氣動(dòng)雙隔膜（AODD）泵技術(shù)從發(fā)明并投入市場(chǎng)應(yīng)用開(kāi)始，至今已經(jīng)超過(guò)了55年，毫不夸張地說(shuō)，1955年首臺(tái)氣動(dòng)雙隔膜泵開(kāi)始工作的那一天至今都是工業(yè)泵歷史上具有劃時(shí)代意義的重大時(shí)刻。AODD技術(shù)從“卑微”的應(yīng)用開(kāi)始發(fā)展，那時(shí)它主要在采礦工業(yè)中用來(lái)泵送廢水。

　　氣動(dòng)雙隔膜泵屬于往復(fù)式容積泵。其流動(dòng)路徑，即泵送介質(zhì)的流經(jīng)區(qū)域，包括入口歧管和排放歧管，以及兩個(gè)液室。空氣分配系統(tǒng)中的氣閥將兩層隔膜后面的壓縮空氣輪流送入氣室內(nèi)。流體從入口歧管被抽入一個(gè)液室內(nèi)，然后從另一個(gè)液室沿排放歧管排出。

　　氣動(dòng)雙隔膜泵具有許多優(yōu)點(diǎn)。它們無(wú)需電能，屬于自吸泵，能夠泵送含有懸浮固體顆粒的流體，能夠干轉(zhuǎn)或者工作在“死區(qū)”（dead head）而不損傷泵。除此之外，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力或者限制泵的排量來(lái)調(diào)節(jié)泵的性能以滿足特定的工作需要。

　　設(shè)計(jì)氣動(dòng)雙隔膜泵的初衷，是把它用在大部分其他類型的泵都無(wú)法勝任的一些棘手場(chǎng)合。同時(shí)，它們的設(shè)計(jì)還考慮了成本低廉、易于維護(hù)、適合各種工況等因素。因此，氣動(dòng)雙隔膜泵能夠傳輸從廢水到粘性物質(zhì)的各種介質(zhì)，例如泥漿，甚至也包括水泥。

　　經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究和設(shè)計(jì)創(chuàng)新，氣閥和流動(dòng)路徑都得到了改進(jìn)和提高。從而得到了一系列堅(jiān)固耐用且功能多樣的泵產(chǎn)品，它們不僅能夠滿足采礦和大型工程行業(yè)的嚴(yán)格要求，還能達(dá)到制藥和食品加工行業(yè)對(duì)精確性和衛(wèi)生的要求。

挑戰(zhàn)

　　多年以來(lái)，能源成本大大增長(zhǎng)，因此制造商們?cè)絹?lái)越關(guān)心如何減小工作成本，并努力提高工廠設(shè)備的工作效率。

　　在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)高效氣動(dòng)雙隔膜泵的過(guò)程中，從一開(kāi)始就遇到了一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，那就是如何在保證為終端用戶提供令人滿意的流速的同時(shí)，盡可能減少耗氣量，這等同于減少能耗。

　　所有的氣動(dòng)雙隔膜泵在其設(shè)計(jì)中都有一個(gè)空氣分配系統(tǒng)ADS。ADS的任務(wù)之一就是將壓縮空氣送往一個(gè)氣室內(nèi)，同時(shí)從另一個(gè)氣室排走空氣。這項(xiàng)工作由氣閥來(lái)完成，氣閥可以有多種形式，但是在許多情況下是滑閥，它在泵殼內(nèi)的圓柱形內(nèi)孔中前后滑動(dòng)（如圖1總布置圖所示），由此來(lái)打開(kāi)或者堵住氣孔，從而使壓縮空氣流向?qū)��?yīng)的氣室，并從另一個(gè)氣室排走。這些原始的滑閥具有單一的直徑，它的兩側(cè)承受相同大小的氣壓。這個(gè)壓力能夠在滑閥的一端瞬間消失，從而使滑閥換向——將壓縮空氣送往另一個(gè)氣室。

　　雖然這種單直徑滑閥在早期的氣動(dòng)隔膜泵設(shè)計(jì)中顯得新穎有效，但是它的形狀造成了一個(gè)潛在的問(wèn)題，如果瞬時(shí)信號(hào)沒(méi)有徹底使滑閥換向，那么就很有可能造成ADS系統(tǒng)失效。這會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)損失，工作低效，并會(huì)增加泵的停工期。

解決方案

　　數(shù)年來(lái)，業(yè)內(nèi)人士對(duì)氣動(dòng)雙隔膜泵的空氣分配系統(tǒng)做出了許多改進(jìn)，以提高其性能、可靠性和效率。改進(jìn)措施之一便是引入新穎的“不平衡”氣體滑閥（仍如圖1所示）。這種新穎的設(shè)計(jì)不依賴瞬時(shí)信號(hào)來(lái)使滑閥換向。它依靠一個(gè)非平衡信號(hào)來(lái)控制泵的換向。新型滑閥有兩個(gè)不同的直徑尺寸，直徑較小的那一端持續(xù)承受氣壓，迫使氣閥超向一個(gè)方向。結(jié)果直徑較大的一端被增壓，而更大的那一端會(huì)產(chǎn)生更大的力（相對(duì)于較小端而言）并推動(dòng)滑閥朝另一個(gè)方向滑動(dòng)。滑閥兩側(cè)的力始終不平衡，不斷推動(dòng)滑閥朝這個(gè)或者那個(gè)方向滑動(dòng)。

　　另一項(xiàng)提高效率，節(jié)省能源的創(chuàng)新舉措是引入“先進(jìn)開(kāi)孔”（advanced porting）技術(shù)，它為空氣分配系統(tǒng)ADS引入更大的氣孔，使廢氣在離開(kāi)增壓室時(shí)盡量少受約束。同時(shí)還對(duì)入口氣孔的尺寸加以優(yōu)化，以使流速達(dá)到最大，并增加效率。

更大的可調(diào)性

　　最新一代的氣動(dòng)雙隔膜泵獨(dú)創(chuàng)性地引入了一套效率管理系統(tǒng)（EMS——見(jiàn)圖2、3、4、5、6的各種泵的示例），從而增大了空氣分配系統(tǒng)ADS的可調(diào)性。EMS使終端用戶能夠調(diào)節(jié)進(jìn)氣孔的尺寸。減小進(jìn)氣孔尺寸能夠限制空氣進(jìn)入氣室的流速。這有利于控制氣室的充氣量以及充氣的迅速程度，還能夠防止氣室“過(guò)度充氣”。

有關(guān)EMS效率的例子

　　我們來(lái)進(jìn)行一次比較試驗(yàn)，比較的雙方分別是空氣分配系統(tǒng)（ADS）中沒(méi)有引入效率管理系統(tǒng)（EMS）的兩英寸氣動(dòng)雙隔膜（AODD）泵，和一個(gè)集成了EMS的氣動(dòng)雙隔膜泵。該試驗(yàn)使用水作為泵送介質(zhì)。

　　未采用EMS系統(tǒng)的氣動(dòng)雙隔膜泵工作時(shí)的進(jìn)氣壓力為6.89 bar（100 psig），排氣壓力為1.38 bar（20 psig）。在這些條件下，未采用EMS的氣動(dòng)雙隔膜泵應(yīng)用3.68 m3/min（130 scfm）的耗氣量來(lái)達(dá)到439 l/min (116 gpm) 的流速。

　　當(dāng)使用具有ADS的氣動(dòng)雙隔膜泵來(lái)進(jìn)行同樣的試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在減小空氣用量，使泵并未在最高能力狀態(tài)下工作時(shí)，即可達(dá)到同樣439 l/min (116 gpm) 的流速。在該試驗(yàn)中，具有EMS的氣動(dòng)雙隔膜泵在期望的流速439 l/min（116 gpm）下工作時(shí)，其耗氣量減少了42%——即1.53 m3/min（54 scfm）。

　　這種特性令終端用戶能夠調(diào)節(jié)進(jìn)氣通道的尺寸，直到符合流速要求，當(dāng)用戶通過(guò)這種調(diào)節(jié)，在期望的入口氣壓下操作泵的時(shí)候能夠優(yōu)化泵的性能。這樣做確保了泵工作在最高效的狀態(tài)，同時(shí)依然符合用戶的流量要求，使用最少量的氣體來(lái)泵送必需泵送的物質(zhì)（參考文字框內(nèi)列舉的節(jié)能例子）。

　　利用EMS來(lái)減小進(jìn)氣孔的尺寸并限制氣體進(jìn)入氣室內(nèi)的流速，還帶來(lái)了一些其他的好處，包括延長(zhǎng)隔膜的使用壽命期（減少維護(hù)成本），以及增大干式真空度。

　　除了完善ADS空氣分配系統(tǒng)，還有流動(dòng)路徑方面的改進(jìn)，這項(xiàng)改進(jìn)減小了摩擦損失。減小摩擦損失有利于增大流體的流速而不會(huì)增大耗氣量。這些改良后的流動(dòng)路徑經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，可以集成到現(xiàn)有的應(yīng)用中，使用普通的安裝架和流體連接件即可。

結(jié)論

　　如今，由于預(yù)算緊縮以及賬本底線（bottom line）的壓力，尋找最有效率的制造過(guò)程成為了最重要的事情。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，明智的設(shè)備經(jīng)理應(yīng)該使用具有先進(jìn)的ADS系統(tǒng)的新型泵來(lái)取代過(guò)去的氣動(dòng)雙隔膜技術(shù)，并且最好能優(yōu)先考慮使用了最新EMS技術(shù)的新型泵。

　　制造商們不惜花費(fèi)時(shí)間來(lái)評(píng)估他們的工作，隔離低效率區(qū)域，然后通過(guò)引入一些有望提高效率并降低能耗的泵送技術(shù)，來(lái)提高他們的投資收益率，這樣的例子屢見(jiàn)不鮮。將應(yīng)用了EMS的氣動(dòng)雙隔膜泵送技術(shù)與沒(méi)有使用EMS的技術(shù)做一個(gè)簡(jiǎn)單比較，即可發(fā)現(xiàn)，EMS能夠減少工作和能耗成本，使得同一家工廠能夠安裝更多的泵，而無(wú)需增大壓縮機(jī)容量，給制造過(guò)程帶來(lái)長(zhǎng)期的好處。

聯(lián)系方式：
Curtis Dietzsch
Development Engineer
Wilden Pump & Engineering
LLC, Grand Terrace, CA, USA,
Tel: +1 909 422 1730
Email: Curtis.Dietzsch@wildenpump.com
Web: www.wildenpump.com / www.pumpsg.com