Дозиращи помпи
Начало > В и К > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 7, 2009
Принципи на дозиране, видове дозиращи помпи, съвременни възможности за управление
Дозиращите помпи принадлежат към фамилията на обемните помпи. Най-често те са от диафрагмен тип, което означава, че специфика на работата им е отсъствието на утечки. Причината е, че диафрагмата служи за уплътнение между пренасяната течност и околната среда. Диафрагмените помпи имат два клапана - по един на смукателната и на нагнетателната страна. Принципът на работа на диафрагмените помпи се състои в засмукване на определен (известен) обем течност през смукателния клапан, който при обратния ход на мембраната се нагнетява през изпускателния клапан към нагнетателния тръбопровод.
Конструкции диафрагмени помпи
При малките дозиращи диафрагмени помпи диафрагмата се задвижва от бутало (фиг. 1). От своя страна, буталото се привежда в движение от електромагнит.
Характерно за по-големите дозиращи диафрагмени помпи (фиг. 2) е, че диафрагмата се задвижва от бутало, което се привежда в движение от ексцентриков механизъм. Той се задвижва от стандартен асинхронен двигател.
Дебитът на диафрагмените помпи се настройва чрез промяна на дължината на хода и/или броя на ходовете на буталото.
Съществува и друг тип дозиращи диафрагмени помпи. При тях диафрагмата се задвижва от бутало, което се привежда в движение от стъпков или синхронен двигател, с помощта на коляно-мотовилков механизъм (фиг. 3). Чрез използването на стъпков двигател се подобрява значително динамиката на помпата. Също така се увеличава точността й. При описаната конструкция не е нужно да се регулира големината на хода на буталото, тъй като то е захванато директно за диафрагмата. Резултатът е постигане на много добри условия на работа в процеса на засмукване и нагнетяване. В сравнение с традиционните електромагнитни диафрагмени помпи - които създават големи пулсации и в дебита, и в налягането, диафрагмените помпи със стъпков електрически двигател се характеризират с много по-стабилно дозиране.
Технически характеристики на диафрагмени помпи
Основните характеристики на дозиращите помпи не са по-различни от отнасящите се за всяка помпа.
Напорът на обемните дозиращи помпи се отличава със следната специфика - произвежданият от помпата напор не се създава еднократно, а постепенно и е с точно определена големина. Тя е достатъчно за преодоляване на контранапора.
Дебитът се определя по два основни начина - опитно или емпирично.
Методи за управление на дозирането
Съществуват няколко начина за управление на дозирането:
l Пропорционално дозиране;
l Дозиране с обратна връзка;
l Дозиране с партиди.
Направени проучвания показват, че в повечето случаи се използва пропорционално дозиране.
Пропорционално
дозиране
За да се осъществи т.нар. пропорционално дозиране, е необходимо дозиращата помпа да е свързана с разходомер (фиг. 4). На илюстрацията е показана типична схема на инсталация с пропорционално дозиране. Тя се състои от:
l Разходомер, характеризиращ се с коефициент К, който дава информация за обема вода, след който се подава един импулс към дозиращата помпа;
l Воден поток, в който след дозиране се задава определена концентрация на дадено вещество С;
l Резервоар с концентрация на определено вещество С;
l Дозираща помпа - дозираща изчислен обем на химикал (вещество) след всеки импулс от разходомера.
Изчисляването на стойността на всяка доза е елементарно от техническа гледна точка. Добре е да се има предвид, че при соленоидните помпи е много трудно да се настрои ходът на буталото съгласно дозата. Причината е, че след всяка промяна на хода е необходимо помпата да се калибрира отново.
Дозиране с обратна връзка
Пропорционалното дозиране не е универсален метод. Типичен пример са системите за корекция на рН и дезинфекциращите системи, при които не се използва пропорционално дозиране. Характерно за тях е, че ефектът от дозирането се измерва със съответен датчик - сензор за рН след дозиране на киселина (фиг. 5). В зависимост от измерената стойност се подава съответен сигнал към помпата. Подобен метод е познат като затворено-контурно дозиране с обратна връзка.
В тези случаи дебитът на водата е приблизително постоянен. Съответно, дебитът на дозиращата помпа е пропорционален на разликата между очакваната (зададената) и реалната (измерената) концентрация на химикала.
В приложения, в които дебитът на водата не е постоянен, се използват и двата метода за управление - пропорционално и затворено-контурно (фиг. 6).
Партидно дозиране
Партидното дозиране се основава на подаването на импулс, след който се пропуска определена доза за даден период от време.
Видове дозиращи помпи
Съществуват няколко основни вида дозиращи помпи, сред които:
l Соленоидни дозиращи помпи - основен елемент в конструкцията им е електрическа бобина;
l Помпи с обикновен асинхронен двигател - двигателят работи с постоянни обороти, като развърта и спира при всеки отделен ход на помпата, съответно при всяко засмукване и нагнетяване;
l Помпи със синхронен двигател - двигателят е електронно регулиран с постоянни обороти, като развърта и спира при всеки отделен ход на помпата;
l Цифрови дозиращи помпи - в конструкцията им се използват два вида двигатели: стъпков с електронно регулиране и безколекторен постояннотоков двигател с електронно регулиране;
l Обемни лобни помпи - по принцип се използват за пренос на много вискозни течности, както и на течности, съдържащи твърди или абразивни частици.
Соленоидни дозиращи помпи
Отличават се с най-дълга история, но в момента приложението им е много ограничено. Причина за все по-ограничения пазарен дял на соленоидните дозиращи помпи (фиг. 7) е неефективното управление, изразяващо се в наличието на пулсации в напора и дебита на дозираното вещество.
Помпи с асинхронен двигател
Характерно за тях е, че съществуват два варианта за регулиране.
Първият е илюстриран на фиг. 8. Чрез промяна на хода на буталото се изменя само количеството на вкарваната доза. Процесът е независим от времето.
При втория вариант - фиг. 9 се променя времето за подаване на дозата, както и нейното количество. Използва се по-често, тъй като предлага по-големи възможности за регулиране, както и по-голяма точност. В същото време се характеризира с неравномерност на вкарваните дози, т.е. с големи пулсации. Това е причината помпите с асинхронен двигател да не се използват за вискозни течности, течности, съдържащи газ, както и системи с дълги смукателни тръбопроводи.
Помпи със синхронен двигател
Характерно за тях е, че помпата поддържа максимален капацитет, синхронният двигател работи постоянно, а продължителността на ходовете на засмукване и нагнетяване е една и съща - фиг. 10. При промяна на дебита, времето и дължината на ходовете на засмукване и нагнетяване все още е еднаква, но преди всеки ход двигателят преустановява работа за определен период. Продължителността на този период от време се определя от големината на дебита.
Очевидно е, че има голяма неравномерност на разпределението на химикала във времето.
Цифрови дозиращи помпи
При работа с максимален дебит стъпковият (или безколекторният) двигател функционира непрекъснато и продължителността на смукателния и нагнетателния ход са еднакви. При намаляване на дебита на двигателя той все още работи непрекъснато, смукателният ход запазва продължителността си. За разлика от него, продължителността на нагнетателния ход се увеличава. Това означава, че цифровите помпи контролират дебита посредством промяна на оборотите по време на нагнетателния ход - фиг. 11.
Съществуват всички основания да се твърди, че цифровите дозиращи помпи предлагат най-добрите характеристики и възможности за управление. Тъй като обикновено работят със скъпоструващи химикали, по-високата точност гарантира ефективното им използване чрез генериране на значителни икономически ползи от пестенето на химикали и енергия. В същото време оптималните характеристики на цифровите дозиращи помпи осигуряват безпроблемна работа с вискозни течности, например.
Важни елементи от конструкцията им, имащи определяща роля за постигането на добрите им експлоатационни характеристики, са:
l Зъбният ремък между двигателя и коляно-мотовилковия механизъм води до сигурност и точност в предаването на движението;
l Двойният смукателен обратен клапан, който осигурява сигурно и плътно изолиране на смукателната страна на помпата;
l Сензорът за дебит, който показва работния статут на помпата, а и сигнализира за наличието на утечки.
Някои конструкции залагат на инсталирането на двойна мембрана и сензор за утечки. По този начин специалистите по поддръжката получават информация при скъсване на основната мембрана, както и за продължаване работата на помпата с втората мембрана. Решението се използва при отговорни непрекъснати процеси, в които спирането на работата на дозиращата помпа не е желателно и дори възможно.
Използвани материали и аксесоари
Важен критерий за избор на дозираща помпа са използваните материали. Логично, най-важното условие е те да не реагират с пренасяните химикали. За преносната част на помпата се използват: полиетилен (намира приложение все по-рядко), полипропилен, тефлон или неръждаема стомана. За уплътнителните части на помпите се използват: EPDM, витон, тефлон и хипалон.
Друга важна особеност при избора на дозираща помпа е коректният подбор на аксесоари за системата. Става въпрос за много голямо разнообразие от елементи, включително: смукателни клапани с датчици за ниво в смукателния резервоар, смукателни резервоари, обезвъздушители, сензори за утечки, подпорни нагнетаелни клапани, инжектори за впръскване и др.
Съвременни комуникационни възможности
Пускането на една дозираща помпа обхваща три стъпки:
Първа стъпка: изчислява се дебита на помпата, след което се пристъпва към пълненето й. Осъществява се при работа на помпата със 100% дебит. По този начин тя се обезвъздушава, а също така смукателните й линии се запълват.
Втора стъпка: калибриране на помпата. При цифровите помпи се задават 100 хода на буталото. Измерва се изпомпваната течност и се подава като информация на контролера. Той автоматично изчислява обема на дозираната течност.
Трета стъпка: настройва се режимът на работа и дебитът на помпата. Съвременните цифрови дозиращи помпи са микропроцесорни, което обяснява големите им възможности за комуникация и настройка.
Съвременните цифрови дозиращи помпи могат да бъдат снабдени с допълнителен модул за комуникация, който позволява следенето и управлението на всички параметри на помпата.
В заключение би могло да се добави, дозиращите помпи са широко разпространени в съвременната индустрия, както в основни, така и в спомагателни технологични процеси, водоснабдяването и пречистването на отпадни води, филтрирането на течности и обратна осмоза, обработката на продукти в хранително-вкусовата, козметичната и фармацевтичната индустрии, отоплителните и охладителните системи, системите за пречистване на вода в басейни и почистващи процеси в пивоварната, млечната и месната индустрии и др.
Вижте още от В и К
Новият брой 5/2024
