變頻器在陶瓷行業高壓柱塞泵上的應用

摘要 本文根據陶瓷液壓擠管機的工藝特性，從節能角度論述了變頻器在陶瓷行業高壓柱塞泵上的應用。

關鍵詞 陶瓷行業，液壓柱塞泵，變頻器

1前言

目前，我國陶瓷行業使用的陶瓷液壓柱塞泵能耗偏高，除了與液壓工業產品性能和質量有關外，主要是設計者在液壓系統設計中，對液壓柱塞泵的合理使用還有欠缺之處。本文根據陶瓷液壓擠管機的工藝特性，從節能角度論述了合理使用液壓柱塞泵的方法，對陶瓷液壓柱塞泵或類似設備的液壓系統設計及其技術改造具有重要的參考價值。

2系統分析

液壓柱塞泵見圖1，液壓柱塞泵是液壓控制系統的“心臟”。因此，在生產過程中，不僅要選擇最適合于某種場合的通用型泵，而且必須考慮該種泵多種變型的不同結構特性。陶瓷液壓柱塞泵，主油路液壓系統皆采用手動變量高壓柱塞泵，其額定壓強為31.5MPa，主擠壓缸額定工作壓強為20MPa；驅動電機功率一般達11kW。由于設計者在液壓系統設計中，忽視了主機的工藝特性，導致所選擇的液壓泵的類型及特性不適合主機工況，這是造成功耗偏高的重要原因。因此，設計者應根據主機的工況特性，分析比較在特定的速度和壓力條件下各類液壓泵的特性及功能，從而選擇適合于主機工況下的液壓泵類型。由此可見，詳細地研究泵及其系統的適應性是非常必要的。陶瓷液壓柱塞泵的功耗應取決于擠管機的工作特性，盡可能使泵的輸出流量和壓力與負載所需要的流量(速度)和壓力相匹配。陶瓷液壓柱塞泵系統的作用是通過工作油缸活塞桿上的擠壓頭對被擠泥料(陶瓷泥)產生足夠的擠壓力。理想的液壓系統壓力(P)在擠壓過程中隨時間(t)而變化，在t

下面舉例說明C325O-Ⅱ型陶瓷擠管機主油路液壓系統的油泵所選用的25SCYI4-1B型手動變量柱塞泵。擠制一定規格產品時，在整個擠壓過程中，泵的排油量是固定的，此時，油泵驅動電機功率應按下式計算：

N=Pl×Q ／K

式中：

P1——液壓系統的額定工作壓強(MPa)

Q——油泵的額定流量(cm3／s)

K——油泵的總效率

經計算，驅動電機的計算功率應為N＝10.2kW 。

實際上擠管機在擠壓過程中，系統壓力增大時，所需流量應大大下降，即應為變流量系統，以保證工作油缸活塞桿具有所要求的擠壓速度。而手動變量柱塞泵無自動變量性能，當負載所需流量減少時，泵的流量將大于負載所需的流量，多余的油液從溢流閥流回油箱，能量損失較大。同時，也容易使液壓系統升溫過快、過高和產生泄漏現象，影響系統的正常工作。雖然手動變量柱塞泵可通過手動變量機構調節流量，但一般是根據擠制不同規格制件時所要求的擠壓速度而定，由人工預先進行調節。操作者不可能根據負載所要求的速度精確調整所需的流量。因此在擠壓過程中，流量還是固定的(因手動變量機構只有在泵空載時進行變量)，這樣消耗在溢流閥溢流上的功率仍然不可避免。

根據擠管機擠壓頭接觸到泥料后的運動速度要求，可知進入工作油缸的液壓油流量與壓力均發生變化，即當系統壓力上升時，流量必須隨之逐漸減少，而壓力補償自動變量柱塞泵基本上能符合這一要求。因此，選用變頻器對高壓柱塞泵進行自動變量調節，使擠管機的液壓系統為變流量系統，才能滿足擠管機的工況特性，并能達到降低能耗的目的。

卸荷溢流閥的作用：卸荷溢流閥主要用于裝有蓄能器的液壓回路中，當蓄能器充液壓力達到閥的設定壓力時自動地使液壓泵卸荷。閥內裝單向閥，防止蓄能器中的有壓油液倒流。此時由蓄能器維持對系統供油使泵卸荷從而收到節能效果。當蓄能器中油液壓力降至閥設定壓力的85%左右時，閥又復載，液壓泵恢復向蓄能器充液。

3節能原理

油泵是柱塞泵系統工作的動力來源，利用變頻器對油泵進行控制，主要通過對其流量的控制來產生有效的節能，這是變頻器最廣泛的一種應用。油泵是一種平方轉矩負載，其轉速n與流量Q、壓力P及泵的軸功率E的關系如下式所示：

Q1／Q2 ＝n1 /n2；

P1／P2 ＝ (n1/n2)2

E1／E2 ＝(n1/n2)3

由上式可看出，泵的流量與其轉速成正比，泵的壓力與其轉速的平方成正比，泵的軸功率與其轉速的立方成正比。由此可見，當壓力下降時，油泵功率呈平方關系下降。此時可考慮首先將液壓系統的溢流閥關閉，采用變頻器進行變量泵的速度控制。

4改造方法

以歐瑞變頻器F1000－G系列為例說明。該變頻器安裝簡單，方便，只須將三相輸入線(電源至變頻器連接線)接在變頻器端子R、S、T上。三相輸出線(變頻器至電機連接線)接U、V、W。接地線接PE端子，接地線截面積不小于功率線的2／3，接地電阻不能大于10歐姆。改造前后的主回路接線示意圖見圖2、圖3所示。

5結 論

綜上所述，經過變頻器的改造后可以達到以下效果：

(1) 采用變頻器控制電機的轉速，關閉溢流閥調節，降低了設備的故障率，節電效果顯著。

(2) 采用變頻器控制電機，實現了電機的軟啟動，延長了設備的使用壽命，避免了對電網的沖擊。

(3) 電機將在低于額定轉速的狀態下運行，減少了噪聲對環境的影響。

(4) 具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能及聲光報警功能。

(5) 安裝時可不破壞原有的配電設施及環境，不影響生產，保證生產的同時也提高了系統的可靠性。

根據上述的原理，利用變頻器進行節能改造后，節電率可以達到15%～40%，節電效果相當可觀。