Все стандартные версии вышеупомянутых систем приводятся в действие трехфазными двигателями. Выход регулируется механически через длину хода. В случае электрической дистанционной регулировки вручную или контроллером трехфазные двигатели могут регулироваться с помощью преобразователей частоты, или насосы оснащаются двигателями постоянного тока, которые приводятся в действие через тиристорные контроллеры. Однако в результате постоянного совершенствования преобразователей частоты для трехфазных двигателей двигатели постоянного тока в настоящее время используются очень редко. Преимущество регулировки скорости заключается в том, что расход напрямую следует за управляющим сигналом. В качестве альтернативы или дополнения ход можно регулировать дистанционно с помощью серводвигателя. Убедитесь, что ход серводвигателя никогда не регулируется во время простоя приводного двигателя. Для этого необходимо предусмотреть электрический блокировочный контакт. В случае несоблюдения этого требования может быть повреждена шестерня серводвигателя.
Что касается аспектов, связанных с управлением, следует учитывать, что серводвигатель выполняет регулировку хода гораздо медленнее по сравнению с эффектом, достигаемым путем изменения скорости приводного двигателя. Еще одним преимуществом регулировки скорости по сравнению с регулировкой хода с помощью серводвигателя является то, что обеспечивается лучшая линейность между сигналом и расходом. Половина скорости соответствует половине расхода, независимо от того, используется ли мембранный дозирующий насос или поршневой дозирующий насос.
Как уже было описано в предыдущих главах, мембранные дозирующие насосы не имеют линейной зависимости между длиной хода и расходом. Поэтому половина длины хода не обязательно означает, что также дозируется половина количества. Это необходимо учитывать, если дозирующий насос работает без обратной связи в открытой системе управления, например, в случае пропорционального дозирования по сигналу расходомера.
Примечание: Если дозирующий насос используется в качестве корректирующего элемента в системах автоматического управления, то практически не имеет значения, есть ли линейная зависимость между сигналом и расходом, так как контроллер регулирует дозирующий насос до тех пор, пока фактическое значение не будет соответствовать заданному значению. Большинство шестеренчатых версий насосов с приводом от двигателя представляют собой толкатели с одноступенчатым червячным редуктором.
Кривошипно-шатунные передачи с шатуном используются только для мембранных насосов GMR и поршневых насосов KARDOS. В то время как ход GMR всегда постоянен, а скорость переменная, эксцентриситет KARDOS можно регулировать непрерывно. Таким образом, равномерно повторяется синусоида, но с переменной амплитудой. Диапазоны дозирования начинаются от 0 до 0,1 л/ч для соленоидных насосов и заканчиваются 4200 л/ч на головку для самого большого мембранного насоса, а также для поршневых насосов. За исключением соленоидных дозирующих насосов и MEMDOS E/DX, все дозирующие насосы доступны с одинарной или двойной головкой, KARDOS также может поставляться как многоголовочный насос.
Многоголовочные дозирующие насосы
Использование многоголовочных насосов может иметь разные причины: 1. Увеличение расхода 2. Распределение требуемого расхода на несколько дозирующих головок, так как допустимое давление для каждой отдельной головки выше, чем для одной большой головки. 3. Уменьшение пульсаций дозирования. Для этой цели требуемая производительность дозирования распределяется на несколько смещенных дозирующих головок (например, 2 головки на 180°) для получения более равномерного потока. 4. Смешивание различных компонентов является идеальным применением для многоголовочных насосов, так как однажды установленное соотношение смешивания остается постоянным даже в случае колебаний скорости из-за общего приводного двигателя. В случае отключения питания или отказа двигателя насос останавливается для одновременной дозировки всех сред. 5. Если необходимо дозировать различные компоненты абсолютно параллельно, шестерню многоголовочного насоса можно подготовить таким образом, чтобы такты дозирования происходили точно в одно и то же время, т. е. они накладывают синусоидальные такты дозирования без сдвига фаз.
Линии всасывания дозируемого продукта
Идеальное заполнение дозирующей головки на такте всасывания зависит от того, достаточно ли жидкости протекает через линию всасывания за короткое время движения хода. Инерция массы жидкости и трение трубы работают против потока. В этой связи следует обратить внимание на тот факт, что процесс всасывания не является «заливкой» в собственном смысле, а что вытесняющий элемент (мембрана или поршень) «освобождает место», так что, как можно надеяться, давление воздуха сможет за доступное короткое время вытолкнуть достаточно жидкости из расходного бака. Жидкость во всасывающей линии должна быть вытеснена давлением воздуха очень быстро, чтобы она всегда оставалась в контакте с диафрагмой или поршнем и не «отрывалась». Этот процесс отрыва также называется кавитацией и имеет два недостатка: а) Дозирующая головка недостаточно заполнена, что приводит к снижению расхода. б) Пузырьки пара, возникающие во время кавитации, впоследствии снова сталкиваются и приводят к механическому разрушению внутренних частей дозирующей головки.
Если насос установлен ниже уровня резервуара, статическое давление помогает заполнить напор. Отрицательные эффекты уменьшаются при более коротких всасывающих линиях и больших диаметрах линий. Длина всасывающей линии не должна превышать 2 м для водоподобных сред, а диаметр должен допускать скорости не более 0,8 м/с. Для осциллирующих дозирующих насосов без гашения пульсации поток неравномерный. Максимальная скорость насосов с одной головкой и эксцентриковым приводом примерно в три раза выше, чем можно было бы ожидать в соответствии с номинальной производительностью насоса (следовательно, при равномерном потоке). Поэтому при определении размеров всасывающей линии осциллирующих дозирующих насосов с приводом от двигателя необходимо учитывать трехкратный максимальный расход. По соображениям безопасности в случае соленоидных насосов необходимо учитывать пятикратный расход, поскольку ход не синусоидальный, а более импульсный.
Расчет диаметра всасывающей линии с учетом частоты хода
Чтобы постоянно обеспечивать идеальное заполнение дозирующей головки, несмотря на пульсирующую работу дозирующего насоса, давление, существующее на входе всасывающего клапана, должно быть достаточно высоким, чтобы дозирующий химикат мог поступать в дозирующую головку со скоростью, требуемой поршнем (мембраной) во время хода всасывания. Если дозирующий химикат не может следовать с той же скоростью, поток «обрывается» и возникает кавитация. Давление, существующее на всасывающем клапане, обычно называют доступным значением NPSHa (сокращение от «чистый положительный напор всасывания, доступный»). Связанные с системой ускорения и замедления напора жидкости в случае осциллирующих дозирующих насосов должны учитываться, в частности, при определении размеров всасывающей линии. Поскольку расстояние между дозирующим насосом и резервуаром часто фиксировано, диаметр должен выбираться с учетом длины всасывающей линии, чтобы избежать кавитации.
Узлы всасывающей линии дозируемого продукта
Для наиболее распространенных систем дозирования всасывающие линии готовы в соответствии с потребностями применения. Они оснащены обратным клапаном, защищенным фильтром. Существуют гибкие или жесткие всасывающие линии. Жесткие всасывающие линии должны всегда использоваться, если в расходном резервуаре установлена мешалка. Гибкая трубка будет обматываться вокруг вала мешалки. Гибкие всасывающие линии оснащены противовесом, чтобы гарантировать, что обратный клапан всегда находится в вертикальном положении и не плавает при еще пустой всасывающей линии.
Если насос расположен на уровне или ниже уровня дна резервуара и если допустимо соединение в нижней части резервуара, обратный клапан не требуется. Однако в этом случае следует предусмотреть запорный клапан и фильтр для предотвращения попадания загрязнений в клапаны насоса. Также необходимо обеспечить, чтобы давление жидкости в резервуаре не передавалось на насос и, таким образом, не влияло на точность дозирования или не вызывало чрезмерное дозирование и сифонирование резервуара.
Защита дозирующего насоса от работы всухую
Воздух или газ в насосной системе мешают процессу дозирования и в большинстве случаев требуют полного удаления воздуха из дозирующей головки и повторной заливки с линией подачи, сброшенной под давлением. В случае агрессивных или токсичных сред этой процедуры следует избегать всеми способами. Чтобы предотвратить попадание воздуха в систему после опорожнения резервуара подачи, обычно рекомендуется оборудовать резервуар контролем уровня в качестве защиты от работы всухую. Возможно, также установленная мешалка должна быть защищена от работы всухую.
Подходящим контрольным оборудованием могут быть поплавковые выключатели с электрическим контактом, а также стержневые электроды (использующие проводимость среды), коммутационные реле которых останавливают насос до полного опорожнения резервуара. Для наиболее частых применений снова были определены стандартные версии, которые объединяют контроль уровня с линией всасывания. Другие методы контроля уровня, такие как, например, эхо, электрическая емкость, радиоактивность или преломление света, здесь не описаны. Всасывающие линии с обратным клапаном и поплавковым выключателем для индикации низкого уровня доступны как полезные устройства, например, для стандартных невозвратных химических контейнеров.
Всасывающие линии для невозвратных контейнеров Многие химикаты и продукты продаются в удобных для обращения контейнерах объемом от 30 до 60 литров. Кроме того, крышки в большинстве случаев стандартизированы (например, размер K 60). Для прямой подачи химикатов из этих невозвратных контейнеров была разработана специальная всасывающая линия.
Она имеет следующие преимущества: 1. Подходит для насосов производительностью примерно до 25 л/ч. 2. Сдвижная крышка и, таким образом, регулируемая для различных размеров контейнеров. 3. Все функциональные части защищены от ударов и препятствий. 4. Всасывающая линия оснащена обратным клапаном. 5. Конструкция входного сопла не допускает попадания воздуха во время замены контейнера. Это может помешать работе небольших дозировочных насосов, в частности. 6. 2 соединительных элемента для возвратных линий химикатов, которые используются для рециркуляции, например, жидкости из предохранительного клапана или дегазационного устройства. 7. Двухступенчатый контроль уровня, который вовремя подает сигнал тревоги, чтобы можно было поставить новый контейнер, а насос отключается, чтобы избежать попадания воздуха после опорожнения контейнера. Всасывающие линии со встроенным контролем уровня можно напрямую подключать к дозирующим насосам соленоида, чтобы переключать их без дополнительного реле уровня.
Более легкая заливка
При запуске дозирующие насосы с более низким расходом не могут — из-за малого объема всасывания — создать вакуум, позволяющий напору жидкости во всасывающей линии достичь дозирующей головки. В этом случае первое заполнение коллектора сифонного типа позволяет насосу напрямую заполнять его и используется для смачивания клапанов и повышения эффективности. В результате пониженного уровня в коллекторе создается вакуум, который делает возможной постоянную подачу из химического бака. Если нет дегазации (см. b), коллектор не нуждается в обслуживании в течение длительного времени.
Газовый сепаратор
Сбор газа или воздуха, который выделяется средой или попадает в линию всасывания во время замены невозвратного контейнера и который может прервать дозирование из-за эффекта объема зазора. Если жидкость в коллекторе вытесняется газом, его необходимо заполнить.
Сифон
Преодоление высоких напоров всасывания может стать затруднительным даже для больших насосов, если необходимо дозировать шипучие среды. Это особенно актуально, если среда не подается свободно в насос через всасывающую линию, подключенную в нижней части резервуара, а должна быть заправлена через край резервуара. Система сбалансирована гидравлически, если в заполненной линии нет воздуха. Насос подвергается давлению подачи в зависимости от уровня заполнения резервуара. Как только верхняя часть всасывающей линии заполняется газом, гидравлическое равновесие больше не обеспечивается. Затем насос должен заполнять все больше и больше в зависимости от высоты резервуара. Это может привести к отказу насоса. Таким образом, была успешной система, которая время от времени вручную или с помощью вакуумного насоса (ручной насос или инжектор) заправляет жидкость из питающего резервуара в управляемый промежуточный коллектор (сифон). В результате газ может накапливаться только за пределами всасывающей линии, и коммуникационный эффект всасывающей линии обеспечивается непрерывно.
Избегание изменяющегося давления всасывания
Из главы о мембранных дозирующих насосах мы знаем, что расход зависит от давления, а также от давления подачи. Если герметичная работа мембранного насоса предпочтительна из-за дозируемой среды, необходимо определить, как избежать колебаний давления подачи, например, из-за значительно изменяющегося уровня заполнения резервуара подачи.
Промежуточный резервуар для поддержания постоянного давления всасывания
Существует два возможных решения: 1. Резервуар перелива С помощью отдельного насоса подпитки резервуар перелива, установленный в самой высокой точке, может быть заполнен таким образом, чтобы среда постоянно возвращалась в резервуар подачи, даже если дозирующий насос закачивает максимальное количество из этого резервуара перелива. Теперь дозирующий насос подчиняется только постоянному давлению подачи, которое возникает из-за геодезической высоты. 2. Промежуточный резервуар Однако также возможно использовать промежуточный резервуар, управляемый поплавковым клапаном. Этот промежуточный резервуар должен быть расположен на нижнем уровне или ниже резервуара подачи. Затем дозирующий насос закачивает жидкость из промежуточного резервуара с постоянно постоянным уровнем.
Постоянное давление всасывания и остановка утечки
Дозирующие насосы, которые устанавливаются над резервуаром (например, заглубленные резервуары) или также под резервуаром, подают меньше, чем больше резервуар опорожняется, потому что либо увеличивается высота всасывания, либо уменьшается положительная высота всасывания. Дозирующие насосы с большими мембранами могут развивать значительную силу на механизме регулировки хода, если резервуары и плотность (например, серная кислота) особенно высоки. В результате момента инерции массы движущейся жидкости в длинных всасывающих линиях может произойти перегрузка, если мембрана или также поршень внезапно останавливаются на ограничителе хода. Даже если обратные клапаны предотвращают перегрузку на стороне нагнетания, сила, которая увеличивает износ, создается на механизме регулировки хода насоса и на стороне всасывания системы.
В установках со свободной подачей к насосу опасность утечки из резервуара возникает в случае разрыва мембраны или линии. В нормальных условиях дозирующие насосы не должны питаться напрямую от напорных линий, поскольку давление, например, 2 бара, умноженное на эффективную площадь диафрагмы, может оказывать разрушительное воздействие на шестерню насоса. С другой стороны, избыточная подача может иметь место, если обратный клапан не установлен на стороне нагнетания или неправильно отрегулирован. В случае длинных всасывающих линий кавитация может привести к снижению расхода или разрушению фитингов из-за колебательной работы дозирующих насосов.
Контроллер всасывания представляет собой подпружиненный мембранный клапан, который может быть открыт только давлением всасывания дозировочного насоса. Таким образом, обеспечивается, что никакая среда не может течь, если насос не работает или не может создать вакуум из-за негерметичной всасывающей линии. Нежелательный эффект всасывания на выходе насоса должен быть предотвращен с помощью обратного клапана. В зависимости от индивидуальных условий эксплуатации требуемый максимальный вакуум может быть установлен до 300 мбар с помощью регулируемой пружины. Для насосов с положительным напором всасывания достаточно установить очень низкий вакуум около 50 мбар. Этот вакуум должен быть создан насосом в любом случае, даже при подаче без давления.
При давлении подачи, например, 1 бар, что соответствует высоте резервуара 10 м и плотности жидкости 1000 кг/м³, вакуум для насоса увеличивается всего лишь примерно на 100 мбар. Для опорожнения заглубленных резервуаров или в случае установок, где насос расположен над резервуаром, вакуум, необходимый для дозирования, устанавливается на максимально возможное значение вакуума с помощью регулировочной пружины. Это значение соответствует почти пустому резервуару. Таким образом, насос должен все время заполнять, как если бы резервуар был пустым, и на него практически не влияет фактический уровень заполнения или высота всасывания. Поток во всасывающей линии из-за момента инерции масс останавливается и останавливается в регуляторе всасывания, если насос не выполняет ход всасывания.
В этом случае регулятор всасывания должен быть установлен непосредственно перед входом насоса, чтобы избежать ударов давления. Если регулятор всасывания должен использоваться в качестве ограничителя утечки для резервуара, он должен быть установлен на резервуаре, если это возможно, или близко к нему в механически защищенном положении. В случае разрыва всасывающей линии регулятор всасывания немедленно закрывается силой пружины, так как насос больше не может открыть регулятор всасывания из-за разрыва линии. Давление подачи, оказываемое на запирающий элемент, поддерживает функцию закрытия. Если регулятор всасывания установлен перед насосом, заливка насосом становится проще, поскольку объем жидкости под мембраной регулятора непосредственно доступен насосу при запуске заливки.
Положительный напор всасывания
Если уровень в резервуаре подачи всегда выше насоса (до 20 м водяного столба или 2 бар), усилие пружины можно установить на низкое значение, что позволяет шарику просто касаться седла. Давление подачи дополнительно герметизируется через шарик. Поэтому на стороне выпуска практически находится атмосферное давление. Следовательно, насос должен только создавать вакуум, который достаточно силен, чтобы поднять шарик из седла. Из-за большого диаметра мембраны по сравнению с диаметром седла требуется очень низкий вакуум. Таким образом, статическое давление резервуара почти не становится эффективным в головке насоса.
Отрицательный напор всасывания
Если уровень в резервуаре подачи всегда ниже насоса, регулятор всасывания будет постоянно открыт с помощью пружины без давления, поскольку атмосферное давление будет удерживать шарик открытым над эффективной площадью мембраны. Чтобы обеспечить постоянную высоту всасывания насоса и в этом случае, пружина может быть нагнетена так, чтобы она всегда имитировала самую высокую высоту всасывания (до макс. 4 м водяного столба). Затем насос должен постоянно заполнять максимальный вакуум независимо от того, полон бак или почти пуст. (Разумеется, насос должен быть в состоянии преодолеть самую высокую высоту всасывания; см. технические данные насоса.)
Возможные применения: a) Защита дозирующего насоса от чрезмерного давления подачи из-за высоких баков или подачи из напорных линий b) Избежание сифонирования c) Избежание различных положительных и отрицательных напоров всасывания, которые влияют на точность дозирования d) Защита дозирующего насоса от пиков давления из-за ускорения в случае длинных всасывающих линий e) Использование в качестве остановки утечки для баков в случае разрыва мембраны или линии.