提高氣動(dòng)雙隔膜泵的效率

　　氣動(dòng)雙隔膜（AODD）泵技術(shù)從發(fā)明并投入市場(chǎng)應用開(kāi)始，至今已經(jīng)超過(guò)了55年，毫不夸張地說(shuō)，1955年首臺氣動(dòng)雙隔膜泵開(kāi)始工作的那一天至今都是工業(yè)泵歷史上具有劃時(shí)代意義的重大時(shí)刻。AODD技術(shù)從“卑微”的應用開(kāi)始發(fā)展，那時(shí)它主要在采礦工業(yè)中用來(lái)泵送廢水。

　　氣動(dòng)雙隔膜泵屬于往復式容積泵。其流動(dòng)路徑，即泵送介質(zhì)的流經(jīng)區域，包括入口歧管和排放歧管，以及兩個(gè)液室�？諝夥峙湎到y中的氣閥將兩層隔膜后面的壓縮空氣輪流送入氣室內。流體從入口歧管被抽入一個(gè)液室內，然后從另一個(gè)液室沿排放歧管排出。

　　氣動(dòng)雙隔膜泵具有許多優(yōu)點(diǎn)。它們無(wú)需電能，屬于自吸泵，能夠泵送含有懸浮固體顆粒的流體，能夠干轉或者工作在“死區”（dead head）而不損傷泵。除此之外，還可以通過(guò)調節進(jìn)氣壓力或者限制泵的排量來(lái)調節泵的性能以滿(mǎn)足特定的工作需要。

　　設計氣動(dòng)雙隔膜泵的初衷，是把它用在大部分其他類(lèi)型的泵都無(wú)法勝任的一些棘手場(chǎng)合。同時(shí)，它們的設計還考慮了成本低廉、易于維護、適合各種工況等因素。因此，氣動(dòng)雙隔膜泵能夠傳輸從廢水到粘性物質(zhì)的各種介質(zhì)，例如泥漿，甚至也包括水泥。

　　經(jīng)過(guò)數十年的研究和設計創(chuàng )新，氣閥和流動(dòng)路徑都得到了改進(jìn)和提高。從而得到了一系列堅固耐用且功能多樣的泵產(chǎn)品，它們不僅能夠滿(mǎn)足采礦和大型工程行業(yè)的嚴格要求，還能達到制藥和食品加工行業(yè)對精確性和衛生的要求。

挑戰

　　多年以來(lái)，能源成本大大增長(cháng)，因此制造商們越來(lái)越關(guān)心如何減小工作成本，并努力提高工廠(chǎng)設備的工作效率。

　　在設計和生產(chǎn)高效氣動(dòng)雙隔膜泵的過(guò)程中，從一開(kāi)始就遇到了一項重大挑戰，那就是如何在保證為終端用戶(hù)提供令人滿(mǎn)意的流速的同時(shí)，盡可能減少耗氣量，這等同于減少能耗。

　　所有的氣動(dòng)雙隔膜泵在其設計中都有一個(gè)空氣分配系統ADS。ADS的任務(wù)之一就是將壓縮空氣送往一個(gè)氣室內，同時(shí)從另一個(gè)氣室排走空氣。這項工作由氣閥來(lái)完成，氣閥可以有多種形式，但是在許多情況下是滑閥，它在泵殼內的圓柱形內孔中前后滑動(dòng)（如圖1總布置圖所示），由此來(lái)打開(kāi)或者堵住氣孔，從而使壓縮空氣流向對應的氣室，并從另一個(gè)氣室排走。這些原始的滑閥具有單一的直徑，它的兩側承受相同大小的氣壓。這個(gè)壓力能夠在滑閥的一端瞬間消失，從而使滑閥換向——將壓縮空氣送往另一個(gè)氣室。

　　雖然這種單直徑滑閥在早期的氣動(dòng)隔膜泵設計中顯得新穎有效，但是它的形狀造成了一個(gè)潛在的問(wèn)題，如果瞬時(shí)信號沒(méi)有徹底使滑閥換向，那么就很有可能造成ADS系統失效。這會(huì )導致生產(chǎn)損失，工作低效，并會(huì )增加泵的停工期。

解決方案

　　數年來(lái)，業(yè)內人士對氣動(dòng)雙隔膜泵的空氣分配系統做出了許多改進(jìn)，以提高其性能、可靠性和效率。改進(jìn)措施之一便是引入新穎的“不平衡”氣體滑閥（仍如圖1所示）。這種新穎的設計不依賴(lài)瞬時(shí)信號來(lái)使滑閥換向。它依靠一個(gè)非平衡信號來(lái)控制泵的換向。新型滑閥有兩個(gè)不同的直徑尺寸，直徑較小的那一端持續承受氣壓，迫使氣閥超向一個(gè)方向。結果直徑較大的一端被增壓，而更大的那一端會(huì )產(chǎn)生更大的力（相對于較小端而言）并推動(dòng)滑閥朝另一個(gè)方向滑動(dòng)�；�閥兩側的力始終不平衡，不斷推動(dòng)滑閥朝這個(gè)或者那個(gè)方向滑動(dòng)。

　　另一項提高效率，節省能源的創(chuàng )新舉措是引入“先進(jìn)開(kāi)孔”（advanced porting）技術(shù)，它為空氣分配系統ADS引入更大的氣孔，使廢氣在離開(kāi)增壓室時(shí)盡量少受約束。同時(shí)還對入口氣孔的尺寸加以?xún)?yōu)化，以使流速達到最大，并增加效率。

更大的可調性

　　最新一代的氣動(dòng)雙隔膜泵獨創(chuàng )性地引入了一套效率管理系統（EMS——見(jiàn)圖2、3、4、5、6的各種泵的示例），從而增大了空氣分配系統ADS的可調性。EMS使終端用戶(hù)能夠調節進(jìn)氣孔的尺寸。減小進(jìn)氣孔尺寸能夠限制空氣進(jìn)入氣室的流速。這有利于控制氣室的充氣量以及充氣的迅速程度，還能夠防止氣室“過(guò)度充氣”。

有關(guān)EMS效率的例子

　　我們來(lái)進(jìn)行一次比較試驗，比較的雙方分別是空氣分配系統（ADS）中沒(méi)有引入效率管理系統（EMS）的兩英寸氣動(dòng)雙隔膜（AODD）泵，和一個(gè)集成了EMS的氣動(dòng)雙隔膜泵。該試驗使用水作為泵送介質(zhì)。

　　未采用EMS系統的氣動(dòng)雙隔膜泵工作時(shí)的進(jìn)氣壓力為6.89 bar（100 psig），排氣壓力為1.38 bar（20 psig）。在這些條件下，未采用EMS的氣動(dòng)雙隔膜泵應用3.68 m3/min（130 scfm）的耗氣量來(lái)達到439 l/min (116 gpm) 的流速。

　　當使用具有ADS的氣動(dòng)雙隔膜泵來(lái)進(jìn)行同樣的試驗時(shí)，發(fā)現在減小空氣用量，使泵并未在最高能力狀態(tài)下工作時(shí)，即可達到同樣439 l/min (116 gpm) 的流速。在該試驗中，具有EMS的氣動(dòng)雙隔膜泵在期望的流速439 l/min（116 gpm）下工作時(shí)，其耗氣量減少了42%——即1.53 m3/min（54 scfm）。

　　這種特性令終端用戶(hù)能夠調節進(jìn)氣通道的尺寸，直到符合流速要求，當用戶(hù)通過(guò)這種調節，在期望的入口氣壓下操作泵的時(shí)候能夠優(yōu)化泵的性能。這樣做確保了泵工作在最高效的狀態(tài)，同時(shí)依然符合用戶(hù)的流量要求，使用最少量的氣體來(lái)泵送必需泵送的物質(zhì)（參考文字框內列舉的節能例子）。

　　利用EMS來(lái)減小進(jìn)氣孔的尺寸并限制氣體進(jìn)入氣室內的流速，還帶來(lái)了一些其他的好處，包括延長(cháng)隔膜的使用壽命期（減少維護成本），以及增大干式真空度。

　　除了完善ADS空氣分配系統，還有流動(dòng)路徑方面的改進(jìn)，這項改進(jìn)減小了摩擦損失。減小摩擦損失有利于增大流體的流速而不會(huì )增大耗氣量。這些改良后的流動(dòng)路徑經(jīng)過(guò)設計，可以集成到現有的應用中，使用普通的安裝架和流體連接件即可。

結論

　　如今，由于預算緊縮以及賬本底線(xiàn)（bottom line）的壓力，尋找最有效率的制造過(guò)程成為了最重要的事情。要實(shí)現這一目標，明智的設備經(jīng)理應該使用具有先進(jìn)的ADS系統的新型泵來(lái)取代過(guò)去的氣動(dòng)雙隔膜技術(shù)，并且最好能優(yōu)先考慮使用了最新EMS技術(shù)的新型泵。

　　制造商們不惜花費時(shí)間來(lái)評估他們的工作，隔離低效率區域，然后通過(guò)引入一些有望提高效率并降低能耗的泵送技術(shù)，來(lái)提高他們的投資收益率，這樣的例子屢見(jiàn)不鮮。將應用了EMS的氣動(dòng)雙隔膜泵送技術(shù)與沒(méi)有使用EMS的技術(shù)做一個(gè)簡(jiǎn)單比較，即可發(fā)現，EMS能夠減少工作和能耗成本，使得同一家工廠(chǎng)能夠安裝更多的泵，而無(wú)需增大壓縮機容量，給制造過(guò)程帶來(lái)長(cháng)期的好處。

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