氣動雙隔膜泵（AODD泵）應(yīng)用廣泛且用途多樣。此外，鑒于控制技術(shù)的新進(jìn)展以及可實現(xiàn)的節(jié)能效果，它們通常也是降低壓縮空氣需求的佳選。

一款各方面表現(xiàn)都很出色的泵

工廠里已經(jīng)安裝了氣動隔膜泵（AODD泵）并不罕見，因為這些泵很可能是設(shè)備供應(yīng)商作為整套設(shè)備的一部分運送到工廠的，或者是之前有人選定的。無論這些泵是如何運到工廠的，它們在各個行業(yè)被廣泛應(yīng)用的原因有很多。

首先，只要尺寸“足夠大”，它們就能很好地工作。與其他一些類型的泵相比，它們還具有許多理想的運行特性。具體來說，它們：

· 可設(shè)計用于處理腐蝕性強的化學(xué)或物理產(chǎn)品。

· 對空轉(zhuǎn)的敏感性相對較低，不會發(fā)生災(zāi)難性故障。

· 通?？梢院芸煨迯?fù)。

· 只要壓力可用且沖程/分鐘吞吐量可接受，即可自動調(diào)節(jié)以應(yīng)對顯著的頭部壓力增加。

總而言之，這是一種“容錯性很高的設(shè)計”。然而，壓縮空氣的使用管理需要對氣動隔膜泵進(jìn)行監(jiān)測和控制。

典型的壓縮空氣泵和電動泵數(shù)據(jù)

表1

此表顯示的是一款通用的 2 英寸氣動隔膜泵，其流量為90 至120 scfm，平均入口壓力為95 psig。然而，除了流量計之外，能準(zhǔn)確識別壓縮空氣使用量的方法是計算循環(huán)次數(shù)。

如果氣動隔膜泵不受控制，將會發(fā)生多種情況。大多數(shù)性能曲線都是基于比重為 1 (H2O) 的流體繪制的。

· 隨著流體粘度增加和揚程壓力升高，在相同的入口壓力下，每分鐘沖程數(shù)（即壓縮空氣消耗量）會下降。如果粘度降低，壓縮空氣消耗量則會增加。

· 隨著每分鐘沖程數(shù)從 48 次/分鐘增加到 325 次/分鐘，壓縮空氣用量從 25 立方英尺/分鐘（5 馬力）增加到 150 立方英尺/分鐘（35 馬力），流量從20 加侖/分鐘增加到140 加侖/分鐘。

· 非常重要的是，要以低可接受的流量/分鐘和低有效入口壓力來應(yīng)用泵，監(jiān)測這些參數(shù)將有助于優(yōu)化空氣需求。

圖 1

AODD泵控制至關(guān)重要

雖然所有壓縮空氣操作的設(shè)備都應(yīng)該受到控制，但對于氣動隔膜泵來說，這一點尤其重要。

氣動隔膜泵（AODD泵）是一種往復(fù)式容積泵。泵送介質(zhì)的容納區(qū)域由進(jìn)出液歧管和兩個液室組成。氣閥交替地將壓縮空氣導(dǎo)入兩個液室的隔膜后方。在此循環(huán)過程中，待泵送的流體從進(jìn)出液歧管吸入一個液室，同時，相應(yīng)的流體通過出液歧管從另一個液室排出。

氣動隔膜泵具有諸多優(yōu)勢。它們無需電力，具有自吸功能，能夠輸送含有懸浮固體的流體，并且可以空轉(zhuǎn)或無動力運行而不會損壞泵。此外，它們可以輸送多種介質(zhì)，從廢水到更粘稠的物質(zhì)，例如泥漿甚至水泥。然而，如何自動控制壓縮空氣的使用一直是一個難題。

利用進(jìn)氣壓力控制

控制壓縮空氣使用量的一種方法是控制氣動隔膜泵的入口壓力。泵是否大部分時間都以盡可能低的壓力運行？壓力越高，壓縮空氣的消耗量就越大。設(shè)定固定壓力通常效果有限，因為產(chǎn)品粘度或短期內(nèi)對更高壓力的需求等情況可能會發(fā)生變化，這可能需要不斷調(diào)整。

循環(huán)（沖程/分鐘）控制可能是目前有效的優(yōu)化器。它能將循環(huán)速度控制在低且合適的水平，以確保產(chǎn)品輸送線滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，同時大限度地減少壓縮空氣的使用量。

多年來，人們嘗試過使用背壓調(diào)節(jié)器、手動控制等方法來測試這種方法。然而，該方法的一個主要缺點始終是泵效率。隨著循環(huán)次數(shù)的減少，泵效率往往會降低，而且當(dāng)工況發(fā)生變化時，效率低下的情況可能會更加嚴(yán)重。

為了解決這個問題，一些制造商對泵內(nèi)部的空氣分配系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。這樣，操作人員可以通過調(diào)整入口通道尺寸，直至流量達(dá)到可接受的水平，從而在現(xiàn)有壓力下優(yōu)化性能。實踐證明，在可行的情況下，這種解決方案是有效的。

考慮使用電動泵以實現(xiàn)節(jié)能

選擇氣動隔膜泵 (AODD) 的原因有很多，其中之一是其整體結(jié)構(gòu)簡單。另一個原因是無需為任何泵提供電力。此外，它們還能承受惡劣的、骯臟的環(huán)境。然而，為了在現(xiàn)在或?qū)砉?jié)省壓縮空氣成本，也不要忽視電動泵，包括隔膜泵。

如前圖所示，一臺2英寸氣動隔膜泵在95psig壓力下平均消耗90-120 cfm的壓縮空氣，或23-30 hp的壓縮空氣功率。在相同條件下，一臺電動泵的功率消耗在3-5 hp之間。如果凈功率節(jié)省平均為21 hp，那么在上述條件下，使用電動泵代替壓縮空氣泵每年可節(jié)省7,920美元（x 0.746/0.10 = 16.5kW x 0.06美元/千瓦時 x 8000小時/年）。

但需要注意的是：隨著揚程壓力的增加，電動泵所需的輸入能量也會增加。壓縮空氣泵的沖程/分鐘數(shù)會隨著壓力的升高而下降，只要工廠內(nèi)的壓縮空氣壓力“足夠高”，沖程/分鐘數(shù)就會持續(xù)降低。

為了解決這個問題，需要進(jìn)行充分的數(shù)據(jù)輸入并開展產(chǎn)品評估。在揚程條件和可接受的沖程/分鐘范圍內(nèi)，壓縮空氣驅(qū)動泵實際上可能更具成本效益。

圖 2

間歇泵送與連續(xù)泵送

泵持續(xù)運轉(zhuǎn)是因為它能做到嗎？是的，這就是氣動隔膜泵的優(yōu)勢所在。即使空轉(zhuǎn)，它也能繼續(xù)運行，并在收到物料時繼續(xù)泵送。然而，隨著負(fù)載下降，每分鐘沖程數(shù)會增加，因此“高耗氣量”出現(xiàn)在空載時。這一點常常被忽略。

下圖3比較了典型間歇式泵送系統(tǒng)和連續(xù)式泵送系統(tǒng)的年度電能運行成本。預(yù)計的節(jié)能幅度非常保守。

年度批次作業(yè)成本主要受以下因素影響：

· 批次泵始終滿負(fù)荷運行（在沒有控制的情況下，壓縮空氣需求量低）。

· 如圖所示，根據(jù)實際工廠壓縮空氣系統(tǒng)評估，間歇泵僅在 10% 的時間內(nèi)運行。當(dāng)不需要泵運行時，液位開關(guān)會跳閘并切斷泵的壓縮空氣供應(yīng)。

圖 3

使用一臺2英寸氣動隔膜泵，連續(xù)運行，平均需求量為80scfm，間歇運行流量也為80 scfm，不進(jìn)行間歇控制時，年成本約為8000美元；進(jìn)行間歇控制后，年成本約為800美元。這是根據(jù)每年8000小時的運行時間計算得出的，年電費為0.06美元/千瓦時。

如果能夠?qū)嵤?，控制批次泵的運行總能帶來節(jié)能效益。在假設(shè)沒有預(yù)算改造系統(tǒng)之前，務(wù)必了解可回收能源成本的真實情況。

利用壓力調(diào)節(jié)器控制效率

重要的是要認(rèn)識到，在任何氣動泵的運行中，對入口壓力和循環(huán)的監(jiān)測與控制對于壓縮空氣的使用管理至關(guān)重要。總而言之，在我們壓縮空氣系統(tǒng)審核中發(fā)現(xiàn)的氣動隔膜泵中，有 80% 到85% 都處于未受控狀態(tài)。

近年來，市面上出現(xiàn)了多種基于壓力調(diào)節(jié)器的氣動隔膜噴槍（AODD）循環(huán)/行程控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)已被證明非常有效。大多數(shù)系統(tǒng)采用特殊的大流量、高速（開啟/關(guān)閉時間均為35毫秒）氣動先導(dǎo)式噴槍閥。

該分配閥由壓力調(diào)節(jié)器控制，壓力調(diào)節(jié)器分析沖程頻率和流量特性，以確定合適的低循環(huán)速率，從而優(yōu)化吞吐量。一旦確定，它會在沖程期間關(guān)閉氣源，利用產(chǎn)品流動和泵的慣性完成沖程，無需額外氣流，然后再次打開。

其結(jié)果是產(chǎn)品流暢輸送，無氣泡或空隙。泵的行程會在適當(dāng)?shù)奈恢猛Ｖ?，泵不會像不受控制的泵那樣與泵殼發(fā)生碰撞。這延長了泵的使用壽命，降低了維護(hù)成本。

如果產(chǎn)品粘度發(fā)生變化，壓力調(diào)節(jié)器會運行幾個循環(huán)，然后自行調(diào)整。它還可以配備自動斷氣功能，當(dāng)沒有產(chǎn)品存在時會自動切斷空氣。

如下表所示，幾個關(guān)鍵點顯而易見：

· 在相同的輸入壓力下，啟用控制后，壓縮空氣用量、行程和循環(huán)頻率下降 35% – 40%。

· 每次沖程的產(chǎn)品吞吐量顯著提高了每標(biāo)準(zhǔn)立方英尺分鐘的平均產(chǎn)品流量（從大約 50% 到100%）。

采用壓力調(diào)節(jié)器循環(huán)/行程控制的表格化測試數(shù)據(jù)

表2

這些壓力調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)利用現(xiàn)代電子技術(shù)，成功解決了以往壓縮空氣入口控制和泵效率低下的問題。它們適用于大多數(shù)應(yīng)用，從1?英寸級氣動隔膜泵（AODD泵）到更大功率的泵，以及其他可能適用的工況。

有些泵組件只能作為泵組件的一部分提供，而另一些泵組件（如圖 4 所示）如果適用，可以通過適當(dāng)?shù)碾娫窗惭b在 AODD 泵的入口管路上。

圖 4

多年來，我們在審核氣動隔膜泵（AODD）工業(yè)應(yīng)用的過程中，發(fā)現(xiàn)80%至85%的運行中存在有效降低壓縮空氣消耗的機(jī)會。其中許多機(jī)會都源于常識——例如，泵送速度不要超過生產(chǎn)所需；不要使入口壓力過高；不要讓泵空轉(zhuǎn)等等。

然而，壓力調(diào)節(jié)器的出現(xiàn)，使得在保持高效泵的同時實現(xiàn)快速響應(yīng)的控制成為可能，這為降低壓縮空氣消耗和運行能耗成本開辟了更多機(jī)遇。雖然它們可能并非適用于所有尺寸、類型和應(yīng)用，但或許應(yīng)該經(jīng)常考慮和評估這些方案。

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