隔膜泵在過程控制中的作用是接受調(diào)節(jié)器或計算機的控制信號，改變被調(diào)介質(zhì)的流量，使被調(diào)參數(shù)維持在所要求的范圍內(nèi)，從而達到生產(chǎn)過程的自動化。如果把自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)與人工調(diào)節(jié)過程相比較，檢測單元是人的眼睛，調(diào)節(jié)控制單元是人的大腦，那么執(zhí)行單元—隔膜泵就是人的手和腳。要實現(xiàn)對工藝過程某一參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位等的調(diào)節(jié)控制，都離不開隔膜泵。因此正確選擇隔膜泵在過程自動化中具有重要意義。
1.隔膜泵的組成與分類
隔膜泵又稱控制泵，是執(zhí)行器的主要類型，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。隔膜泵一般由執(zhí)行機構(gòu)和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機構(gòu)使用的動力，隔膜泵可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動隔膜泵，以電為動力源的電動隔膜泵，以液體介質(zhì)(如油等)壓力為動力的電液動隔膜泵，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現(xiàn)場總線型隔膜泵等。隔膜泵的產(chǎn)品類型很多，結(jié)構(gòu)也多種多樣，而且還在不斷更新和變化。一般來說閥是通用的，既可以與氣動執(zhí)行機構(gòu)匹配，也可以與電動執(zhí)行機構(gòu)或其他執(zhí)行機構(gòu)匹配。
2.隔膜泵類型的選擇
2.1隔膜泵的閥體類型選擇閥體的選擇是隔膜泵選擇中最重要的環(huán)節(jié)。隔膜泵閥體種類很多，常用的有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉(zhuǎn)、蝶形、套筒式、球形等10種。在選擇閥門之前，要對控制過程的介質(zhì)、工藝條件和參數(shù)進行細心的分析，收集足夠的數(shù)據(jù)，了解系統(tǒng)對隔膜泵的要求，根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)來確定所要使用的閥門類型。在具體選擇時，可從以下幾方面考慮:
(1)閥芯形狀結(jié)構(gòu)主要根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。
(2)耐磨損性當流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥芯、閥座接合面每一次關(guān)閉都會受到嚴重摩擦。因此閥門的流路要光滑，閥的內(nèi)部材料要堅硬。
(3)耐腐蝕由于介質(zhì)具有腐蝕性，在能滿足調(diào)節(jié)功能的情況下，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單閥門。
(4)介質(zhì)的溫度、壓力當介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時，應(yīng)選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。
(5)防止閃蒸和空化閃蒸和空化只產(chǎn)生在液體介質(zhì)。在實際生產(chǎn)過程中，閃蒸和空化不僅影響流量系數(shù)的計算，還會形成振動和噪聲，使閥門的使用壽命變短，因此在選擇閥門時應(yīng)防止閥門產(chǎn)生閃蒸和空化。
2.2隔膜泵執(zhí)行機構(gòu)的選擇
2.2.1輸出力的考慮
執(zhí)行機構(gòu)不論是何種類型，其輸出力都是用于克服負荷的有效力(主要是指不平衡力和不平衡力矩加上摩擦力、密封力、重力等有關(guān)力的作用)。因此，為了使隔膜泵正常工作，配用的執(zhí)行機構(gòu)要能產(chǎn)生足夠的輸出力來克服各種阻力，保證高度密封和閥門的開啟對于雙作用的氣動、液動、電動執(zhí)行機構(gòu)，一般都沒有復(fù)位彈簧。
作用力的大小與它的運行方向無關(guān)，因此，選擇執(zhí)行機構(gòu)的關(guān)鍵在于弄清最大的輸出力和電機的轉(zhuǎn)動力矩。對于單作用的氣動執(zhí)行機構(gòu)，輸出力與閥門的開度有關(guān)，隔膜泵上的出現(xiàn)的力也將影響運動特性，因此要求在整個隔膜泵的開度范圍建立力平衡。
2.2.2執(zhí)行機構(gòu)類型的確定
對執(zhí)行機構(gòu)輸出力確定后，根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。對于現(xiàn)場有防爆要求時，應(yīng)選用氣動執(zhí)行機構(gòu)，且接線盒為防爆型，不能選擇電動執(zhí)行機構(gòu)。如果沒有防爆要求，則氣動、電動執(zhí)行機構(gòu)都可選用，但從節(jié)能方面考慮，應(yīng)盡量選用電動執(zhí)行機構(gòu)。對于液動執(zhí)行機構(gòu)，其使用不如氣動、電動執(zhí)行機構(gòu)廣泛，但具有調(diào)節(jié)精度高、動作速度快和平穩(wěn)的特點，因此，在某些情況下，為了達到較好調(diào)節(jié)效果，必須選用液動執(zhí)行機構(gòu)，如發(fā)電廠透明機的速度調(diào)節(jié)、煉油廠的催化裝置反應(yīng)器的溫度調(diào)節(jié)控制等.
3.隔膜泵的作用方式選擇
隔膜泵的作用方式只是在選用氣動執(zhí)行機構(gòu)時才有，其作用方式通過執(zhí)行機構(gòu)正反作用和閥門的正反作用組合形成。組合形式有4種即正正(氣關(guān)型)、正反(氣開型)、反正(氣開型)、反反(氣關(guān)型)，通過這四種組合形成的隔膜泵作用方式有氣開和氣關(guān)兩種。對于隔膜泵作用方式的選擇，主要從三方面考慮:a)工藝生產(chǎn)安全;b)介質(zhì)的特性;c)保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟損失最小。
4.隔膜泵流量特性的選擇
隔膜泵的流量特性是指介質(zhì)流過閥門的相對流量與位移(閥門的相對開度)間的關(guān)系，理想流量特性主要有直線、等百分比(對數(shù))、拋物線和快開等4種，特性曲線和閥芯形狀如圖1和圖2所示。常用的理想流量特性只有直線、等百分比(對數(shù))、快開三種。拋物線流量特性介于直線和等百分比之間，一般可用等百分比特性來代替，而快開特性主要用于二位調(diào)節(jié)及程序控制中，因此隔膜泵特性的選擇實際上是直線和等百分比流量特性的選擇.
隔膜泵流量特性的選擇可以通過理論計算，但所用的方法和方程都很復(fù)雜。目前多采用經(jīng)驗準則，具體從下幾方面考慮:
①從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量分析并選擇;
②從工藝配管情況考慮;
③從負荷變化情況分析。
選擇好隔膜泵的流量特性，就可以根據(jù)其流量特性確定閥門閥芯的形狀和結(jié)構(gòu)，但對于像隔膜閥、蝶閥等，由于它們的結(jié)構(gòu)特點，不可能用改變閥芯的曲面形狀來達到所需要的流量特性，這時，可通過改變所配閥門定位器的反饋凸輪外形來實現(xiàn)。
5.隔膜泵口徑的選擇
隔膜泵口徑的選擇和確定主要依據(jù)閥的流通能力即Cv。在各種工程的儀表設(shè)計和選型時，都要對隔膜泵進行Cv計算，并提供隔膜泵設(shè)計說明書。從隔膜泵的Cv計算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟:
1)計算流量的確定?，F(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負荷及介質(zhì)的狀況，決定計算流量的Qmax和Qmin.
2)閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點選定S(阻力系數(shù))，再確定計算壓差。
3)計算Cv。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計算公式和圖表，求得Cmax和Cmin.
4)選用Cv。根據(jù)Cmax,在所選擇的產(chǎn)品標準系列中選取>Cmax且與其最接近的一級C.
5)隔膜泵開度驗算。一般要求最大計算流量時的開度≯90%，最小計算流量時的開度≮10%。
6)隔膜泵實際可調(diào)比的驗算。一般要求實際可調(diào)比≮10。
7)閥座直徑和公稱直徑的確定。驗證合適后，根據(jù)C確定。
6.氣動隔膜泵的6大作用
1）由于用空氣作動力，所以流量隨背壓（出口阻力）的變化而自動調(diào)整，適合用于中高粘度的流體。而離心泵的工作點是以水為基準設(shè)定好的，如果用于粘度稍高的流體，則需要配套減速機或變頻調(diào)速器，成本就大大的提高了，對于齒輪泵也是同樣如此。
2）氣動隔膜泵在易燃易爆的環(huán)境中用氣動泵可靠且成本低，如燃料、火藥、炸藥的輸送，因為：第一、接地后不可能產(chǎn)生火花；第二、工作中無熱量產(chǎn)生，機器不會過熱；第三、流體不會過熱因為隔膜泵對流體的攪動最小。
3）在工地惡劣的地方，如建筑工地、 工礦的廢水排放、由于污水中的雜質(zhì)多且成分復(fù)雜，管路易于堵塞，這樣對電泵就形成負荷過高的情況，電機發(fā)熱易損。氣動隔膜泵可通過顆粒且流量可調(diào)，管道堵塞時自動停止至通暢。
4）另外氣動隔膜泵體積小易于移動，不需要地基，占地面極小，安裝簡便經(jīng)濟?？勺鳛橐苿邮轿锪陷斔捅谩?/p>
5）在有危害性、腐蝕性的物料處理中，隔膜泵可將物料與外界完全隔開。
6)氣動隔膜泵可用于輸送化學性質(zhì)比較不穩(wěn)定的流體，如：感光材料、絮凝液等。這是因為隔膜泵的剪切力低，對材料的物理影響小。
7.氣動隔膜泵的10大優(yōu)點
1)流動寬敞，通過性能好，允許通過粒徑達10毫米。抽送泥漿、雜質(zhì)時，對泵磨損甚微；
2)氣動隔膜泵不需灌引水，吸程高達5-9米(干或濕)，揚程達70米，出口壓力≧7bar；
3)氣動隔膜泵無旋轉(zhuǎn)部件，沒有軸封，隔膜等抽送的介質(zhì)與泵的運動部件、工件介質(zhì)完全隔開，所輸送的介質(zhì)不會向外泄漏。所以抽送有毒、易揮發(fā)或腐蝕性介質(zhì)時，不會造成環(huán)境污染和危害人身安全；
4)揚程、流量可通過氣閥開度實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)(氣壓調(diào)節(jié)在1-7bar之間)
5)可以浸沒在介質(zhì)中工作
6)不必用電，在易燃、易爆場所使用安全可靠
7)氣動隔膜泵結(jié)構(gòu)簡單、易損件少，該泵結(jié)構(gòu)簡單，安裝、維修方便，泵輸送的介質(zhì)不會接觸到氣閥，聯(lián)桿等運動部件，不像其他類型的泵因轉(zhuǎn)子、活塞、齒輪、葉片等部件的磨損而使性能逐步下降；
8)使用方便、工作可靠、開停只需簡單地打開和關(guān)閉氣體閥門，即使由于意外情況而長時間無介質(zhì)運行或突然停機泵也不會因此而損壞，一旦超負荷，泵會自動地停機，具有自我保護性能，當負荷恢復(fù)正常后，又能自動啟動運行；
9)氣動隔膜泵無須用油潤滑，即使空轉(zhuǎn)，對泵也無任何影響，這是該泵一大特點；
10)可輸送較粘的液體(粘度在2萬厘泊以下)；
8.結(jié)束語
隔膜泵的選擇是非常細致的工作，不僅要有扎實的專業(yè)理論知識，還要有豐富實踐經(jīng)驗。選擇得好不僅有利于調(diào)節(jié)控制回路PID參數(shù)的整定，使被調(diào)參數(shù)得到較好地控制效果，也使隔膜泵的使用壽命大大增長。隔膜泵的選擇要因地制宜，并非一成不變，要在實踐的過程中不斷總結(jié)和創(chuàng)新，特別隨著機電一體化技術(shù)、計算機和數(shù)字信息技術(shù)的應(yīng)用，隔膜泵的結(jié)構(gòu)功能變得更好、更全面，為選擇隔膜泵提供了極大的方便。