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計(jì)量泵流量調(diào)節(jié)與控制

      計(jì)量泵與普通容積式往復(fù)泵的根本區(qū)別在于流量調(diào)節(jié)部分。計(jì)量泵在其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中具有專用的流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，而往復(fù)泵沒有。隨著技術(shù)進(jìn)步和特殊場(chǎng)合的要求，計(jì)量泵流量調(diào)節(jié)的方式也在不斷發(fā)展。流量調(diào)節(jié)方式主要分為以下幾種：

?一、手動(dòng)調(diào)節(jié)方式

手動(dòng)調(diào)節(jié)方式是采用計(jì)量泵驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的機(jī)械子系統(tǒng)使泵的沖程長(zhǎng)度或有效沖程長(zhǎng)度在0~100%范圍內(nèi)變化，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。手動(dòng)調(diào)節(jié)的方式包括：

1. 可調(diào)偏心機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)

可調(diào)偏心機(jī)構(gòu)是通過調(diào)節(jié)計(jì)量泵的調(diào)節(jié)螺桿，從而改變計(jì)量泵偏心機(jī)構(gòu)的偏心距，達(dá)到改變計(jì)量泵柱塞行程的目的。柱塞行程的改變直接改變了計(jì)量泵每個(gè)沖程的排量，所以計(jì)量泵的輸出流量隨之改變。

此類調(diào)節(jié)形式是對(duì)沖程的峰值流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，隨著計(jì)量泵輸出流量的改變，流量脈動(dòng)對(duì)管路系統(tǒng)的沖擊和影響也會(huì)隨之改變。可變偏心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是計(jì)量泵中被普遍采用的機(jī)構(gòu)形式，尤其是高負(fù)荷，苛刻環(huán)境的計(jì)量泵絕大部分采用此調(diào)節(jié)形式，只有極少品牌采用曲柄連桿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

2. 有效沖程長(zhǎng)度調(diào)節(jié)

有效沖程調(diào)節(jié)又被稱為液壓旁路調(diào)節(jié)。有效沖程長(zhǎng)度調(diào)節(jié)與可調(diào)偏心結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)有所不同。有效沖程調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)不是直接改變計(jì)量泵的沖程長(zhǎng)度，在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中，計(jì)量泵柱塞運(yùn)動(dòng)的沖程長(zhǎng)度沒有直接變化。有效沖程長(zhǎng)度調(diào)節(jié)是利用液壓旁路的開與關(guān)，改變柱塞實(shí)際驅(qū)動(dòng)隔膜的沖程長(zhǎng)度，也就是改變了柱塞驅(qū)動(dòng)做功的有效長(zhǎng)度。通過改變柱塞的有效沖程，從而改變每個(gè)沖程的排量，最終改變計(jì)量泵的輸出流量。 

由于有效沖程調(diào)節(jié)不是直接改變柱塞的沖程長(zhǎng)度，所以流量曲線的峰值不會(huì)隨有效沖程改變而改變。有效沖程調(diào)節(jié)只用于液壓隔膜計(jì)量泵，是一種機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)有效穩(wěn)定的機(jī)構(gòu)，基本用于中低負(fù)荷計(jì)量泵的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。有效沖程調(diào)節(jié)方式已經(jīng)在API675第三版中被列為計(jì)量泵沖程調(diào)節(jié)方式之一。

3. 機(jī)械“放過”式調(diào)節(jié)

機(jī)械放過式調(diào)節(jié)的英文名稱是LOST MOTION。它采用機(jī)械限位的方式，人為地使機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與液力端柱塞脫離，從而改變柱塞的運(yùn)動(dòng)沖程長(zhǎng)度，達(dá)到改變計(jì)量泵輸出流量的目的。

機(jī)械放過式調(diào)節(jié)不適合應(yīng)用于高負(fù)荷的應(yīng)用工況，普遍應(yīng)用于低負(fù)荷的機(jī)械隔膜計(jì)量泵。此類調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作噪音很響，且穩(wěn)定性精度較低，長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性也較差。

二、自動(dòng)流量調(diào)節(jié)方式

為了適應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)的要求，可以在計(jì)量泵相應(yīng)的機(jī)構(gòu)上增加自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，接受外部控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)外部信號(hào)自動(dòng)改變計(jì)量泵的輸出流量。自動(dòng)流量調(diào)節(jié)方式包括以下幾種：

1. 變頻調(diào)節(jié)流量方式

變頻調(diào)節(jié)方式是利用交流變頻器可以根據(jù)外部信號(hào)改變電源頻率的特點(diǎn)，從而改變計(jì)量泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化可以改變計(jì)量泵的沖程速度，也改變了計(jì)量泵的排出頻率，達(dá)到調(diào)節(jié)計(jì)量泵輸出流量的目的。

在變頻流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的變頻器信號(hào)會(huì)來自檢測(cè)儀表或者上位機(jī)的輸出信號(hào)。變頻器的輸出電源直接接入計(jì)量泵的電機(jī)。通常用于變頻控制的電機(jī)有兩種選擇：
1）專用變頻電機(jī)：可以在一定頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒扭矩輸出。恒扭矩的頻率范圍取決于電機(jī)的調(diào)節(jié)比，調(diào)節(jié)比為10:1，表示在5~50Hz范圍。大部分專用電機(jī)均為強(qiáng)制風(fēng)冷電機(jī)，保證電機(jī)冷卻風(fēng)量不變，避免低頻率工作時(shí)出現(xiàn)散熱問題。
2）普通恒速電機(jī)：此類電機(jī)在頻率降低過程中電機(jī)的輸出扭矩會(huì)隨之降低，所以在過低頻率下工作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)過載損壞。通常會(huì)采用放大電機(jī)功率來適應(yīng)低頻工作的要求，但是由于普通電機(jī)是同軸風(fēng)扇散熱，所以在低頻工作時(shí)，電機(jī)的通風(fēng)量會(huì)降低，導(dǎo)致散熱不足，長(zhǎng)期工作會(huì)對(duì)電機(jī)內(nèi)部絕緣造成損壞。為此，對(duì)于普通電機(jī)用于變頻控制，通常會(huì)建議頻率不要低于20~25Hz。

變頻調(diào)節(jié)流量通過改變沖程速度實(shí)現(xiàn)的，所以改變的也是流量脈動(dòng)的頻率。變頻調(diào)節(jié)流量的方式是一種低成本高性價(jià)比的控制方式，廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)與應(yīng)用，并取得各行各業(yè)的用戶認(rèn)可。

2. 電動(dòng)調(diào)節(jié)沖程方式

電動(dòng)調(diào)節(jié)沖程方式是采用電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)替代手動(dòng)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，根據(jù)外部信號(hào)改變計(jì)量泵沖程長(zhǎng)度，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)計(jì)量泵輸出流量的目的。

電動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器由三個(gè)部分組成：
1）供電電源回路和控制回路：供電電源回路是為整個(gè)電動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器提供電源供電，包括電路供電和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)供電；控制回路是接受外部信號(hào)后，將此電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓控制信號(hào)；
2）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)接受到電源供電后開始驅(qū)動(dòng)計(jì)量泵的沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；
3）反饋機(jī)構(gòu)：在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作的同時(shí)，也會(huì)通過反饋機(jī)構(gòu)建立反饋電壓，并與控制電壓進(jìn)行比較，并及時(shí)停止驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作。

電動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器接受4-20mA模擬信號(hào)和220V單相電源或380V三相電源。在接線過程中必須注意信號(hào)電纜與電源電纜的分開，電纜必須采用屏蔽電纜，尤其是信號(hào)電纜。電源接地與信號(hào)接地必須分開，并且信號(hào)電纜是一端接地。這樣才能較好的避免外界干擾對(duì)電動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器的影響。電動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器可以對(duì)計(jì)量泵沖程進(jìn)行0~100%范圍的調(diào)節(jié)，但是相比較變頻調(diào)節(jié)流量方式，電動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器的成本較高，尤其對(duì)于防爆區(qū)域的應(yīng)用，設(shè)備價(jià)格更高。對(duì)于高載荷設(shè)備，電動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器的外形尺寸較大，滿量程調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。所以，需要根據(jù)工藝條件的要求進(jìn)行正確選用。

3. 氣動(dòng)調(diào)節(jié)沖程方式

氣動(dòng)調(diào)節(jié)沖程方式是采用氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)替代手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，根據(jù)外部信號(hào)改變計(jì)量泵沖程長(zhǎng)度，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)計(jì)量泵輸出流量的目的。氣動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器基本全部用于防爆應(yīng)用場(chǎng)合。

氣動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器由四個(gè)部分組成：
1）電-氣轉(zhuǎn)換器：將上位機(jī)發(fā)出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣壓信號(hào)；
2）定位器：通過輸入的氣壓信號(hào)控制氣動(dòng)滑閥，并用輸入的動(dòng)力氣源推動(dòng)驅(qū)動(dòng)活塞；
3）驅(qū)動(dòng)活塞與沖程滑桿機(jī)構(gòu)：依賴動(dòng)力氣源推動(dòng)驅(qū)動(dòng)活塞和滑桿改變沖程長(zhǎng)度；
4）反饋機(jī)構(gòu)：隨驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置變化，反饋機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的壓力與驅(qū)動(dòng)氣壓達(dá)到平衡。

小負(fù)荷氣動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，動(dòng)力氣源的壓力可以直接驅(qū)動(dòng)活塞機(jī)構(gòu)，但是大負(fù)荷氣動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器需要較大的驅(qū)動(dòng)力，所以結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜，一般是氣動(dòng)與液壓相結(jié)合的機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器的響應(yīng)速度較慢，因?yàn)榭焖夙憫?yīng)會(huì)導(dǎo)致氣動(dòng)機(jī)構(gòu)在定位過程中產(chǎn)生振蕩。隨著防爆電動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器的發(fā)展，氣動(dòng)沖程調(diào)節(jié)器的應(yīng)用已經(jīng)逐漸萎縮。

流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是計(jì)量泵與其他往復(fù)式容積泵的主要區(qū)別之一。流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)比直接決定了計(jì)量泵獲得三大精度的范圍。如何既有好的精度又能獲得好的性價(jià)比的流量調(diào)節(jié)方式，每個(gè)計(jì)量泵應(yīng)用專家都有自己的判斷標(biāo)準(zhǔn)。