彩色相纸生产降低计量泵量程提高流量控制精度

1、彩色相纸生产降低计量泵量程提高流量控制精度 王志刚，张亮，王鹏，刘青森 （乐凯胶片股份有限公司，河北 保定 071054）摘要：彩色相纸生产过程中，熔化乳剂层及坚膜剂层供料计量泵在小流量生产状况下精度变差，异常停车率增加，生产成本增高。通过改造计量泵柱塞，由直径28mm改进为20mm，相应改进填料与压盖等附件，改进后计量泵最大量程由原来的2000ml/min降低到1050ml/min，提高了设备运行精度，达到了降低异常停车率及生产成本的目的。关键词：计量泵；柱塞；填料；流量波动 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 引言作为彩纸生产供料计量用的柱塞泵，是一种精密设备，主要体现在其流量控制精度高（误差1%左右）、无脉冲、无泄漏、运行稳定，其工作原理是由电机经过减速后带动凸轮作旋转运动，凸轮带动轴作往复运动，和轴连接的

5、柱塞同样作往复运动，柱塞推动物料进行供料。为解决柱塞往复运动时产生的脉冲，双柱塞计量泵采取精密的单向阀结构，如图1所示，当A柱塞向前运动供料时，物料顶起出口单向阀，进口单向阀回落密封，防止A柱塞物料回流而产生脉冲，同时B柱塞向后运动，出口单向阀回落密封，进口单向阀打开进料，如此往复运动，实现无脉冲供料。图1 计量泵内部结构Fig 1 The Inner Structure Of The Metering Pumps计量泵是熔化供料系统中的关键设备，车间彩纸生产线在线使用流量为2600ml/min的日机装计量泵，分别输送隔层与分散物料，生产流量设定在15002400ml/min，符合计量泵精度使

6、用范围，流量波动、脉冲等故障率较低。乳剂和坚膜剂使用流量为2000ml/min、型号为C22Y-0.4F-28D1K的日机装计量泵，实际生产正常流量需要供180ml/min到500ml/min，流量越小，泵的工作频率越低，精度越差，给生产控制带来很大难度，并且造成异常停车率的升高。本文通过对计量泵供料原理进行了分析，确定了通过改进计量泵柱塞提高流量控制精度的方法，详细记录了改造过程，并对改造前后流量控制精度进行了对比分析。2 熔化乳剂层及坚膜剂层供料计量泵在生产中存在的问题以下是熔化乳剂层及坚膜剂层供料计量泵常见问题：（1）2012年因乳剂及坚膜剂泵波动造成异常停车16次，占车间全部设备异常停

7、车次数的50%，究其原因：一是供料流量小，二是物料附着物黏附在泵的单向阀上，处理的方法一般是停车用物料大流量冲一下，或通知维修人员清洗单向阀。（2）改进型相纸产品乳剂流量小，190ml/min不能满足生产需要，只能每次涂布换量程300ml/min、流量波动大的坚膜剂泵。（3）当流量小于180ml/min时，泵不但流量波动大，且经常出现自停现象。熔化乳剂层及坚膜剂层供料计量泵的最大额定流量为2000ml/min，实际生产正常流量需要供180ml/min到500ml/min，流量越小，工作频率越低，泵的精度越差，导致流量波动大，造成异常停车率高。同时改进彩色相纸需要降低银量，要求乳剂流量逐步降低，

8、如果泵不改进，势必会影响以后生产。如果购买相应小量程的进口新计量泵，一台造价高达10万余元。3 计量泵改造的实施及生产验证3.1 计量泵改造前的论证计量泵单向阀原理：钢球安放在阀座孔上，阀导向安装在阀座上，钢球在阀导向内上下运动；当柱塞向前运动供料时，钢球向上运动，物料通过阀座中心孔；当柱塞向后运动回撤时，钢球回落密封住阀导向且保证密封严密不漏料。由于计量泵单向阀的以上特性，当物料黏附在钢球上，钢球运动不灵活或物料中有杂质都可能造成钢球无法灵活向上运动供料、钢球无法密封住阀座孔，从而造成波动。尤其是小流量时，柱塞往复运动频率低，钢球上的黏附物或杂质无法被及时带走，就会造成泵流量的波动而停车。而

9、当柱塞往复运动频率高时，以上问题会相应减轻，这也是为下面的改造提供了改造思路和方向。3.2 计量泵改造思路通过对日常运行过程中出现的问题进行分析，发现泵波动造成异常停车大部分原因是由于泵额定流量大而生产使用流量小，柱塞运行慢，导致物料附着物黏附在泵单向阀上引起的。处理的方法一般是停车用物料大流量冲一下，或联系维修人员清洗单向阀，因此改造需要在保证泵精度的前提下降低泵的额定流量。通过查阅计量泵的工作原理，得到以下公式：泵流量=泵运转频率*泵柱塞行程*泵柱塞截面积1泵运转频率由变频器控制，小流量下已到最低值，无法改变；泵柱塞行程由凸轮大小决定，凸轮也是一种制造精密的异形部件，改造难度较大；而泵柱塞

10、截面积是由柱塞粗细决定，相对来说改造较容易。因为泵流量=泵运转频率*泵柱塞行程*泵柱塞截面积，在泵流量，泵柱塞行程一定的情况下缩小泵柱塞截面积也就等于相应提高了泵的运转频率。3.3 改造的实施 3.3.1 改造准备工作（1）选用目标计量泵为改进对象。最大流量2000ml/min，柱塞直径28mm。（2）设计新柱塞直径：目前泵最大额定流量2000ml/min，计划将泵最大额定流量降低至1000ml/min左右，计量泵行程L不变，那么截面积与流量呈正比关系：S1：Q1=S2：Q2；计算得出改进柱塞直径D。2000/1000=28*28/D*D，计算得D*D=392，圆整D=20，此时计算泵最大额定

11、流量1020ml/min，既能满足生产流量下泵频率，又能满足排泡流量；因此按直径20mm加工柱塞2。（3）按柱塞直径20mm设计加工密封填料、填料档环3，保证物料无泄漏。3.3.2 改造实施与试车（1）改造前设备运行状况记录选用目标计量泵为改进对象。最大流量2000 ml/min，改造前柱塞直径28mm改进后柱塞直径20mm按改造技术要求更换填料压盖。计量泵改造前自动设定流量的流量趋势如表1：表1 改造前自动设定流量的流量趋势Table 1 The Flux Trend By Setting Flux Automatically Before Reform改进前流量波动偏差频率仪表走线趋势脉冲

12、状况300ml/min±47 Hz较平稳，稍有锯齿波动趋势无脉冲200ml/min±55 Hz较平稳，有锯齿波动趋势轻微脉冲工作状态改为手动，调整变频器频率控制流量，流量趋势如表2：表2 改造前手动调整频率流量趋势Table 2 The Flux Trend By Setting Frequency Manually Before Reform手动频率流量ml/min流量波动偏差仪表走线趋势脉冲状况50 Hz15000直线趋势稳定无脉冲30 Hz13191320±0.5直线趋势稳定无脉冲15 Hz656658±1直线趋势稳定无脉冲5 Hz196206&#

13、177;5较平稳有锯齿波动趋势稍有脉冲试车脉冲状况：流量200ml/min以上无脉冲、运行状况良好；流量200ml/min以下脉冲状况加剧；流量300ml/min波动偏差较大逐步加剧。（2）柱塞改进验证拆泵，冲洗单向阀，不做单向阀解体检修工作。测量柱塞轴径和长度，保证两柱塞安装尺寸一致。更换直径20毫米的柱塞，及相应的填料，测量填料安装高度，保持两柱塞一致。手工研磨填料，调整压盖压紧力，保持两柱塞摩擦阻力一致。现场恢复安装，手动大量控制研磨2小时。手动调节频率记录流量及波动趋势如表3：表3 改造后手动调整频率流量趋势Table 3 The Flux Trend By Setting Frequ

14、ency Manually After Reform改进后流量ml/min流量波动偏差仪表走线趋势脉冲状况实测流量cc频率50 Hz11240直线趋势平稳无1132频率30 Hz6730直线趋势平稳无677频率15 Hz3310直线趋势平稳无336频率5Hz107±2直线趋势平稳无114工作状态改为自动，记录自动状态下流量及波动趋势如表4：表4 改造后自动设定流量的流量趋势Table 4 The Flux Trend By Setting Flux Automatically After Reform改进后流量设定流量波动偏差频率Hz仪表走线趋势脉冲状况实测流量1100ml/min&

15、#177;149.1直线趋势平稳无11031000ml/min044.6直线趋势平稳无1004800ml/min035.87直线趋势平稳无804500ml/min022.6直线趋势平稳无505300ml/min013.7直线趋势平稳无308200ml/min±0.59.25直线趋势平稳无207150ml/min±0.57直线趋势平稳无155100ml/min±24.7稍有锯齿趋势无106如图2所示，改造后无论手动控制还是自动控制，流量趋势比较平稳。图2 柱塞改造后流量控制趋势Fig 2 The Flux Trend After Reform生产中应用自动控制较多，

16、将改造前后小流量趋势对比如表5：表5 改造前后自动控制小流量趋势对比Table 5 The Comparison Between Before And After The Reform With Small Automatical Flux流量ml/min控制参数改造前：柱塞直径28mm改造前：柱塞直径20mm200频率Hz59.25流量波动偏差±5±0.5仪表走线趋势较平稳，有锯齿波动趋势直线趋势平稳脉冲状况轻微脉冲无300频率Hz713.7流量波动偏差±40仪表走线趋势较平稳，稍有锯齿波动趋势直线趋势平稳脉冲状况无无3.3.3 对比、分析图表数据（1）汇总试车

17、图表数据得到表5，从表中两种小流量数据对比，可看出自动控制条件下，改造前流量200ml/min，变频控制为5赫兹，流量波动±5，柱塞改进后流量200ml/min，变频控制为9.25赫兹，流量波动为±0.5，测定流量相符，计量泵运行状况良好。（2）从表2、表3中可以看出，手动控制50赫兹，改造前流量1500 ml/min，改造后流量1124 ml/min，达到了减小承压面积，降低流量的改造目的，可交付工艺试车验证。（3）经测算流量200ml/min时，变频器控制由5赫兹提升至9.25赫兹，单位时间耗电量增长较少，按电机额定功率0.75KW测算，全年生产5台电机增加的耗电费用不

18、超过5000元。计量泵电机的风扇是固定在电机主轴上的，在5赫兹控制条件下工作，鼓风量过小，可导致因散热不良而过热烧毁，变频器则易出现过热保护的故障，同流量下提高工作频率有利于保护电机与变频器。（4）从表4得知流量100 ml/min，变频控制4.7赫兹，接近5赫兹控制范围，试车4小时未出现自停和电机过热问题，可满足生产过程中短时间小溢流需求（不超过30分钟），建议车间将小溢流生产流量设定由180 ml/min降低到100 ml/min。3.4 生产验证与批量改进经工艺岗位试车和流量检测合格后，正式交付生产使用，生产流量设定330ml/min，波动0，无脉冲，小溢流量100 ml/min，无自停故障发生，达到了计量泵降低流量提高精度的设备改进目标。后续经过数周期生产，计量泵运行状态良好，目前已批量加工直径20mm的陶瓷柱塞、填料与压盖，对熔化乳剂和坚膜剂计量泵进行全部改进，效果显著。3 结论通过对量程为2000 ml/min的计量泵的柱塞进行改造，提高计量泵工作频率，减少了生产线因计量泵流量波动、过热自停等异常停车，全年可减少异常停车损失26万元；改进措施满足了小流量彩色相纸品种的生产要求；降低了物料小溢流生产时的流量，由180 ml/min降低到100 ml/min，每