Улучшение производительности и энергоэффективности пневматических двойных мембранных насосов

Перевод статьи американского журнала Pump Magazine, посвященной проблеме энергоэффективности мембранных насосов. О том, как новая система распределения воздуха позволяет пневматическим двойным мембранным насосам установить новый стандарт в процессе оптимизации.

 

Опасения относительно количества электроэнергии, потребляемой потенциально впустую промышленными объектами в США официально достигли самих высоких уровней федерального правительства в августе 2012 года, когда президент США Барак Обама подписал указ под названием "Усиление инвестиций в промышленную энергоэффективность". В правительственном распоряжении указано, что на промышленный сектор приходится более 30 процентов всей электроэнергии, потребляемой в США. В нем объясняется, как повышение энергоэффективности в промышленности может обеспечить преимущества для производителей, коммунальных предприятий и потребителей при одновременном улучшении энергетической системы страны, повышении американской конкурентоспособности производства и создания рабочих мест. В президентском указе подтверждено то, что рабочие и руководители промышленных производственных объектов знают уже более десяти лет: современные определения успешной промышленной производственной работы - это не только соблюдение производственных квот. По мере неуклонного роста расходов электроэнергии на коммунальные услуги и повышения экологического сознания, которое стало приоритетным, успешной промышленной эксплуатацией считается та, которая обеспечивает необходимые темпы производства наиболее экономически и энергетически эффективным способом, а также и экологически безопасным.

Вторые по степени распространенности использования в мире насосы играют важную роль в мировом промышленном производстве и различных отраслях промышленности, от химического и горнодобывающего производства к системах очистных сооружений вод/ сточных вод и применения в гигиенической сфере. По данным американского департамента Управления энергетики, энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, насосные системы составляют от 27 до 33% от общего объема электроэнергии, используемой и потребляемой промышленным сектором.

Признавая важность насосных систем в промышленности, гидравлический институт санкционировал написание руководства по оптимизации насосных систем: для обеспечения высокой энергоэффективности, надежности и рентабельности. В инструкции рассказано, как рабочие крупных установок могут распознать неэффективное использование энергии в эксплуатационных процессах, и даны шаги, которые они могут предпринять, чтобы исправить эти неэффективности. Рабочие производственных объектов должны полностью осознавать, что приобретение и стоимость установки новой насосной системы, как правило, лишь малая часть общей стоимости владения. В течение 15-20 лет, типичного срока эксплуатации насосной системы, ежедневные затраты на электроэнергию, техническое обслуживание и другие периодические расходы являются основными компонентами общей стоимости рабочего цикла. Таким образом, максимальное повышение эффективности при проектировании и эксплуатации насосной системы в интересах промышленного объекта, его клиентов и окружающей среды.

Производители насосов понимают важность своей продукции в промышленности и работают над проектированием и разработками насосного оборудования, которое удовлетворит повышенную потребность в энергоэффективности и снизит эксплуатационные расходы. В данной статье демонстрируется как новая технология распределения воздуха может помочь минимизировать расход воздуха и улучшить общую эффективность технологии поршневых объемных пневматических двойных мембранных насосов (AODD), которая используется во многих мировых промышленных, предназначенных для перекачки различных жидкостей сферах применений.

 

 

Изобретенные в 1955 году, пневматические двойные мембранные насосы были специально разработаны для использования в практических операциях по обработке жидкостей и их перекачки. В течение следующих шести десятилетий, технологии AODD насосов приобрели заслуженную репутацию, превосходя объемные насосы других стилей, такие как лопастные, механические и винтовые, в сложных сферах применения для перекачки жидкостей. Это благодаря тому, что расчетные характеристики AODD насосов позволяют им выполнить большинство требований по производительности, требуют минимального обслуживания, в то же время имея следующие возможности:

-сухой запуск

-Поддержка всасывания до 9 метров

-Выдерживают условия "пустой" работы без повреждений

-Работают при полном погружении и пропускают твердые частицы размером до 35 мм

Тогда как функционирование AODD насосов в основном остаются неизменными в течение последних 60 лет, были сделаны улучшения в системе распределения воздуха (ADS) насосов, направляющие скорость расхода воздуха в зависимости от скорости потока продукта, сколько воздуха может расходоваться впустую в течение рабочего цикла насоса, с учетом этого впустую расходуемого воздуха - добавочная стоимость для конечного потребителя. Хотя эти сбережения важны для конечных потребителей, на самом деле они незначительны по сравнению с общим объемом воздуха, используемым для этих насосов.

Для более значительной экономии средств возможность остается. В течение периода времени от конца каждого хода до полного смещения клапана, воздух может "переполнить" воздушную камеру без соответствующего перемещения жидкости. Скорость этого "переполнения", который определяется как расход сжатого воздуха впустую, можно более удовлетворительно контролировать. Попытки улучшения ADS в целях устранения "переполнения" заключаются в включении диска управления, который запрограммирует работу насоса в точке, которая оптимизирует расход воздуха впустую и производительность. Однако эти диски управления нужно регулировать вручную конечному потребителю после определения точки, в которой использование воздуха и скорость потока оптимально эффективны, поиск такой точки может занять много времени и возложить чрезмерное бремя на конечного потребителя.

В недавнее время новое поколение систем распределения воздуха пыталось устранить "переполнение". Эта технология направлена на предотвращение переполнения путем отключения подачи воздуха в воздушную камеру перед концом хода насоса. Однако этот подход имеет два недостатка. Во-первых, эта технология ADS обеспечивается электронным наблюдением и контролем, а не механическим приводом, что поднимает совершенно другой набор проблем по используемой электроэнергии, обслуживанию и эксплуатацию. Во-вторых, этой электронной ADS требуется время, чтобы "запомнить", что означает, что каждый раз, когда насос включают, электронная система нуждается в "периоде обучения" от 30 до 40 секунд. В течение этого времени, система должна отслеживать работу насоса, прежде чем она сможет оценить время до конца хода, когда следует отключить подачу воздуха. Это может привести к непредсказуемой и непоследовательной скорости потока в течение 40 секунд и соответствующей потере воздуха, что еще больше усугубляется при дозирующих операциях, которые имеют постоянный цикл включения-выключения.

Хотя эксплуатация AODD насоса значительно улучшилась с точки зрения расхода воздуха, в значительной степени из-за изобретения сигнальных систем распределения воздуха - осцилограммы давления показывают, что воздух по прежнему расходуется впустую из-за переполнения, т.е. потенциал для дополнительной экономии электроэнергии существует. 

 

Новая система распределения воздуха преодолевает многие из общих недостатков пневматических двойных мембранных насосов и большинство недостатков традиционных операций ADS - например, временную задержку, которую традиционные ADS испытывают при передаче воздушного сигнала от одной воздушной камеры к другой воздушной камере, что приводит к переполнению. Избыточный воздух немедленно растрачивается, когда выпускается в атмосферу.

Для борьбы с переполнением, ADS ограничивает поток воздуха в воздушную камеру ближе к концу каждого хода насоса, так что поступает только достаточное количество воздуха для поддержания работы перекачивающего процесса. Это достигается путем включения воздушной катушки, которая автоматически измеряет воздух для предотвращения переполнения без снижения напора. В результате снижается расход воздуха при сохранении максимальной эффективности работы и скорости потока.

Этот режим работы исключает необходимость для рабочего вручную регулировать насос для повышения эффективности, потому что система распределения воздуха корректирует это автоматически. Это создает новую точку эффективности работы пневматического двойного мембранного насоса, выделяющуюся более эффективным использованием энергии без потери скорости потока. Дополнительные преимущества новых систем распределения воздуха включают в себя:

-Снижение общей стоимости владения

-Быстрое время установки

-Простота обслуживания

-Конфигурация с возможностью настройки сигнала

-Возможность встраивания в существующие AODD насосы

-Возможность использования в жестких условиях работы

-Не требуется электричества

-Полностью погружной

-Чувствительность к воздействию окружающей среды

 

 

Некоторые промышленные производственные предприятия могут иметь одновременно в работе до 300 пневматических двойных мембранных насосов. В то время как дополнительный расход воздуха впустую в пересчете на один насос не впечатляет, общая стоимость дополнительных расходов по заводу может быть весьма существенной. Вот почему с использованием самого энергоэффективного насосного оборудования позволит оптимизировать темпы производства и помочь улучшить нижнюю планку завода и управление по отношению к окружающей среде. Новая технология ADS является привлекательным выбором во многих технологических процессах, включая процесс краски и покрытия, применения в горнодобывающей, химической промышленностях, водоочистной и гигиенической сферах применения.