對執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力確定后，根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對于現(xiàn)場有防爆要求時，應(yīng)選用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，且接線盒為防爆型，不能選擇電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如果沒有防爆要求，則氣動、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)都可選用，但從節(jié)能方面考慮，應(yīng)盡量選用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對于液動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其使用不如氣動、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)廣泛，但具有調(diào)節(jié)精度高、動作速度快和平穩(wěn)的特點(diǎn)，因此，在某些情況下，為了達(dá)到較好調(diào)節(jié)效果，必須選用液動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如發(fā)電廠透明機(jī)的速度調(diào)節(jié)、煉油廠的催化裝置反應(yīng)器的溫度調(diào)節(jié)控制等。
3隔膜泵的作用方式選擇
隔膜泵的作用方式只是在選用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)時才有，其作用方式通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)正反作用和閥門的正反作用組合形成。組合形式有4種即正正（氣關(guān)型）、正反（氣開型）、反正（氣開型）、反反（氣關(guān)型），通過這四種組合形成的隔膜泵作用方式有氣開和氣關(guān)兩種。對于隔膜泵作用方式的選擇，主要從三方面考慮:a）工藝生產(chǎn)安全;b）介質(zhì)的特性;c）保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)損失zui小。
4隔膜泵流，特性的選擇
隔膜泵的流量特性是指介質(zhì)流過閥門的相對流量與位移（閥門的相對開度）間的關(guān)系，理想流量特性主要有直線、等百分比（對數(shù)）、拋物線和快開等4種，特性曲線和閥芯形狀如圖1和圖2所示。常用的理想流量特性只有直線、等百分比（對數(shù)）、快開三種。拋物線流量特性介于直線和等百分比之間，一般可用等百分比特性來代替，而快開特性主要用于二位調(diào)節(jié)及程序控制中，因此隔膜泵特性的選擇實際上是直線和等百分比流量特性的選擇。
隔膜泵流量特性的選擇可以通過理論計算，但所用的方法和方程都很復(fù)雜。目前多采用經(jīng)驗準(zhǔn)則，具體從下幾方面考慮:①從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量分析并選擇;②從工藝配管情況考慮;③從負(fù)荷變化情況分析。
選擇好隔膜泵的流量特性，就可以根據(jù)其流量特性確定閥門閥芯的形狀和結(jié)構(gòu)，但對于像隔膜閥、蝶閥等，由于它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不可能用改變閥芯的曲面形狀來達(dá)到所需要的流量特性，這時，可通過改變所配閥門定位器的反饋凸輪外形來實現(xiàn)。
5隔膜泵口徑的選擇
隔膜泵口徑的選擇和確定主要依據(jù)閥的流通能力即Cv。在各種工程的儀表設(shè)計和選型時，都要對隔膜泵進(jìn)行Cv計算，并提供隔膜泵設(shè)計說明書。從隔膜泵的Cv計算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟:
1）計算流量的確定。現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計算流量的Qmax和Qmin.
2）閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點(diǎn)選定S（阻力系數(shù)），再確定計算壓差。
3）計算Cv。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計算公式和圖表，求得Cmax和Cmin.
4）選用Cv。根據(jù)Cmax,在所選擇的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)系列中選取>Cmax且與其zui接近的一級C.
5）隔膜泵開度驗算。一般要求zui大計算流量時的開度≯90%，zui小計算流量時的開度≮10%。
6）隔膜泵實際可調(diào)比的驗算。一般要求實際可調(diào)比≮10。
7）閥座直徑和公稱直徑的確定。驗證合適后，根據(jù)C確定。
6結(jié)束語
隔膜泵的選擇是非常細(xì)致的工作，不僅要有扎實的專業(yè)理論知識，還要有豐富實踐經(jīng)驗。選擇得好不僅有利于調(diào)節(jié)控制回路PID參數(shù)的整定，使被調(diào)參數(shù)得到較好地控制效果，也使隔膜泵的使用壽命大大增長。隔膜泵的選擇要因地制宜，并非一成不變，要在實踐的過程中不斷總結(jié)和創(chuàng)新，特別隨著機(jī)電一體化技術(shù)、計算機(jī)和數(shù)字信息技術(shù)的應(yīng)用，隔膜泵的結(jié)構(gòu)功能變得更好、更全面，為選擇隔膜泵提供了的方便。
1隔膜泵的組成與分類
隔膜泵又稱控制泵，是執(zhí)行器的主要類型，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。隔膜泵一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的動力，隔膜泵可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動隔膜泵，以電為動力源的電動隔膜泵，以液體介質(zhì)（如油等）壓力為動力的電液動隔膜泵，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現(xiàn)場總線型隔膜泵等。隔膜泵的產(chǎn)品類型很多，結(jié)構(gòu)也多種多樣，而且還在不斷更新和變化。一般來說閥是通用的，既可以與氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)匹配，也可以與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)匹配。
2隔膜泵類型的選擇
2.1隔膜泵的閥體類型選擇閥體的選擇是隔膜泵選擇中zui重要的環(huán)節(jié)。隔膜泵閥體種類很多，常用的有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉(zhuǎn)、蝶形、套筒式、球形等10種。在選擇閥門之前，要對控制過程的介質(zhì)、工藝條件和參數(shù)進(jìn)行細(xì)心的分析，收集足夠的數(shù)據(jù)，了解系統(tǒng)對隔膜泵的要求，根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)來確定所要使用的閥門類型。在具體選擇時，可從以下幾方面考慮:
?。?）閥芯形狀結(jié)構(gòu)主要根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。
（2）耐磨損性當(dāng)流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥芯、閥座接合面每一次關(guān)閉都會受到嚴(yán)重摩擦。因此閥門的流路要光滑，閥的內(nèi)部材料要堅硬。
?。?）耐腐蝕由于介質(zhì)具有腐蝕性，在能滿足調(diào)節(jié)功能的情況下，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單閥門。
?。?）介質(zhì)的溫度、壓力當(dāng)介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時，應(yīng)選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。
?。?）防止閃蒸和空化閃蒸和空化只產(chǎn)生在液體介質(zhì)。在實際生產(chǎn)過程中，閃蒸和空化不僅影響流量系數(shù)的計算，還會形成振動和噪聲，使閥門的使用壽命變短，因此在選擇閥門時應(yīng)防止閥門產(chǎn)生閃蒸和空化。
2.2隔膜泵執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇
2.2.1輸出力的考慮
執(zhí)行機(jī)構(gòu)不論是何種類型，其輸出力都是用于克服負(fù)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、重力等有關(guān)力的作用）。因此，為了使隔膜泵正常工作，配用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)要能產(chǎn)生足夠的輸出力來克服各種阻力，保證高度密封和閥門的開啟。
對于雙作用的氣動、液動、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般都沒有復(fù)位彈簧。作用力的大小與它的運(yùn)行方向無關(guān)，因此，選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵在于弄清zui大的輸出力和電機(jī)的轉(zhuǎn)動力矩。對于單作用的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸出力與閥門的開度有關(guān)，隔膜泵上的出現(xiàn)的力也將影響運(yùn)動特性，因此要求在整個隔膜泵的開度范圍建立力平衡。
2.2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型的確定
對執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力確定后，根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對于現(xiàn)場有防爆要求時，應(yīng)選用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，且接線盒為防爆型，不能選擇電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如果沒有防爆要求，則氣動、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)都可選用，但從節(jié)能方面考慮，應(yīng)盡量選用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對于液動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其使用不如氣動、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)廣泛，但具有調(diào)節(jié)精度高、動作速度快和平穩(wěn)的特點(diǎn)，因此，在某些情況下，為了達(dá)到較好調(diào)節(jié)效果，必須選用液動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如發(fā)電廠透明機(jī)的速度調(diào)節(jié)、煉油廠的催化裝置反應(yīng)器的溫度調(diào)節(jié)控制等。
3隔膜泵的作用方式選擇
隔膜泵的作用方式只是在選用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)時才有，其作用方式通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)正反作用和閥門的正反作用組合形成。組合形式有4種即正正（氣關(guān)型）、正反（氣開型）、反正（氣開型）、反反（氣關(guān)型），通過這四種組合形成的隔膜泵作用方式有氣開和氣關(guān)兩種。對于隔膜泵作用方式的選擇，主要從三方面考慮:a）工藝生產(chǎn)安全;b）介質(zhì)的特性;c）保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)損失zui小。
4隔膜泵流，特性的選擇
隔膜泵的流量特性是指介質(zhì)流過閥門的相對流量與位移（閥門的相對開度）間的關(guān)系，理想流量特性主要有直線、等百分比（對數(shù)）、拋物線和快開等4種，特性曲線和閥芯形狀如圖1和圖2所示。常用的理想流量特性只有直線、等百分比（對數(shù)）、快開三種。拋物線流量特性介于直線和等百分比之間，一般可用等百分比特性來代替，而快開特性主要用于二位調(diào)節(jié)及程序控制中，因此隔膜泵特性的選擇實際上是直線和等百分比流量特性的選擇。
隔膜泵流量特性的選擇可以通過理論計算，但所用的方法和方程都很復(fù)雜。目前多采用經(jīng)驗準(zhǔn)則，具體從下幾方面考慮:①從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量分析并選擇;②從工藝配管情況考慮;③從負(fù)荷變化情況分析。
選擇好隔膜泵的流量特性，就可以根據(jù)其流量特性確定閥門閥芯的形狀和結(jié)構(gòu)，但對于像隔膜閥、蝶閥等，由于它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不可能用改變閥芯的曲面形狀來達(dá)到所需要的流量特性，這時，可通過改變所配閥門定位器的反饋凸輪外形來實現(xiàn)。
5隔膜泵口徑的選擇
隔膜泵口徑的選擇和確定主要依據(jù)閥的流通能力即Cv。在各種工程的儀表設(shè)計和選型時，都要對隔膜泵進(jìn)行Cv計算，并提供隔膜泵設(shè)計說明書。從隔膜泵的Cv計算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟:
1）計算流量的確定。現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計算流量的Qmax和Qmin.
2）閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點(diǎn)選定S（阻力系數(shù)），再確定計算壓差。
3）計算Cv。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計算公式和圖表，求得Cmax和Cmin.
4）選用Cv。根據(jù)Cmax,在所選擇的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)系列中選取>Cmax且與其zui接近的一級C.
5）隔膜泵開度驗算。一般要求zui大計算流量時的開度≯90%，zui小計算流量時的開度≮10%。
6）隔膜泵實際可調(diào)比的驗算。一般要求實際可調(diào)比≮10。
7）閥座直徑和公稱直徑的確定。驗證合適后，根據(jù)C確定。
6結(jié)束語
隔膜泵的選擇是非常細(xì)致的工作，不僅要有扎實的專業(yè)理論知識，還要有豐富實踐經(jīng)驗。選擇得好不僅有利于調(diào)節(jié)控制回路PID參數(shù)的整定，使被調(diào)參數(shù)得到較好地控制效果，也使隔膜泵的使用壽命大大增長。隔膜泵的選擇要因地制宜，并非一成不變，要在實踐的過程中不斷總結(jié)和創(chuàng)新，特別隨著機(jī)電一體化技術(shù)、計算機(jī)和數(shù)字信息技術(shù)的應(yīng)用，隔膜泵的結(jié)構(gòu)功能變得更好、更全面，為選擇隔膜泵提供了的方便。
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