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VSI200系列变频器在摆动转子泵上的应用V1.0
日期: 2015-02-28
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1摆动转子泵的工作原理
BZYB系列摆动转子泵以国家发明专利“摆动转子式机器”为核心,用于气、液、固多相混输。
    BZYB系列摆动转子泵结构上采用曲柄活块机构(如图1所示),经演化变为图2所示。图2中的转子相当于图1中的连杆、曲轴相当于图1的曲柄,而活块对应于图1的活块,然后在以曲轴的旋转下转子产生的外轨迹圆为缸体,构成了完整的泵的结构原理图。
   
由图2可以看出,缸体与转子形成的间隙密封点d(d')和活块将缸体分成了工作容腔A和工作容腔B(d和d'的距离在0.02~0.04mm之间)。当曲轴作逆时针转动时,套在曲轴上的转子也跟着旋转,但由于转子同时受到活块的牵制,致使转子在缸体内作滚动加微量滑移的方式进行容积变换(如图2所示,转子上点a'对应于缸体上小微段a,当曲轴转了一个角度后转子上的b'对应于缸体上小微段b,同样的c'对应于c、d'对应于d……)。随着曲轴旋转角度的加大,A腔体积也逐渐增大则形成真空,吸入介质;B腔体积则逐渐减少,强迫介质从排口排出。随着曲轴的不断旋转,A腔和B腔的体积就不断地发生周期性的变化,达到泵送的目的。
由以上分析可知:
  ①BZYB系列摆动转子泵的零件均为规则零件,加工简单、精度容易保证。不象螺杆泵需要专门设备进行加工,造价昂贵,要提高其精度相当困难。
   ②转子与缸体的径向密封间隙可以由转子、缸体和偏心轴的尺寸来保证,精确地做到两者的间隙(即图2中d和d'间的距离)在0.02~0.04mm之间。转子与缸体之间不相互接触,保证了该泵可以长期保持该密封间隙而不会因磨损而变化,且自吸性能极佳。而这一间隙对于同样采用小间隙密封的螺杆泵来讲是不可能的,螺杆泵各处平均间隙约0.1mm左右。
   ③该泵工作容腔空间大,有少量杂质颗粒也不妨碍工作,泵不易磨损,寿命长。绝大部分杂质颗粒在月牙形空腔中随介质带走,万一有硬质颗粒物正好挤入密封线中,造成对转子或缸体产生刮伤,由于转子与缸体形成的密封线是线对线的关系,某一处的损伤仅会对该角度的密封性能造成影响,而不会影响下一角度的密封,除非转子或缸体整个内外径磨损。故不会对泵整体性能产生大的影响。
   BZYB系列摆动转子泵单腔工作时会出现流量脉动现象。于是我们对泵作了进一步的改进(如图3所示)。
   
由图3可以看出,该图是由图2经割破转子,加装固定隔板,移活块到转子后面的方法而形成类似于图2两个泵同时工作而工作相位又相互错开180°的形式。
   ④流量较均衡。当曲轴作逆时针转动时,套在曲轴上的转子也跟着旋转(由转子与缸体组成密封线a,转子与中心圆柱组成密封线b以及固定隔板形成工作容腔A和B),工作容腔A逐渐变大,形成真空吸入介质;工作容腔B逐渐变小,排出介质。由于两工作腔同时作业,体积变化率趋于一致,从而保证了输出流量的均衡。
   ⑤泵内不存在影响泵性能的磨损件。泵内唯一的接触性磨擦发生在活块与缸体之间,但因为两者为大平面接触滑动,滑动速度低,一般小于0.5m/s,PV值很小,所以磨擦损失及磨损非常小,另外活块处的磨损不会影响泵的正常运转和容积效率,故该处摩擦可忽略。而滑片泵由于其结构原因,其滑片与转子、缸体(低压侧)之间会产生严重的机械摩擦,使叶片磨短、转子上滑片槽磨损变形、缸体磨损变形,最终使泵性能下降甚至丧失泵送功能。
   但这种结构的泵所输送介质对转子有轴向力。为改善泵的力学性能,我们将泵做成左右对称结构(如图4所示)。
 

⑥由于使用了左右对称双缸四腔结构,使作用在转子上的轴向力相互抵消,在保证定子与转子间隙(如图4中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、a和b处)在0.02~0.04mm的情况下,能避免转子与定子磨擦,并长期保证该密封间隙。
1.2摆动转子泵的性能特点
BZYB摆动转子泵的设计融合了泵和压缩机的工作原理,兼具液体输送泵和真空泵的作用。具有以下显著特点:
   (1)加工制造简单,配合精度高;
   (2)有极强的自吸能力,极限真空度可达99%,可代替真空泵用于引虹吸和扫舱;
   (3)优异的气液混输能力,可以0~100%的气液比混输送介质。并适用于粘度小的介质和粘度大介质的单独输送或多相混合输送;
   (4)泵工作容腔空间大,有较强的抗杂质性能(泵进口配10~40目/英寸的过滤器);
   (5)无密封件外的易损件,整机唯一的接触磨擦产生于导芯与缸体的接触部位,但因为其线速度极低(一般<0.5m/s)且磨损不影响泵工作性能,故无需考虑更换;
   (6)高速与低速时吸入性能变化小,可达到的极限真空度基本无变化,可制造必须气蚀余量在0.5~1.5m的泵;
   (7)高的泵效率,全液相效率大于72%;
   (8)可在室外工作,不建泵房;
   (9)采用标准机械密封,性能可靠、寿命长、更换方便。

 

2、摆动转子泵安装要求及使用注意事项
2.1 安装要求
1)泵基础采用地脚螺栓固定,混凝土浇注。要求不得有裂纹、空洞等缺陷,必须能承受泵和管路系统的最大动负荷和静负荷,不能有任何损坏和影响泵运转的沉降。
2)泵进出口管路通径应比泵的进排口通径大一到二级。严禁泵的吸入管道通径小于泵的进口法兰通径,泵的进出口应设置进口真空表及出口压力表,并采取防振措施。进口真空表应在过滤器后与泵进口之间,出口压力表应在止回阀与泵出口之间。进口应设置篮式过滤器并保证有足够的流通面积,过滤器目数由介质颗粒大小决定,但一般为20~40目/in。
3)进出口应分别设置切断阀,在开泵前全部打开,并在停泵后关闭,泵的进出口管道均应可靠固定。在泵出口有背压的情况下,出口管路中一般设置一个相应管径的止回阀。
4)在需要进行扫舱或引虹吸作业的工况时,设置管路时泵出口应有一段约400mm高的立管(如图1所示)。
5)进出口管路的联接应保证不得有额外负荷加载在泵的机体之上,以保证泵性能。
6)配制泵的进出口管道时,应在泵的进出口法兰加设盲板,防止异物进入泵腔。在管道焊接完成安装之前,应采用敲击、振动等办法清除管道内的异物和焊渣,并用高压水冲洗干净,特别是泵进口过滤器后至泵出口阀门之间的管道应彻底清洗,严禁异物进入泵体,引起泵卡死。
7)管道配制完成后,如需进行管道压力试验,应在泵进排口上设置盲板,隔离泵体,防止泵密封损坏。

2.2 使用注意事项
1)安装完成后,应再次检查进出口管路已经清洗,如尚未清洗的立即拆管路清洗。泵对杂质颗粒异常敏感,易造成卡死事故。
2)手盘泵,以无卡滞点为好。
3)启泵前,应检查电动机接线是否符合防爆要求,如配有减速器则应检查减速器齿轮箱内油面是否符合要求。管道上法兰联接螺栓是否紧固,止回阀流向是否正确。
4)打开泵的进、出口管路上阀门,点动泵,检查泵的转向,确认正确后,开泵试运转。
5)启泵后,检查泵的进出口压力表读数是否正常,泵的振动和噪音有无异常,如发现异常情况,应立即停机分析原因。
6)停泵,关闭泵的进、出口管路阀门,关闭管路阀门,结束操作。
※特别注意事项:
因BZYB泵属于容积泵,故在开泵之前必须开启进、出口管路上所有阀门,以防止泵超压运行,另外,不可以采用调整阀门开度办法改变泵的排量,因容积式泵其排量与出口压力无关,在所有压力条件下均为额定排量。
#1、摆动转子泵在卸油扫仓工况下配备变频系统的原因
泵配备变频器的原因为用摆动转子泵扫槽车剩余底油时,由于扫舱软管口径较小,在全液流动时,易产生泵进口真空过高,泵振动、噪声增大的问题。因为采用摆动转子泵扫舱与采用真空泵不同,转子泵是进行气液混输,因此必须考虑泵的汽蚀性能,在槽车底油多时,扫舱软管吸入饱满,泵进口真空高,当真空超过泵汽蚀点后,泵的振动、噪声将增大。因此摆动转子泵扫舱时需配置变频器及压力变送器,采用PID调节。
 变频器采用PID调节,即通过压力变送器来调节,可以完成自动控制的功能。我们可以在变频器上将泵进口所需要控制的最高真空度设定好。将压力变送器安装在泵进入管道上,压力变送器将采集到的进口压力信号,转化为4~20mA的电信号,输送到变频器,变频器根据电流的大小与设定值进行比较分析,来改变频率。在泵进口真空度较低时,提高转速,增大泵的排量;泵进口真空度较高时,降低转速,减少泵的排量,从而达到控制泵进口真空的目的。避免在泵进口真空较高时,泵发生汽蚀,产生振动、噪声。泵进口真空较低时,扫舱吸入速度慢,需要人工调节提高泵转速,这样较繁琐操作。
变频器采用PID调节,可以减轻操作的繁琐性,提高泵的扫舱效果,是一种较好的扫舱作业控制方式。
#2变频器与压力变送器的工作原理
摆动转子泵在油库的扫舱工作过程中,由于每个现场工艺装置不同,且槽车底油剩余量也不相同,这样就会造成泵入口的吸入条件也不同,有时真空度不够,有时真空度过高。采用变频器可以根据现场进行PID调节,可以满足使用要求。
变频器采用PID调节,即通过压力变送器来调节,可以完成自动控制的功能。我们可以在变频器上将泵进口所需要控制的最高真空度设定好。将压力变送器安装在泵进入管道上,压力变送器将采集到的进口压力信号,转化为4~20mA的电信号,输送到变频器,变频器根据电流的大小与设定值进行比较分析,来改变频率。在泵进口真空度较低时,提高转速,增大泵的排量;泵进口真空较高时,降低转速,减少排量,从而达到控制泵进口真空的目的。避免在泵进口真空较高时,泵发生汽蚀,产生振动、噪声。泵进口真空较低时,扫舱吸入速度慢,需要人工调节提高泵转速,这样较繁琐操作。
变频器采用PID调节,可以减轻操作的繁琐性,提高泵的扫舱效果,是一种较好的扫舱作业控制方式。
变频器的选用。一般选用的变频器功率应与所配备的电机功率相当,即与电机同一级别,或大于电机一个级别。根据实际使用情况,我们一般建议在11KW以内的电机,选用相同功率级别的变频器;大于11KW的电机,变频器的功率应大于电机一个级别。例:18.5KW的电机,配22KW的变频器。
压力变送器的选用。由于压力变送器安装在摆动转子泵的进口,用于控制泵进口的真空度,因此压力变送器的压力范围选定为-100Kpa~0,精度为0.5级,防爆等级dⅡCR
接线图。

1 带压力变送器自动调速
功能号     参数值
P0.00          1            控制模式         V/F控制
P0.01          1            运行控制方式     端子控制
P0.03          7            频率设定方式     PID控制
P0.06          10           运行频率下限      10S
P0.08          10           加速时间          10S
P0.09          10          减速时间          10S
P1.12          0           运行低于下限动作  以下限运行
P2组设电机参数             
P2.00-P2.05
P4.00           1          V/F设定          2.0降转矩
P5.00           1          X1功能选择        正转运行
P5.16           2          AI2下限           2V-10V
P9.00           0          PID给定源         键盘给定
P9.01           15         键盘给定           15%
P9.02           1          PID反馈选择        AI2反馈
P9.03           1          PID输出特性        负特性
P9.04           2.1        比例增益            2.1Kp
P9.05           4.5        积分时间            4.5S
P9.07           0.1        采样周期            0.1S
P9.11           30         休眠前等待时间      30S


2 变频器参数调整步骤
1)按MODE键,进入功能设定状态
2)按∧或∨键,到需要设定的功能号
3)按SHIFT键到所需修改的位号
4)按ENTER键确认
5)按MODE键,2下退出

3 手动调速
功能号     参数值
P0.01        0           运行控制方式      键盘控制

变频器安装使用要求
1 使用环境
◆环境温度-10℃~40℃(有特殊要求的可达50℃);
◆防止电磁干扰、远离干扰源;
◆防止水滴、蒸气、粉尘、灰尘、棉絮、金属细粉的侵入;
◆防止油、盐及腐蚀性气体侵入;
◆避免震动;
◆避免高温多湿且无雨水滴淋,湿度小于90%RH(不结露);
◆不能安装在要求防爆的场所。
2 安装方向与空间
变频器要安装了室内通风良好的场所,并采用壁挂式。
3 接线注意事项
◆在变频器U、V、W输出端不可以加装进相电容或阻容吸收装置。
◆拆换电机时,必须切断变频器输入电源。
◆在变频器停止输出时方可切换电机或进行工频电源的切换。
◆ 输入指令信号连线除屏除屏蔽外还应单独走线,最好远离主回路接线。
◆变频器与电机间最大距离应在50米以内。
◆变频器与电机间最大距离超过50米时,应加装电抗器。
◆当变频器加装外围设备(滤波器、电抗器等)时,应首先用1000伏兆欧表测量其对地绝缘电阻,保证不低于4MΩ。
◆若变频器需较频繁起动,勿将电源关断,必须使用控制端子的COM/FOR作起停操作,以免损伤到整流桥。
◆不可将交流输入接到变频器输出端子U、V、W。
◆为防止意外事故发生,接地端子E或〨必须可靠接地(接地阻抗应在100Ω以下),否则会有漏电的状况发生。
◆主回路配线时,配线线径规格的选择,请依照国家电工法规有关规定施行配线。

 

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