化工液壓泵站的類型及變頻節能技術探討

莊心生，王留賀，姚軼培

(河南神馬尼龍化工公司有限責任公司，河南平頂山 467000)

0 前言

化工企業的液壓站是現代液壓技術中應用較為廣泛的結構形態。既是各類液壓系統設計過程的集成，又是保證主機長期可靠工作的重要裝置，正確合理地設計和使用液壓站，對于提高液壓系統乃至整套液壓設備的工作性能和運行經濟指標，具有重要意義。

1 組成

化工液壓泵站是由多種元附件組合而成，作為液壓系統的動力源，它為一個或幾個系統存放清潔的工作介質，同時輸出一定的壓力及流量的液體動力，液壓泵站是整個液壓系統或液壓站的重要組成部分，其設計的優劣和使用維護的合理性，對液壓設備性能關系重大［1］。液壓泵站由液壓泵組、油箱組件、控溫組件、過濾器組件和蓄能器五個相對獨立的部分組成。盡管這五個部分相對獨立，但在液壓泵站的設計和使用中，除了機器設備的特殊工況和具體要求進行調配以外，通常需要將它們一起進行適當的組合，構成一個合理的整體［2-3］。

2 類型

2.1 按液壓泵組布置方式分類

上置式液壓泵站。此類液壓泵站中的泵組布置在油箱之上。特點:上置式液壓動力源泉占地面積小，結構緊湊，液壓泵于油箱內的立式安裝，噪聲低且便于收集漏油，油箱容量可達1 000 L，在中、小功率液壓站中被廣泛采用。其液壓泵可以使用定量型或變量型，對于臥式液壓泵站，由于液壓泵置于油箱之上，為了防止液壓泵進油口處產生過大的真空度，造成吸空或氣穴現象，應注意各類液壓泵的吸油高度不要超出其允許值，各類液壓泵的吸油高度見表1。

表1 液壓泵的吸油高度 mm

非上置式液壓泵站。此類液壓泵站是將泵組布置在底座或地基上，非上置式液壓泵站由于液壓泵置于油箱液面以下，故能有效改善液壓泵的吸入性能，液壓泵可以是定量型或變量型，且具有高度低，便于維護的優點，但占地面積大，泵的吸入允許高度受限制，傳動功率較大，使用空間不受限制以及開機率低，適用于使用時能很快投入運行的場合。

柜式和便攜式液壓泵站。柜式液壓泵站是將泵組和油箱整體置于封閉型柜體內，其優點是外形整齊美觀且可在柜體上方便地布置壓力、流量、溫度等測量登記表板和電控箱，柜體封閉泵組從而屏蔽了噪聲，同時能有效地減少外界污染，其缺點是由于需顧及操作和維護的空間及液壓系統的散熱，致使其外形尺寸較大，通常僅用于中、小功率及實驗室場合下。

2.2 按液壓泵組的驅動方式分類

按液壓泵組的驅動方式，可將液壓泵站分為電動型、機動型和手動型三種，以電動機作為原動機的電動型液壓泵站，適宜有穩定電力供應的固定式機械設備，工作時噪聲低，應用最為普遍。以柴油機和汽油機為原動機的機動型號液壓泵站，適用于不需要電源或電力短缺的偏遠地區以及野外作業的各類施工設備使用，但工作時噪聲較大。

按液壓泵組的輸出壓力高低可將液壓泵站分為低壓、中壓和超高壓等類型;按液壓泵組輸出流量特性可將液壓泵站分為定量型號和變量型兩種;而變量型號泵站按壓力—流量的調節特性又可分為恒功率式、恒壓式、恒流量式、限壓式及壓力切斷式等。不同的輸出壓力和流量特性可以適應不同的主機工況和工作要求。

3 液壓控制裝置

液壓控制裝置是液壓動力泵站設計的一個重點，因此合理選擇、設計液壓控制裝置對于液壓系統性能的好壞是非常重要的。一個液壓系統中有很多控制閥，這些控制閥可用不同方式來連接或集成，液壓控制裝置是液壓控制元件及其連接件的組合，故又稱為液壓閥組，通常分為有管集成和無管集成兩類集成方式。

有管集成是液壓技術中最早采用的一種集成化方式，它是用管件(管子和管接頭)將各個管式連接的液壓控制閥集成在一起。有管集成液壓控制裝置的設計、制造和安裝較為簡單，只要按照液壓系統原理圖的油路要求，用與閥的油口尺寸規格相對應的管接頭和油管將選定的管式液壓控制閥連接起來即可。但當組成系統的控制元件較多時，要求有較多的管子和管接頭，上下交叉，縱橫交錯，占用空間加大，從而造成系統布置不便，安裝維護和故障診斷困難，系統運行時，壓力損失大，且容易產生泄漏，混入空氣及振動噪聲等不良現象。因此僅用于較簡單的液壓系統及有些行走機械設備中。

無管集成是將液壓控制元件固定在某種專用或通用的輔助連接件上，輔助連接件內開有一系列通油孔道，液壓控制元件之間的油路聯系通過這些通油孔道來實現。按輔助連接件形式的不同，無管集成可分為板式、塊式、疊加式、插裝式及同這幾種集成方式組合而成的復合式集成等形式。它們的共同特點是:油路直接做在輔助件或液壓閥閥體上，省去了大量管件;結構緊湊，組裝方便，外形整齊美觀;安裝位置靈活;油路通道短，壓力損失較小，不易泄漏。此種集成方式既可用于各類工業液壓設備中，也可用于機械及其他設備中，是目前應用最多的集成方式。

塊式集成是液壓系統目前應用最為普遍的一種集成方式。它是將液壓閥安裝在六面體集成塊上，集成塊一方面起安裝底板作用，另一方面起內部油路通道作用，故集成塊又稱為油路塊或通道塊。集成塊通常是按典型液壓系統和各種基本回路，做成通用化的正方體或長方體，其四周除一面安裝通向液壓執行器的管接頭外，其余三面安裝標準的板式液壓閥及少量疊加閥或插裝閥，這些液壓閥之間的油路聯系由油路塊內部的通道孔實現，塊的上下兩面為塊間疊積結合面，布有由下向上貫穿通道體的公用壓力油孔、回油孔、泄漏油孔及塊間連接螺栓孔，多個回路塊疊積在一起，通過四只長螺栓固緊后，各塊之間的油路聯系通過公用油孔來實現。

由于在集成塊設計的過程中采用的是傳統的油路塊，即無管集成方式，具有以下優點:①具有結構緊湊、占地面積小、布局合理。②易于實現標準化、系列化、維修方便。③本系統運行可靠、維修方便。④強制循環，自然冷卻。

無管集成中的各種集成方式，都要大量用到油路塊(閥塊)這一重要的輔助連接件。但油路塊傳統上都是采用整體金屬材料進行設計和制造。因此具有以下缺點:①質量較大。②工藝流道多。③壓力損失、沖擊及噪聲等。

4 液壓泵站的變頻調速

上述液壓泵站在一定意義上能夠起到節能的作用，但其節能效果并不太理想，把變頻技術引入到液壓系統中，節能效果將有很大的改觀。傳統的節能型液壓泵站是通過對變量泵的輸出流量的控制實現系統節能，是通過液壓油的壓力進行反饋的，設定值為彈簧的預緊力，控制調節過程也就是彈簧力與液壓力相互平衡的過程。改變液壓泵流量的另外一種方式便是引入變頻技術，同傳統液壓泵站相融合，讓定量泵實現變量泵的功能，形成液壓泵站變頻調速控制方式。如圖1所示。

從圖1可以看出，變頻調速控制原理是利用傳感器在液壓系統中采集的信號經過數模轉換后，與給定的信號進行比較，通過其比較的差值來控制變頻器，從而改變電機的轉速，來實現定量泵輸出流量的改變。

圖1 變頻調速控制原理圖

液壓系統的能量轉換過程為機械能(電機)—液壓能(液壓泵)—機械能(執行元件)，傳統節能型液壓泵站只側重于液壓能—機械能這個過程，讓負載所需的壓力、流量與液壓泵輸出的壓力、流量相適應，其優點在于溢流或節流損失減少了，變頻調速液壓泵站則從源頭(電機)考慮，可以避免電機處與欠負載工況下運行，提高了電機的效率，整個液壓系統的效率也得到提高。

5 結論

為了解決無管集成存在的缺點問題，可以向液壓集成塊輕型化方向發展。輕型化油路塊與傳統油路塊的主要區別體現在降低閥塊的單位體積質量上。傳統油路塊是在整體金屬進行鉆孔加工建立液體的流道，而輕型化油路塊是在中空的金屬(熱軋鋼板)框架內通過鋼管的焊接構建各閥件的流道，然后在框架內壁澆鑄輕質材料(鎂—鋁合金)以固定各液壓管路并增強油路塊的整體剛度。化工液壓泵站的變頻控制改變了傳統的依靠改變變量泵排量來調節的方式，利用變頻技術原理從系統的驅動裝置著手，依據變轉速的方式來實現系統壓力、流量或功率的匹配，是一種新型的液壓控制方式。傳統液壓泵站的液壓元件被變頻控制液壓泵站的控制元件代替，可以實現液壓系統的數字化控制，能夠提高整個系統的調節精度。

［1］張利平.液壓站［M］.北京:化學工業出版社，2008.

［2］成大先.機械設計手冊(第4卷第5版)［M］.北京:化工工業出版社，2002

［3］黃志堅.液壓輔件［M］.北京:化學工業出版社，2008.