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2026-06-23
Proportion-air压力调节器在气动双隔膜泵上的应用
气动双隔膜泵（AODD泵）应用广泛且用途多样。此外，鉴于控制技术的最新进展以及可实现的节能效果，它们通常也是降低压缩空气需求的绝佳选择。
一款各方面表现都很出色的泵
工厂里已经安装了气动隔膜泵（AODD泵）并不罕见，因为这些泵很可能是设备供应商作为整套设备的一部分运送到工厂的，或者是之前有人选定的。无论这些泵是如何运到工厂的，它们在各个行业被广泛应用的原因有很多。
首先，只要尺寸“足够大”，它们就能很好地工作。与其他一些类型的泵相比，它们还具有许多理想的运行特性。具体来说，它们：
- 可设计用于处理腐蚀性强的化学或物理产品。
- 对空转的敏感性相对较低，不会发生灾难性故障。
- 通常可以很快修复。
- 只要压力可用且冲程/分钟吞吐量可接受，即可自动调节以应对显著的头部压力增加。
总而言之，这是一种“容错性很高的设计”。然而，压缩空气的使用管理需要对气动隔膜泵进行监测和控制。
典型的压缩空气泵和电动泵数据
（表1）
此表显示的是一款通用的 2 英寸气动隔膜泵，其流量为90 至120 scfm，平均入口压力为95 psig。然而，除了流量计之外，唯一能准确识别压缩空气使用量的方法是计算循环次数。
如果气动隔膜泵不受控制，将会发生多种情况。大多数性能曲线都是基于比重为 1 (H2O) 的流体绘制的。
- 随着流体粘度增加和扬程压力升高，在相同的入口压力下，每分钟冲程数（即压缩空气消耗量）会下降。如果粘度降低，压缩空气消耗量则会增加。
- 随着每分钟冲程数从48 次/分钟增加到325 次/分钟，压缩空气用量从25 立方英尺/分钟（5 马力）增加到150 立方英尺/分钟（35 马力），流量从20 加仑/分钟增加到140 加仑/分钟。
- 非常重要的是，要以最低可接受的流量/分钟和最低有效入口压力来应用泵，监测这些参数将有助于优化空气需求。
（图 1）
AODD泵控制至关重要
虽然所有压缩空气操作的设备都应该受到控制，但对于气动隔膜泵来说，这一点尤其重要。
气动隔膜泵（AODD泵）是一种往复式容积泵。泵送介质的容纳区域由进出液歧管和两个液室组成。气阀交替地将压缩空气导入两个液室的隔膜后方。在此循环过程中，待泵送的流体从进出液歧管吸入一个液室，同时，相应的流体通过出液歧管从另一个液室排出。
气动隔膜泵具有诸多优势。它们无需电力，具有自吸功能，能够输送含有悬浮固体的流体，并且可以空转或无动力运行而不会损坏泵。此外，它们可以输送多种介质，从废水到更粘稠的物质，例如泥浆甚至水泥。然而，如何自动控制压缩空气的使用一直是一个难题。
利用进气压力控制
控制压缩空气使用量的一种方法是控制气动隔膜泵的入口压力。泵是否大部分时间都以尽可能低的压力运行？压力越高，压缩空气的消耗量就越大。设定固定压力通常效果有限，因为产品粘度或短期内对更高压力的需求等情况可能会发生变化，这可能需要不断调整。
循环（冲程/分钟）控制可能是目前最有效的优化器。它能将循环速度控制在最低且合适的水平，以确保产品输送线满负荷运转，同时最大限度地减少压缩空气的使用量。
多年来，人们尝试过使用背压调节器、手动控制等方法来测试这种方法。然而，该方法的一个主要缺点始终是泵效率。随着循环次数的减少，泵效率往往会降低，而且当工况发生变化时，效率低下的情况可能会更加严重。
为了解决这个问题，一些制造商对泵内部的空气分配系统进行了改进。这样，操作人员可以通过调整入口通道尺寸，直至流量达到可接受的水平，从而在现有压力下优化性能。实践证明，在可行的情况下，这种解决方案是有效的。
考虑使用电动泵以实现节能
选择气动隔膜泵 (AODD) 的原因有很多，其中之一是其整体结构简单。另一个原因是无需为任何泵提供电力。此外，它们还能承受恶劣的、肮脏的环境。然而，为了在现在或将来节省压缩空气成本，也不要忽视电动泵，包括隔膜泵。
如前图所示，一台2英寸气动隔膜泵在95psig压力下平均消耗90-120 cfm的压缩空气，或23-30 hp的压缩空气功率。在相同条件下，一台电动泵的功率消耗在3-5 hp之间。如果净功率节省平均为21 hp，那么在上述条件下，使用电动泵代替压缩空气泵每年可节省7,920美元（x 0.746/0.10 = 16.5kW x 0.06美元/千瓦时 x 8000小时/年）。
但需要注意的是：随着扬程压力的增加，电动泵所需的输入能量也会增加。压缩空气泵的冲程/分钟数会随着压力的升高而下降，只要工厂内的压缩空气压力“足够高”，冲程/分钟数就会持续降低。
为了解决这个问题，需要进行充分的数据输入并开展产品评估。在扬程条件和可接受的冲程/分钟范围内，压缩空气驱动泵实际上可能更具成本效益。
（图 2）
间歇泵送与连续泵送
泵持续运转是因为它能做到吗？是的，这就是气动隔膜泵的优势所在。即使空转，它也能继续运行，并在收到物料时继续泵送。然而，随着负载下降，每分钟冲程数会增加，因此“最高耗气量”出现在空载时。这一点常常被忽略。
下图3比较了典型间歇式泵送系统和连续式泵送系统的年度电能运行成本。预计的节能幅度非常保守。
年度批次作业成本主要受以下因素影响：
- 批次泵始终满负荷运行（在没有控制的情况下，压缩空气需求量最低）。
- 如图所示，根据实际工厂压缩空气系统评估，间歇泵仅在 10% 的时间内运行。当不需要泵运行时，液位开关会跳闸并切断泵的压缩空气供应。
（图3）
使用一台2英寸气动隔膜泵，连续运行，平均需求量为80 scfm，间歇运行流量也为80 scfm，不进行间歇控制时，年成本约为8000美元；进行间歇控制后，年成本约为800美元。这是根据每年8000小时的运行时间计算得出的，年电费为0.06美元/千瓦时。
如果能够实施，控制批次泵的运行总能带来节能效益。在假设没有预算改造系统之前，务必了解可回收能源成本的真实情况。
利用压力调节器控制效率
最重要的是要认识到，在任何气动泵的运行中，对入口压力和循环的监测与控制对于压缩空气的使用管理至关重要。总而言之，在我们压缩空气系统审核中发现的气动隔膜泵中，有80% 到85% 都处于未受控状态。
近年来，市面上出现了多种基于压力调节器的气动隔膜喷枪（AODD）循环/行程控制系统，这些系统已被证明非常有效。大多数系统采用特殊的大流量、高速（开启/关闭时间均为35毫秒）气动先导式喷枪阀。
该分配阀由压力调节器控制，压力调节器分析冲程频率和流量特性，以确定合适的最低循环速率，从而优化吞吐量。一旦确定，它会在冲程期间关闭气源，利用产品流动和泵的惯性完成冲程，无需额外气流，然后再次打开。
其结果是产品流畅输送，无气泡或空隙。泵的行程会在适当的位置停止，泵不会像不受控制的泵那样与泵壳发生碰撞。这延长了泵的使用寿命，降低了维护成本。
如果产品粘度发生变化，压力调节器会运行几个循环，然后自行调整。它还可以配备自动断气功能，当没有产品存在时会自动切断空气。
如下表所示，几个关键点显而易见：
- 在相同的输入压力下，启用控制后，压缩空气用量、行程和循环频率下降35% – 40%。
- 每次冲程的产品吞吐量显著提高了每标准立方英尺分钟的平均产品流量（从大约 50% 到100%）。
采用压力调节器循环/行程控制的表格化测试数据
这些压力调节器控制系统利用现代电子技术，成功解决了以往压缩空气入口控制和泵效率低下的问题。它们适用于大多数应用，从1½英寸级气动隔膜泵（AODD泵）到更大功率的泵，以及其他可能适用的工况。
有些泵组件只能作为泵组件的一部分提供，而另一些泵组件（如图 4 所示）如果适用，可以通过适当的电源安装在AODD 泵的入口管路上。
（图4）
多年来，我们在审核气动隔膜泵（AODD）工业应用的过程中，发现80%至85%的运行中存在有效降低压缩空气消耗的机会。其中许多机会都源于常识——例如，泵送速度不要超过生产所需；不要使入口压力过高；不要让泵空转等等。
然而，压力调节器的出现，使得在保持高效泵的同时实现快速响应的控制成为可能，这为降低压缩空气消耗和运行能耗成本开辟了更多机遇。虽然它们可能并非适用于所有尺寸、类型和应用，但或许应该经常考虑和评估这些方案。
如需要为您的气动隔膜泵配置压力调节器，请联系Proportion-air授权的中国代理天津联科思创科技发展有限公司。
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