森蘭690V 850kW變頻器在隔膜泵上的應用

1 概述

隔膜泵是一種采用壓縮空氣為動力源的新型輸送機械，是目前國內最新穎的一種泵類。隔膜泵具有四種材質：塑料、鋁合金、鑄鐵、不銹鋼。隔膜泵根據不同液體介質分別采用丁晴橡膠、氯丁橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚四氯乙烯，以滿足不同生產工藝的需要。隔膜泵既能抽送流動的液體，又能輸送一些不易流動的介質，具有自吸泵、潛水泵、屏蔽泵、泥漿泵和雜質泵等輸送機械的許多優(yōu)點。

隔膜泵已經應用在石油、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。隔膜泵發(fā)展的應用潛力，還不為很多人所知。隔膜泵也叫氣動雙隔膜泵或氣動泵，對于各種腐蝕性液體，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、涂料等精細化工行業(yè)和陶瓷業(yè)中隔膜泵已占有絕對的主導地位，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動。在隔膜泵中，被稱為“氣室”的定向空氣分配閥和導向閥，都設置在泵的中心部位。介質流動通過被稱為“介質室”的兩個匯流管和外隔膜室。通常泵的止回閥(球型或片型)都設置在每個外隔膜室的頂部或底部或共享同一個匯流管。兩個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。在每個沖程后，空氣分配閥將自動變換位置，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。當達到隔膜在平行路徑里移動的狀態(tài)，空氣閥將無潤滑油需求，這種運行方式是首選的運行方式，這樣潔凈、干燥的空氣更能提高泵的性能。

介質通過隔膜泵時，止回閥的開關使得介質被交替地填充和排出于兩個外隔膜室，這樣止回閥對壓力差做出反應。球閥止回閥可處理含小顆粒的介質，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。

當壓縮空氣通過空氣分配閥進入左隔膜室，隔膜受壓往外推出形成壓送沖程，在壓送部內的介質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、或側面。當左隔膜室受壓推出時，隔膜連接桿在內部拖動右隔膜向內縮回止回閥充滿流體，在這一循環(huán)動作完成后，空氣分配閥將自動地變換位置，使空氣切換至另一隔膜室，反向重復上述循環(huán)動作，即兩邊隔膜室將因此呈現交替性的壓送及吸收動作。

3 氧化鋁行業(yè)對隔膜泵傳動系統的要求

生產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，當溶出時間一定時，溶出速度越快，氧化鋁的溶出率就越高，產能越大。但溶出反應需在一定條件下進行，要保證氧化鋁的高溶出率，就要保證各種物料的相對平衡，在其它條件相對變化的情況下，要求料漿泵的喂料量也發(fā)生相應的調整，這樣才能優(yōu)化生產工藝指標，進而優(yōu)化氧化鋁生產的技術經濟指標。為實現生產工藝過程的優(yōu)化進行，高壓泥漿隔膜泵是采用拜爾法生產氧化鋁，尤其是采用管道化溶出工藝的氧化鋁廠的重要設備。隔膜泵被譽為拜爾法氧化鋁廠的心臟部位，其運轉率直接代表著氧化鋁廠的投礦運轉率。因此，對隔膜泵電氣傳動系統提出以下要求：

1)電動機和泵組等機械設備在使用原設備的基礎上，通過改變電氣控制系統的控制方法，使電動機轉速在10~583 r/min 之間連續(xù)可調，且能夠帶載起動隔膜泵;

2)設備起動平緩，運行穩(wěn)定可靠，電氣設備可運行率達95%以上，設置有完善的保護裝置，包括管道超壓自動保護和常規(guī)電氣故障保護;

3)對泵采用三地操作，分別設置在機旁、變頻器控制室、儀表室，泵組的開、停在機旁和變頻器控制室進行，儀表室只有在管道超壓或其它緊急情況下進行設備緊急停車;當進料量給定值確定后，系統能夠自動跟蹤給定值。

在生產工藝中，喂料量的改變是通過隔膜泵(喂料泵)變頻調速來實現的，因為對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用

近幾年，國產變頻技術有了極大的進展，國內廠家也能生產高性能的矢量控制變頻器，起動力矩可達2 倍額定力矩，平均無故障時間達2 萬小時以上，對像氧化鋁這樣的連續(xù)性生產工藝，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鼠籠異步電動機，在電源頻率為50 Hz時轉速為583 r/min，在轉速為10 r/min 時變頻器輸出頻率不到1 Hz，調速比接近60，且能夠在1 Hz 頻率下帶額定負載運行。

矢量控制變頻器的調速比可達1:100，調速精度可精確到0.1%，且是無級調速，選用森蘭SB70G850kW(690V)矢量控制變頻器能滿足調速性能要求。對于當進料量給定值確定后，系統能夠自動跟蹤給定值的自動控制方案，只需將礦漿電磁流量計輸出的4~20mA 反饋信號，送到變頻器的PI 調節(jié)器的反饋端口上實現閉環(huán)控制，使礦漿的流量在給定范圍內變化，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連續(xù)無故障運行了半年有余，實踐證明，國產變頻器無論是質量，還是性能都表現極佳，并且在調速過程中有節(jié)能效果，給用戶帶來了實實在在的效益，在用戶中樹立了很好的口碑。

5 結語

SB70G850kW(690V)變頻器投運以來，運行可靠平穩(wěn)，控制靈活方便，控制準確，精度高，充分保證了隔膜泵準確送料，大大優(yōu)化了生產指標，提高了礦漿中的氧化鋁溶出率和設備產能，取得了巨大的經濟效益。變頻調速技術的應用，保證了調速平滑、連續(xù)，實現了節(jié)能;設備技術水平的提高和優(yōu)化，使得設備維護工作量和維護費用都大大降低，降低了單位產品的成本，產生了較好的社會經濟效益。實踐證明，森蘭SB70G850kW(690V)變頻器的性能和可靠性完全滿足氧化鋁生產工藝的要求，而且性價比大大降低，所以變頻器應用的國產化是必由之路。