液压驱动隔膜泵隔膜破裂报警系统设计

　　隔膜泵作为一种高新技术产品,具有全封闭、使用寿命长、产能大、油耗低、效率高等优点,特别适用于输送带高磨砺性含悬浮固体颗粒的矿浆等浆液、黏性料浆、污水、灰浆渣以及具有强腐蚀的介质,被广泛用于有色金属、石油、化工、冶金、矿山、煤炭、电力、陶瓷等多种行业。液压驱动隔膜泵是目前正在开发的一种新型高压隔膜浆体泵。它与一般隔膜泵的主要区别是:动力端采用液压传动,用液压泵取代了曲柄连杆、减速器等一系列装置直接驱动活塞运动^[1]。这从根本上解决了传统隔膜泵流量脉动大、运行不平稳的问题。隔膜破裂报警系统的功能主要是对隔膜室中隔膜的完整性进行实时监测,并且在隔膜破裂后发出声光报警信号或采取相应的保护措施。作者以三缸单作用液压驱动隔膜泵为研究对象,设计一种基于PLC的隔膜破裂报警系统,并实现以下任务目标:单个隔膜破裂时,隔膜泵可以继续工作;两个或两个以上隔膜破裂时,隔膜泵立即停止工作。

　　1 液压驱动隔膜泵工作原理

　　三缸单作用液压驱动隔膜泵基本结构见图1。

　　如图1所示,三缸单作用液压驱动隔膜泵主要由液压泵3、调速阀5、溢流阀4、三位四通电磁换向阀6、驱动液压缸8、组合液压缸9、位移传感器10、膜破传感器11、隔膜总成12以及进、排出浆阀组成。其基本工作原理是:推动液经过滤器1、液压泵3、调速阀5和3个三位四通电磁换向阀6进入驱动液压缸8,推动其中的活塞作往复运动,在PLC控制下活塞再驱动组合液压缸9中的柱塞作往复运动,柱塞再借助推动液使隔膜室中的隔膜做凹凸运动,由此实现料浆的吸入和排出,并达到输送料浆的目的。在PLC集控系统的控制下,隔膜泵的3个组合液压缸互成120^o相位差交错往复运动,以消除隔膜泵流量的死点和所引起的压力冲击和噪声^[2]。

　　2 隔膜破裂报警系统设计方案介绍

　　目前,隔膜泵中隔膜破裂报警系统所采取的具体设计方案是:膜破传感器对隔膜的状态进行实时检测,并将检测数据存入PLC的输入映像寄存器; PLC再以扫描方式按顺序将所有暂存的数据读入,在程序执行后刷新输出,驱动相应的报警器工作,并且一旦发现有报警信号输入隔膜泵就会停止运转。这种方法虽然保护了隔膜泵的安全,但也影响了生产的正常进行。现提出一种新的隔膜破裂报警系统设计方案:当膜破传感器发现单个隔膜发生破裂时,在PLC的控制下相对应的报警指示灯和报警蜂鸣器发出报警信号,经工作人员确认并关闭相应的组合液压缸后,剩余两组合液压缸改变相位角成180^o继续工作,以保证生产的继续进行;两个或两个以上隔膜破裂时,系统发出报警信号的同时隔膜泵停止运转。之所以要改变两组合液压缸的相位,主要是由于当隔膜泵三缸同时工作时,其三缸动作时序如图2(a)^[2]所示,正半轴为每个隔膜室的输出流量,负半轴为每个隔膜室的输入流量,整个泵的输出流量是3个隔膜室输出流量的叠加,因而这种泵的排量是连续、平稳的。而当其中一个液压缸停止工作时,剩余两隔膜室输出流量的叠加将出现有规律的脉冲,不仅会引起隔膜泵的振动还会影响生产的继续进行。当变换两组合液压缸的相位成180^o后,两缸动作时序图如图2(b)所示,此时两个隔膜室流量的叠加虽然还有一定的脉动,但脉动的幅值已大大减小,在空气包的作用下,流量脉动还会得到进一步的控制,隔膜泵可以继续工作。当膜破传感器发现两个隔膜都发生破裂时,隔膜泵应立即停止工作,因为隔膜泵单缸工作会不可避免地产生流量脉动。