变频器在陶瓷行业高压柱塞泵上的应用
时间：2021-01-08 12:02:33 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要 本文根据陶瓷液压挤管机的工艺特性，从节能角度论述了变频器在陶瓷行业高压柱塞泵上的应用。
关键词 陶瓷行业，液压柱塞泵，变频器
1前言
目前，我国陶瓷行业使用的陶瓷液压柱塞泵能耗偏高，除了与液压工业产品性能和质量有关外，主要是设计者在液压系统设计中，对液压柱塞泵的合理使用还有欠缺之处。本文根据陶瓷液压挤管机的工艺特性，从节能角度论述了合理使用液压柱塞泵的方法，对陶瓷液压柱塞泵或类似设备的液压系统设计及其技术改造具有重要的参考价值。
2系统分析
液压柱塞泵见图1，液压柱塞泵是液压控制系统的“心脏”。因此，在生产过程中，不仅要选择最适合于某种场合的通用型泵，而且必须考虑该种泵多种变型的不同结构特性。陶瓷液压柱塞泵，主油路液压系统皆采用手动变量高压柱塞泵，其额定压强为31.5MPa，主挤压缸额定工作压强为20MPa；驱动电机功率一般达11kW。由于设计者在液压系统设计中，忽视了主机的工艺特性，导致所选择的液压泵的类型及特性不适合主机工况，这是造成功耗偏高的重要原因。因此，设计者应根据主机的工况特性，分析比较在特定的速度和压力条件下各类液压泵的特性及功能，从而选择适合于主机工况下的液压泵类型。由此可见，详细地研究泵及其系统的适应性是非常必要的。陶瓷液压柱塞泵的功耗应取决于挤管机的工作特性，尽可能使泵的输出流量和压力与负载所需要的流量(速度)和压力相匹配。陶瓷液压柱塞泵系统的作用是通过工作油缸活塞杆上的挤压头对被挤泥料(陶瓷泥)产生足够的挤压力。理想的液压系统压力(P)在挤压过程中随时间(t)而变化，在t
下面举例说明C325O-Ⅱ型陶瓷挤管机主油路液压系统的油泵所选用的25SCYI4-1B型手动变量柱塞泵。挤制一定规格产品时，在整个挤压过程中，泵的排油量是固定的，此时，油泵驱动电机功率应按下式计算：
N=Pl×Q ／K
式中：
P1——液压系统的额定工作压强(MPa)
Q——油泵的额定流量(cm3／s)
K——油泵的总效率
经计算，驱动电机的计算功率应为N＝10.2kW 。
实际上挤管机在挤压过程中，系统压力增大时，所需流量应大大下降，即应为变流量系统，以保证工作油缸活塞杆具有所要求的挤压速度。而手动变量柱塞泵无自动变量性能，当负载所需流量减少时，泵的流量将大于负载所需的流量，多余的油液从溢流阀流回油箱，能量损失较大。同时，也容易使液压系统升温过快、过高和产生泄漏现象，影响系统的正常工作。虽然手动变量柱塞泵可通过手动变量机构调节流量，但一般是根据挤制不同规格制件时所要求的挤压速度而定，由人工预先进行调节。操作者不可能根据负载所要求的速度精确调整所需的流量。因此在挤压过程中，流量还是固定的(因手动变量机构只有在泵空载时进行变量)，这样消耗在溢流阀溢流上的功率仍然不可避免。
根据挤管机挤压头接触到泥料后的运动速度要求，可知进入工作油缸的液压油流量与压力均发生变化，即当系统压力上升时，流量必须随之逐渐减少，而压力补偿自动变量柱塞泵基本上能符合这一要求。因此，选用变频器对高压柱塞泵进行自动变量调节，使挤管机的液压系统为变流量系统，才能满足挤管机的工况特性，并能达到降低能耗的目的。
卸荷溢流阀的作用：卸荷溢流阀主要用于装有蓄能器的液压回路中，当蓄能器充液压力达到阀的设定压力时自动地使液压泵卸荷。阀内装单向阀，防止蓄能器中的有压油液倒流。此时由蓄能器维持对系统供油使泵卸荷从而收到节能效果。当蓄能器中油液压力降至阀设定压力的85%左右时，阀又复载，液压泵恢复向蓄能器充液。
3节能原理
油泵是柱塞泵系统工作的动力来源，利用变频器对油泵进行控制，主要通过对其流量的控制来产生有效的节能，这是变频器最广泛的一种应用。油泵是一种平方转矩负载，其转速n与流量Q、压力P及泵的轴功率E的关系如下式所示：
Q1／Q2 ＝n1 /n2；
P1／P2 ＝ (n1/n2)2
E1／E2 ＝(n1/n2)3
由上式可看出，泵的流量与其转速成正比，泵的压力与其转速的平方成正比，泵的轴功率与其转速的立方成正比。由此可见，当压力下降时，油泵功率呈平方关系下降。此时可考虑首先将液压系统的溢流阀关闭，采用变频器进行变量泵的速度控制。
4改造方法
以欧瑞变频器F1000－G系列为例说明。该变频器安装简单，方便，只须将三相输入线(电源至变频器连接线)接在变频器端子R、S、T上。三相输出线(变频器至电机连接线)接U、V、W。接地线接PE端子，接地线截面积不小于功率线的2／3，接地电阻不能大于10欧姆。改造前后的主回路接线示意图见图2、图3所示。
5结 论
综上所述，经过变频器的改造后可以达到以下效果：
(1) 采用变频器控制电机的转速，关闭溢流阀调节，降低了设备的故障率，节电效果显著。
(2) 采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿命，避免了对电网的冲击。
(3) 电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响。
(4) 具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能。
(5) 安装时可不破坏原有的配电设施及环境，不影响生产，保证生产的同时也提高了系统的可靠性。
根据上述的原理，利用变频器进行节能改造后，节电率可以达到15%～40%，节电效果相当可观。
