系統(tǒng)地闡述了電機(jī)驅(qū)動(dòng)往復(fù)泵輸送礦漿峰值分散技術(shù)，在分析單臺(tái)往復(fù)泵流量脈動(dòng)及壓力脈動(dòng)產(chǎn)生原因的前提下，論述了多臺(tái)泵向同一管路輸送礦漿時(shí)產(chǎn)生峰值疊加的原因及消除峰值疊加的兩個(gè)條件，識(shí)別最佳分散相角值。針對(duì)現(xiàn)有多電機(jī)泵協(xié)調(diào)輸送系統(tǒng)，采用電機(jī)軸相關(guān)的同步控制策略，提出了基于耦合補(bǔ)償?shù)耐娇刂撇呗詫?shí)現(xiàn)輸送礦漿峰值分散。
在許多工藝裝置中，都存在利用多臺(tái)往復(fù)式泵(含各類(lèi)活塞、柱塞、隔膜型式的泵)向同一條管道輸送礦漿的工況，其驅(qū)動(dòng)裝置為多臺(tái)電機(jī)。在這類(lèi)工況中，時(shí)常出現(xiàn)振動(dòng)，尤其是輸送壓力較高時(shí)，振動(dòng)尤為劇烈。根據(jù)分散相角值識(shí)別，設(shè)計(jì)分區(qū)移動(dòng)副，采用多電機(jī)的同步驅(qū)動(dòng)，其同步性能會(huì)因各傳動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)特性不匹配、負(fù)載的擾動(dòng)等因素的影響而惡化。因此，多電機(jī)同步控制成為往復(fù)泵輸送料漿的關(guān)鍵部分之一。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)的同步控制進(jìn)行了廣泛的研究工作，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.chvacuum.com/)以前發(fā)布的文章也說(shuō)明了同步控制的一些方法。本文在此基礎(chǔ)上，根據(jù)往復(fù)泵的實(shí)際工況和功能需求，提出了同步控制策略。
1、往復(fù)泵工作原理
往復(fù)泵有往復(fù)式活塞泵、往復(fù)式柱塞泵、往復(fù)式活塞隔膜泵等多種結(jié)構(gòu)型式。其工作原理如圖1 所示。利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，造成腔內(nèi)容積變化，完成礦漿輸送。
往復(fù)泵活塞往復(fù)位移X 的公式為：
式中，ϕ 為曲柄轉(zhuǎn)角，ϕ = ωt ，其中ω 為曲柄角速度，t 為時(shí)間λ = RL，R 為曲柄半徑，L 為連桿長(zhǎng)度。根據(jù)上式，可以推導(dǎo)出單缸單作用往復(fù)泵的瞬時(shí)理論流量的公式為：
式中，qs 為瞬時(shí)理論流量，A 為活塞面積。由于λ = RL的值一般很小，可以忽略不計(jì)，則式(2)變?yōu)椋?/p>
顯然，單缸單作用往復(fù)泵的瞬時(shí)理論流量是脈動(dòng)的。工業(yè)生產(chǎn)中，普遍應(yīng)用的往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)型式有兩種：臥式雙缸雙作用及臥式三缸單作用(以下簡(jiǎn)稱雙缸雙作用、三缸單作用)。雙缸雙作用、三缸單作用泵的瞬時(shí)流量曲線可由單缸單作用的瞬時(shí)流量曲線疊加得到。
圖1 帶隔膜的往復(fù)泵工作原理示意圖
對(duì)于雙缸雙作用，兩缸的活塞的相角差ϕ = 90° ，其瞬時(shí)流量qs 曲線見(jiàn)圖2，其中取有活塞桿端的面積Ar 為無(wú)活塞桿端作用面積A 的0.8~0.9 倍，即Ar = (0.8~0.9)A。
圖2 雙缸雙作用瞬時(shí)流量曲線圖
對(duì)于三缸單作用，三缸的各活塞之間的相角差ϕ = 120° ，其瞬時(shí)流量曲線見(jiàn)圖3。
圖3 三缸單作用瞬時(shí)流量曲線圖
同一速度參考指令下4 臺(tái)電機(jī)的跟蹤誤差和同步誤差階躍響應(yīng)曲線如圖6、圖7 所示。從圖中看出，系統(tǒng)的跟蹤誤差在0.8 s 的時(shí)間內(nèi)就很快地收斂，同步誤差在1 s 的時(shí)間內(nèi)收斂能夠達(dá)到高速同步控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求。
負(fù)載突變(3 s)時(shí)系統(tǒng)的跟蹤誤差和同步誤差響應(yīng)曲線，如圖6(a)和圖7(a)所示。從圖中可以看到，控制器對(duì)外部擾動(dòng)具有較快的跟蹤收斂速度，且能夠在擾動(dòng)的情況下保持，同步誤差穩(wěn)定很快趨近零，較好地達(dá)到高速同步控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求。
結(jié)語(yǔ)
在往復(fù)泵峰值分散技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用耦合技術(shù)同步控制，泵組運(yùn)行平穩(wěn)，工作可靠，有效的控制工作壓力脈動(dòng)，至此不僅提高了往復(fù)泵設(shè)計(jì)、制造水平，而且針對(duì)管道傳輸?shù)耐娇刂品椒ㄑ芯�，有助于管道化輸送技術(shù)進(jìn)一步的成熟與發(fā)展
