矢量控制变频器在隔膜泵上的应用原理

一、概述

隔膜泵，也叫气动双隔膜泵或气动泵，是一种新型输送机械，是目前国内最新颖的一种泵类，采用压缩空气为动力源。对于各种腐蚀性液体，带颗粒的液体，高粘度、易挥发、易燃、剧毒的液体，均能予以抽光吸尽。隔膜泵其有四种材质：塑料、铝合金、铸铁、不锈钢。隔膜泵根据不同液体介质分别采用丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚四六乙烯，以满足不同生产工艺的需要。隔膜泵既能抽送流动的液体，又能输送一些不易流动的介质，具有自吸泵、潜水泵、屏蔽泵、泥浆泵和杂质泵等输送机械的许多优点。

隔膜泵已经在石油、化工、有色金属、食品、电子、陶瓷、纺织等行业应用，安装在各种特殊场合，用来抽取各种常规泵不能抽吸的介质。隔膜泵发展的应用潜力，还不为很多人所知。隔膜泵正逐步侵入其他泵的市场，并占有其中的一部分。如：油漆、涂料等精细化工行业和陶瓷业中隔膜泵已占有绝对的主导地位，而在其他的一些行业中，像环保、废水处理、建筑、排污等行业中正在扩大它的市场份额，并具有其他泵不可替代的地位。

二、隔膜泵的工作原理：

隔膜泵靠压缩空气驱动。定向空气分配阀和导向阀，称为“气室”，都设置在泵的中心部位。介质流动通过两个汇流管和外隔膜室，称为“介质室”。通常止回阀(球型或片型)都设置在每个外隔膜室的顶部或底部或共用一个汇流管。这两个外隔膜室靠吸口和出口接头连接起来，泵是自吸的。

在操作中，空气分配阀交替控制隔膜的增压。在每次冲程后，阀将自动变换位置，使空气得以切换至另一隔膜室，使两边隔膜室形成交替的吸液和压送冲程，隔膜在平行路径里移动，空气阀无润滑油需求，这就是首选的运行方式，洁净、干燥的空气更能提高泵的性能。

介质通过隔膜泵时，止回阀一开一关，这使得每个外隔膜室交替地填充和排出，止回阀对压力差做出反应。球阀止回阀可处理含小颗粒的介质，而片阀止回阀可以处理含接近管径尺寸大小软颗粒的介质。

当空气分配阀让压缩空气进入左隔膜室，隔膜受压往外推出，而形成压送冲程，在压送部内的介质即受力离开左面外隔膜室、止回阀、汇流管，而后由泵的出口流出，排出口位置可以是顶部、底部、或侧面。当左隔膜室受压推出时，隔膜连接杆在内部拖动右隔膜向内缩回止回阀充满流体，在这一循环动作完成后，空气分配阀将自动地变换位置，使空气切换至另一隔膜室，反向重复上述循环动作，即两边隔膜室将因此呈现交替性的压送及吸收液动作。

三、氧化铝行业对隔模泵传动系统的要求

生产氧化铝的前端工序是先将铝矾土粉碎制成原矿浆，将合格的原矿浆通过隔膜泵（喂料泵）送至高压溶出器，在高压溶出器中，在一定的外部条件作用下，溶出铝土矿中的氧化铝得到铝酸钠。当溶出时间一定时，溶出速度越快，氧化铝的溶出率就越高，产能越大。但溶出反应需在一定条件下进行，要保证氧化铝的高溶出率，就要保证各种物料的相对平衡，在其他条件相对变化的情况下，要求料浆泵的喂料量也发生相应的调整，这样才能优化生产工艺指标，进而优化氧化铝生产的技术经济指标。为实现生产工艺过程的优化进行，高压泥浆隔膜泵是采用拜尔法生产氧化铝，尤其是采用管道化溶出工艺的氧化铝厂的重要设备，被誉为拜尔法氧化铝厂的心脏部位，其运转率直接代表着氧化铝厂的投矿运转率。对电气传动系统提出以下要求：

（1）电动机和泵组等机械设备在使用原设备的基础上，通过改变电气控制系统的控制方法，使电动机转速在10～583rpm之间连续可调，且能够带载起动隔膜泵；

（2）设备起动平缓，运行稳定可靠。电气设备可运行率达95%以上；设置完善的保护装置，包括管道超压自动保护和常规电气故障保护；

（3）对泵采用三地操作，分别设置在机旁、变频器控制室、仪表室。泵组的开、停在机旁和变频器控制室进行，仪表室只有在管道超压或其他紧急情况下进行设备紧急停车；当进料量给定值确定后，系统能够自动跟踪给定值。

喂料量的改变是通过隔膜泵（喂料泵）变频调速来实现的。因为对变频器的可靠性要求极高，以前一般都采用国外知名变频器。

四、森兰变频器隔模泵上的应用

近几年，国产变频技术有了极大的进展，国内厂家也能生产高性能的矢量控制变频器，起动力矩可达2倍额定力矩，平均无故障时间2万小时以上，像氧化铝这样连续性生产工艺，也完全能够满足。森兰以矢量控制变频器SB70的平台为基础，开发出了690V 850kW矢量控制变频器，在性能上，完全可以和国外变频器相媲美。

隔模泵使用的是690V，780kW鼠笼异步电动机，电源频率为50Hz时转速为583rpm，转速为10rpm时变频器输出频率不到1Hz，调速比接近60，且能够1Hz频率下带额定负载运行。

矢量控制变频器的调速比可达1:100、调速精度可到0.1%、且是无级调速，选用森兰690V 850kW矢量控制变频器能满足调速性能要求。对于当进料量给定值确定后，系统能够自动跟踪给定值的自动控制方案，只需将矿浆电磁流量计输出的4～20mA反馈信号送到变频器的PI调节器的反馈端口上实现闭环控制，使矿浆的流量在给定范围内变化，保证氧化铝的溶出率为最高。

森兰690V 850kW矢量控制变频器在隔模泵上已经连续无故障运行了三年有余，实践证明，国产变频器无论是在质量上还是在性能上都表现极佳，并且在调速过程中有节能效果，给用户带来了实实在在的效益，在用户中树立了很好的口碑。

五、结语

森兰SB70G850T6矢量控制变频器投运以来，运行可靠平稳，控制灵活方便，控制准确，精度高，充分保证了隔膜泵准确送料，大大优化了生产指标，提高了矿浆中的氧化铝溶出率和设备产能，取得了巨大的经济效益。变频调速技术的应用，保证了调速平滑、连续，实现了节能；设备技术水平的提高和优化，使得设备维护工作量和维护费用都大大降低，降低了单位产品的成本，产生了较好的社会经济效益。实践证明，森兰SB70系列高性能矢量控制变频器的性能、可靠性完全满足氧化铝生产工艺的要求，国产化是必由之路。

编辑：黄飞