彩色相紙生產(chǎn)降低計(jì)量泵量程提高流量控制精度

1、彩色相紙生產(chǎn)降低計(jì)量泵量程提高流量控制精度 王志剛，張亮，王鵬，劉青森 （樂凱膠片股份有限公司，河北 保定 071054）摘要：彩色相紙生產(chǎn)過程中，熔化乳劑層及堅(jiān)膜劑層供料計(jì)量泵在小流量生產(chǎn)狀況下精度變差，異常停車率增加，生產(chǎn)成本增高。通過改造計(jì)量泵柱塞，由直徑28mm改進(jìn)為20mm，相應(yīng)改進(jìn)填料與壓蓋等附件，改進(jìn)后計(jì)量泵最大量程由原來的2000ml/min降低到1050ml/min，提高了設(shè)備運(yùn)行精度，達(dá)到了降低異常停車率及生產(chǎn)成本的目的。關(guān)鍵詞：計(jì)量泵；柱塞；填料；流量波動 Reducing the metering pump range to improve

2、 flux precision in the color paper productionWang Zhigang，Zhang Liang，Wang Peng，Liu Qingsen，（Lucky Film Limited by Share Ltd, Baoding 071054,china）abstract：In color paper production, when the flux of emulsion and hardening agent are small, the flux precision of metering pump become low, frequen

3、cy of equipment stall increase and the cost of production also increase. By transforming the plunger diameter of metering pump into 20mm instead of 28mm, accordingly changed the attachment such as packing and gland, the improved maximum range of metering pump reduced from 2000 ml/min to 1050 ml/min,

4、 the precision of the equipment operation improved, the requency of equipment stall reduced and the production cost also came down.Keywords：metering pump; plunger;  packing; volatility of flux1 引言作為彩紙生產(chǎn)供料計(jì)量用的柱塞泵，是一種精密設(shè)備，主要體現(xiàn)在其流量控制精度高（誤差1%左右）、無脈沖、無泄漏、運(yùn)行穩(wěn)定，其工作原理是由電機(jī)經(jīng)過減速后帶動凸輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，凸輪帶動軸作往復(fù)運(yùn)動，和軸連接的

5、柱塞同樣作往復(fù)運(yùn)動，柱塞推動物料進(jìn)行供料。為解決柱塞往復(fù)運(yùn)動時產(chǎn)生的脈沖，雙柱塞計(jì)量泵采取精密的單向閥結(jié)構(gòu)，如圖1所示，當(dāng)A柱塞向前運(yùn)動供料時，物料頂起出口單向閥，進(jìn)口單向閥回落密封，防止A柱塞物料回流而產(chǎn)生脈沖，同時B柱塞向后運(yùn)動，出口單向閥回落密封，進(jìn)口單向閥打開進(jìn)料，如此往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)無脈沖供料。圖1 計(jì)量泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig 1 The Inner Structure Of The Metering Pumps計(jì)量泵是熔化供料系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，車間彩紙生產(chǎn)線在線使用流量為2600ml/min的日機(jī)裝計(jì)量泵，分別輸送隔層與分散物料，生產(chǎn)流量設(shè)定在15002400ml/min，符合計(jì)量泵精度使

6、用范圍，流量波動、脈沖等故障率較低。乳劑和堅(jiān)膜劑使用流量為2000ml/min、型號為C22Y-0.4F-28D1K的日機(jī)裝計(jì)量泵，實(shí)際生產(chǎn)正常流量需要供180ml/min到500ml/min，流量越小，泵的工作頻率越低，精度越差，給生產(chǎn)控制帶來很大難度，并且造成異常停車率的升高。本文通過對計(jì)量泵供料原理進(jìn)行了分析，確定了通過改進(jìn)計(jì)量泵柱塞提高流量控制精度的方法，詳細(xì)記錄了改造過程，并對改造前后流量控制精度進(jìn)行了對比分析。2 熔化乳劑層及堅(jiān)膜劑層供料計(jì)量泵在生產(chǎn)中存在的問題以下是熔化乳劑層及堅(jiān)膜劑層供料計(jì)量泵常見問題：（1）2012年因乳劑及堅(jiān)膜劑泵波動造成異常停車16次，占車間全部設(shè)備異常停

7、車次數(shù)的50%，究其原因：一是供料流量小，二是物料附著物黏附在泵的單向閥上，處理的方法一般是停車用物料大流量沖一下，或通知維修人員清洗單向閥。（2）改進(jìn)型相紙產(chǎn)品乳劑流量小，190ml/min不能滿足生產(chǎn)需要，只能每次涂布換量程300ml/min、流量波動大的堅(jiān)膜劑泵。（3）當(dāng)流量小于180ml/min時，泵不但流量波動大，且經(jīng)常出現(xiàn)自?，F(xiàn)象。熔化乳劑層及堅(jiān)膜劑層供料計(jì)量泵的最大額定流量為2000ml/min，實(shí)際生產(chǎn)正常流量需要供180ml/min到500ml/min，流量越小，工作頻率越低，泵的精度越差，導(dǎo)致流量波動大，造成異常停車率高。同時改進(jìn)彩色相紙需要降低銀量，要求乳劑流量逐步降低，

8、如果泵不改進(jìn)，勢必會影響以后生產(chǎn)。如果購買相應(yīng)小量程的進(jìn)口新計(jì)量泵，一臺造價高達(dá)10萬余元。3 計(jì)量泵改造的實(shí)施及生產(chǎn)驗(yàn)證3.1 計(jì)量泵改造前的論證計(jì)量泵單向閥原理：鋼球安放在閥座孔上，閥導(dǎo)向安裝在閥座上，鋼球在閥導(dǎo)向內(nèi)上下運(yùn)動；當(dāng)柱塞向前運(yùn)動供料時，鋼球向上運(yùn)動，物料通過閥座中心孔；當(dāng)柱塞向后運(yùn)動回撤時，鋼球回落密封住閥導(dǎo)向且保證密封嚴(yán)密不漏料。由于計(jì)量泵單向閥的以上特性，當(dāng)物料黏附在鋼球上，鋼球運(yùn)動不靈活或物料中有雜質(zhì)都可能造成鋼球無法靈活向上運(yùn)動供料、鋼球無法密封住閥座孔，從而造成波動。尤其是小流量時，柱塞往復(fù)運(yùn)動頻率低，鋼球上的黏附物或雜質(zhì)無法被及時帶走，就會造成泵流量的波動而停車。而

9、當(dāng)柱塞往復(fù)運(yùn)動頻率高時，以上問題會相應(yīng)減輕，這也是為下面的改造提供了改造思路和方向。3.2 計(jì)量泵改造思路通過對日常運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)泵波動造成異常停車大部分原因是由于泵額定流量大而生產(chǎn)使用流量小，柱塞運(yùn)行慢，導(dǎo)致物料附著物黏附在泵單向閥上引起的。處理的方法一般是停車用物料大流量沖一下，或聯(lián)系維修人員清洗單向閥，因此改造需要在保證泵精度的前提下降低泵的額定流量。通過查閱計(jì)量泵的工作原理，得到以下公式：泵流量=泵運(yùn)轉(zhuǎn)頻率*泵柱塞行程*泵柱塞截面積1泵運(yùn)轉(zhuǎn)頻率由變頻器控制，小流量下已到最低值，無法改變；泵柱塞行程由凸輪大小決定，凸輪也是一種制造精密的異形部件，改造難度較大；而泵柱塞

10、截面積是由柱塞粗細(xì)決定，相對來說改造較容易。因?yàn)楸昧髁?泵運(yùn)轉(zhuǎn)頻率*泵柱塞行程*泵柱塞截面積，在泵流量，泵柱塞行程一定的情況下縮小泵柱塞截面積也就等于相應(yīng)提高了泵的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。3.3 改造的實(shí)施 3.3.1 改造準(zhǔn)備工作（1）選用目標(biāo)計(jì)量泵為改進(jìn)對象。最大流量2000ml/min，柱塞直徑28mm。（2）設(shè)計(jì)新柱塞直徑：目前泵最大額定流量2000ml/min，計(jì)劃將泵最大額定流量降低至1000ml/min左右，計(jì)量泵行程L不變，那么截面積與流量呈正比關(guān)系：S1：Q1=S2：Q2；計(jì)算得出改進(jìn)柱塞直徑D。2000/1000=28*28/D*D，計(jì)算得D*D=392，圓整D=20，此時計(jì)算泵最大額定

11、流量1020ml/min，既能滿足生產(chǎn)流量下泵頻率，又能滿足排泡流量；因此按直徑20mm加工柱塞2。（3）按柱塞直徑20mm設(shè)計(jì)加工密封填料、填料檔環(huán)3，保證物料無泄漏。3.3.2 改造實(shí)施與試車（1）改造前設(shè)備運(yùn)行狀況記錄選用目標(biāo)計(jì)量泵為改進(jìn)對象。最大流量2000 ml/min，改造前柱塞直徑28mm改進(jìn)后柱塞直徑20mm按改造技術(shù)要求更換填料壓蓋。計(jì)量泵改造前自動設(shè)定流量的流量趨勢如表1：表1 改造前自動設(shè)定流量的流量趨勢Table 1 The Flux Trend By Setting Flux Automatically Before Reform改進(jìn)前流量波動偏差頻率儀表走線趨勢脈沖

12、狀況300ml/min±47 Hz較平穩(wěn)，稍有鋸齒波動趨勢無脈沖200ml/min±55 Hz較平穩(wěn)，有鋸齒波動趨勢輕微脈沖工作狀態(tài)改為手動，調(diào)整變頻器頻率控制流量，流量趨勢如表2：表2 改造前手動調(diào)整頻率流量趨勢Table 2 The Flux Trend By Setting Frequency Manually Before Reform手動頻率流量ml/min流量波動偏差儀表走線趨勢脈沖狀況50 Hz15000直線趨勢穩(wěn)定無脈沖30 Hz13191320±0.5直線趨勢穩(wěn)定無脈沖15 Hz656658±1直線趨勢穩(wěn)定無脈沖5 Hz196206&#

13、177;5較平穩(wěn)有鋸齒波動趨勢稍有脈沖試車脈沖狀況：流量200ml/min以上無脈沖、運(yùn)行狀況良好；流量200ml/min以下脈沖狀況加?。涣髁?00ml/min波動偏差較大逐步加劇。（2）柱塞改進(jìn)驗(yàn)證拆泵，沖洗單向閥，不做單向閥解體檢修工作。測量柱塞軸徑和長度，保證兩柱塞安裝尺寸一致。更換直徑20毫米的柱塞，及相應(yīng)的填料，測量填料安裝高度，保持兩柱塞一致。手工研磨填料，調(diào)整壓蓋壓緊力，保持兩柱塞摩擦阻力一致?，F(xiàn)場恢復(fù)安裝，手動大量控制研磨2小時。手動調(diào)節(jié)頻率記錄流量及波動趨勢如表3：表3 改造后手動調(diào)整頻率流量趨勢Table 3 The Flux Trend By Setting Frequ

14、ency Manually After Reform改進(jìn)后流量ml/min流量波動偏差儀表走線趨勢脈沖狀況實(shí)測流量cc頻率50 Hz11240直線趨勢平穩(wěn)無1132頻率30 Hz6730直線趨勢平穩(wěn)無677頻率15 Hz3310直線趨勢平穩(wěn)無336頻率5Hz107±2直線趨勢平穩(wěn)無114工作狀態(tài)改為自動，記錄自動狀態(tài)下流量及波動趨勢如表4：表4 改造后自動設(shè)定流量的流量趨勢Table 4 The Flux Trend By Setting Flux Automatically After Reform改進(jìn)后流量設(shè)定流量波動偏差頻率Hz儀表走線趨勢脈沖狀況實(shí)測流量1100ml/min&

15、#177;149.1直線趨勢平穩(wěn)無11031000ml/min044.6直線趨勢平穩(wěn)無1004800ml/min035.87直線趨勢平穩(wěn)無804500ml/min022.6直線趨勢平穩(wěn)無505300ml/min013.7直線趨勢平穩(wěn)無308200ml/min±0.59.25直線趨勢平穩(wěn)無207150ml/min±0.57直線趨勢平穩(wěn)無155100ml/min±24.7稍有鋸齒趨勢無106如圖2所示，改造后無論手動控制還是自動控制，流量趨勢比較平穩(wěn)。圖2 柱塞改造后流量控制趨勢Fig 2 The Flux Trend After Reform生產(chǎn)中應(yīng)用自動控制較多，

16、將改造前后小流量趨勢對比如表5：表5 改造前后自動控制小流量趨勢對比Table 5 The Comparison Between Before And After The Reform With Small Automatical Flux流量ml/min控制參數(shù)改造前：柱塞直徑28mm改造前：柱塞直徑20mm200頻率Hz59.25流量波動偏差±5±0.5儀表走線趨勢較平穩(wěn)，有鋸齒波動趨勢直線趨勢平穩(wěn)脈沖狀況輕微脈沖無300頻率Hz713.7流量波動偏差±40儀表走線趨勢較平穩(wěn)，稍有鋸齒波動趨勢直線趨勢平穩(wěn)脈沖狀況無無3.3.3 對比、分析圖表數(shù)據(jù)（1）匯總試車

17、圖表數(shù)據(jù)得到表5，從表中兩種小流量數(shù)據(jù)對比，可看出自動控制條件下，改造前流量200ml/min，變頻控制為5赫茲，流量波動±5，柱塞改進(jìn)后流量200ml/min，變頻控制為9.25赫茲，流量波動為±0.5，測定流量相符，計(jì)量泵運(yùn)行狀況良好。（2）從表2、表3中可以看出，手動控制50赫茲，改造前流量1500 ml/min，改造后流量1124 ml/min，達(dá)到了減小承壓面積，降低流量的改造目的，可交付工藝試車驗(yàn)證。（3）經(jīng)測算流量200ml/min時，變頻器控制由5赫茲提升至9.25赫茲，單位時間耗電量增長較少，按電機(jī)額定功率0.75KW測算，全年生產(chǎn)5臺電機(jī)增加的耗電費(fèi)用不

18、超過5000元。計(jì)量泵電機(jī)的風(fēng)扇是固定在電機(jī)主軸上的，在5赫茲控制條件下工作，鼓風(fēng)量過小，可導(dǎo)致因散熱不良而過熱燒毀，變頻器則易出現(xiàn)過熱保護(hù)的故障，同流量下提高工作頻率有利于保護(hù)電機(jī)與變頻器。（4）從表4得知流量100 ml/min，變頻控制4.7赫茲，接近5赫茲控制范圍，試車4小時未出現(xiàn)自停和電機(jī)過熱問題，可滿足生產(chǎn)過程中短時間小溢流需求（不超過30分鐘），建議車間將小溢流生產(chǎn)流量設(shè)定由180 ml/min降低到100 ml/min。3.4 生產(chǎn)驗(yàn)證與批量改進(jìn)經(jīng)工藝崗位試車和流量檢測合格后，正式交付生產(chǎn)使用，生產(chǎn)流量設(shè)定330ml/min，波動0，無脈沖，小溢流量100 ml/min，無自停故障發(fā)生，達(dá)到了計(jì)量泵降低流量提高精度的設(shè)備改進(jìn)目標(biāo)。后續(xù)經(jīng)過數(shù)周期生產(chǎn)，計(jì)量泵運(yùn)行狀態(tài)良好，目前已批量加工直徑20mm的陶瓷柱塞、填料與壓蓋，對熔化乳劑和堅(jiān)膜劑計(jì)量泵進(jìn)行全部改進(jìn)，效果顯著。3 結(jié)論通過對量程為2000 ml/min的計(jì)量泵的柱塞進(jìn)行改造，提高計(jì)量泵工作頻率，減少了生產(chǎn)線因計(jì)量泵流量波動、過熱自停等異常停車，全年可減少異常停車損失26萬元；改進(jìn)措施滿足了小流量彩色相紙品種的生產(chǎn)要求；降低了物料小溢流生產(chǎn)時的流量，由180 ml/min降低到100 ml/min，每