研究证明了AODD泵控制的潜在节能

气动双隔膜(AODD)泵是许多生产设备的通用产品。据美国空军的资深压缩空气审核员Hank van Ormer估计，美国大约85%到90%的工厂都有AODD泵。它们被用于各种液体转移应用，如在化学制造、废水去除和泵送粘性食品产品中发现的应用。

尽管AODD泵无处不在，但它们也经常被误用。Per van Ormer，“任何气动设备都不应失控运行。”然而，许多生产设施仍然运行没有控制器的AODD泵。

“我们看到[使用AODD泵]的典型情况是没有附加的控制器，”印第安纳州工业评估中心（IAC）助理总监David Maveman，Ph.D.，C.E.A.。“泵具有内部控制器，导致隔膜连续地撞击。[工厂人员]然后在不需要泵时关闭空气。“

古德曼和他在IAC的同事们通过节约能源成本，帮助中小型制造企业变得更有竞争力。他们与几家二级和三级汽车工厂合作，这些工厂的AODD泵应用包括化学清洗和油漆去除。

AODD泵有几个优势:他们可以处理侵略性的化学或物理产品吞吐量;它们可以空着运行而不会发生灾难性的故障;而且可以很快修复。然而，不受控制的AODD泵可能是绝对的能源消耗者，所以Goodman和他的团队评估了电子控制节省能源的可行性。在他们的研究中，他们使用比例空气公司生产的电子控制器MizAir®进行了全面的泵测试。

古德曼在2015年世界能源工程大会(WEEC)上提出了这项研究，测试了四种不同的AODD泵——在有或没有电子控制器的情况下运行它们。结果显示，当MizAir应用于非调节AODD泵时，压缩空气消耗量有可能降低20%至50%。

为了进一步了解该项目，《压缩空气最佳实践®》杂志采访了印第安纳州Imanbetx王者荣耀AC的Goodman博士，以及Proportion-Air公司的电气工程师Jon Lister和销售经理Larry Brown。我们还采访了美国空军总裁Hank van Ormer，了解了MizAir电子控制器在AODD泵上的实际应用。

压缩空气逻辑:气动双隔膜泵

空气操作的双膜片泵使用压缩空气压力来产生隔膜力并移动液体介质。两个隔膜在并联振荡中操作 - 当一个膜片通过远离中心部分的压缩空气推动一个隔膜时，它将液体从泵出来。同时，另一个隔膜朝向中心移动，产生低压区并将液体拉入空洞的腔室，具有大气压。一旦加压隔膜完全伸展，它会激活提升阀。然后提升阀触发入口空气阀以将压缩空气指向光圈泵的吸入侧，扭转整个过程。在隔膜之间的过渡期间浪费压缩空气。

图1:在典型的AODD泵上，压缩空气推动隔膜(蓝色)，然后迫使液体上升并离开腔室(绕过一个球阀)。图片由Graco提供。

“每当压缩空气充满其中一个膜片时，阀门就会切换空气，使其进入相反的膜片，”Proportion-Air的电气工程师Jon Lister解释说。“但是，当它切换时，它不断地吹出压缩空气。在某些情况下，一定数量的压缩空气直接通过泵和排出排气。这对商店空气和支付电费的人来说显然是非常糟糕的。”

每一次膜片的完全伸展称为一次冲程。冲程的速度影响AODD泵消耗的压缩空气流量(以cfm为单位)。根据应用情况，它们的工作压力通常在85 ~ 95psi之间。材料的粘性越大，推动膜片和移动介质所需的压力就越高。压力越高，冲程频率越慢。

MizAir®电子控制器如何工作

Mizair®（美国专利＃7,517,199）旨在降低AODD泵中的压缩空气消耗。它分析了微处理器的泵送性能，并使用该信息调制高流量，常开，双向空气阀。定位在AODD泵的入口空气阀上，Mizair单元在每个泵行程开始时能够精确地定时和测量的压缩空气脉冲，然后立即关闭。然后，泵中的压缩空气可以继续膨胀以完全延伸隔膜。

图2:MizAir®分析泵性能，并相应地调整AODD泵的压缩空气供应。

Lister说:“MizAir监测中风，它只是打开和关闭压缩空气。”“它与泵同步，所以它在隔膜开关的开始处给泵注入大量空气，以获得动力。然后把它切掉。因为在隔膜腔中有80或100 psi的压缩空气，你通常会把比你需要的更多的空气放进去。所以我们把它关掉，让里面的东西发挥作用。”

这种方法有几个好处。首先，泵以较少的压缩空气结束其冲程，消除了排气中浪费的压缩空气。随着废气的减少，噪音水平也有了明确的降低。然后泵可以更容易地开始下一个循环，因为回程阻力更小。

“在切换过程中，我们不会直接从排气中吹压缩空气，”斯特克斯告诉我们。“那是我们拯救了我们压缩空气的地方 - 通过调制进来的空气来拯救我们的压缩空气。有时，根据情况，压力会在泵上撞上一点点，因为你不再经常出血，这也有助于出来。”

适应AODD泵工艺变化

MizAir被编程为特定型号的AODD泵。因此，它能够适应外界的影响，因为它了解泵是如何运行的。它的微处理器监测泵的冲程有多快，以及每次冲程所需的压力。然后它可以适应流程更改。

“如果你卸载一个铁路汽车的液体,注入到控股坦克在一楼你的工厂,你需要调整阀和发送20英尺到二楼,它需要更多的能量液体,”拉里布朗,销售经理,Proportion-Air说。“头压增加了20英尺。MizAir看到了这一点，并将阀门打开的时间延长了一点，允许更大的空气段塞进入隔膜腔，因此仍然有类似的吞吐量。”

不同粘度的流体也会影响压头。MizAir控制器也会根据这种类型的过程变化进行调整。

“关于米沙的整洁部分是它是一种微处理器，所以如果粘度改变它会自动重置，”汉克范·默尔默解释说。“节省的最大机会是较轻的重量 - 换句话说，水和类似的液体，因为你的行程速度较高。因此，您的空气用法（CFM）更高。如果你有一个带有非常高的头部和每分钟笔杆的泵，那么就不会有很高的需求。“

在印第安纳州工业评估中心进行测试

提高AODD泵系统的能源效率直接符合印第安纳IAC的目标。由美国能源部资助，印第安纳州IAC被要求证实能源节约的主张。当Goodman博士的团队发现MizAir控制器时，它提供了一个理想的项目——AODD泵控制器的对比验证测试。

“我们一直在寻找能够降低设施中能源消耗的新技术，”Goodman博士解释说。“DOE要求我们做出成本的理由和计算，以备份我们所有的节能索赔。因此，我们决定在四种不同的泵系统上测试米沙。我们在两个单独的压力下做到了三个不同的流量率 - 所以我们有48次试验。“

实验比较了四种不同的AODD泵在标准控制和MizAir控制下的水流体介质环境条件下的性能。研究人员记录了泵的性能参数，包括压缩空气压力、压缩空气流量、液体介质压力和液体介质流量。每个参数都在三种不同的流体流速(最小、公称和最大)和两种不同的压缩空气工作压力(80和100 psi)下进行了测试，特别关注能源效率。

设计试验台

根据适用于AODD和波纹管泵的ANSI/HI 10.6-2010标准，印第安纳IAC团队设计了测试平台，以评估四种不同型号的2英寸和3英寸AODD泵。对测试平台进行了ANSI符合性评估，并在试验开始前进行了充分验证。该研究还配备了全套诊断设备，包括:

• 压力表监测压缩空气压力
• 压力传感器测量液体出口压力
• 温度传感器，监控液体入口温度
• 用于测量液体吸入压力的压力传感器
• 气压传感器
• 测量泵转速的示波器
• 用于监测压缩空气消耗的脉冲输入适配器
• 环境空气的温度和相对湿度传感器
• 超声波流量计和用于测量液体出口流量的模拟模块
• 动力和电能表为空压机动力
• 空气压缩机电流电流变压器

印第安纳州IAC团队评估了测试平台的ANSI符合性，在试验前充分验证了它们。

测试设备的规格如下:

AODD测试泵规格

AODD规格	泵1	泵2	泵3
Max。液体温度	180°F.	190°F	180°F.
压缩空气供应压力	20至100 psi	20至100 psi	20至100 psi
每循环流量	2.26加仑	0.94加仑	1.12加仑
Max。每分钟周期	95.	235	146
Max。尺寸稳固	13/32”	0.38“	5/16”
其他	19英尺max。干吸水高度	头高达125 psi

空气压缩机的规格
类型	润滑旋转螺丝
满载的压力	125 psi
充分负荷压力的空气输送	232 CFM.
压缩机驱动电动机	60 HP.

MizAir®控制器规格
电力需求	24 VDC±0.5 VDC
电源电流	275毫安
最大的供应压力	130 psig.
端连接(端口大小)	3/4”NPT螺纹
媒体工作温度	32到122°F
环境温度	32到158°F

测试结果表明压缩空气消耗减少

测试结果表明，根据泵的尺寸和液体泵送介质的流量，使用MizAir控制器控制AODD泵可以减少大约20%到50%的压缩空气消耗。图4和图5说明了研究结果。图4和图5中的数据来自2号泵，它是在额定流体流速下进行测试的。在MizAir的控制下，AODD泵在移动液态水介质时使用的压缩空气明显减少。这些结果反映在每个其他测试配置中。

图4:在标称液体流量下，100 psig压缩空气消耗(cfm)随着电子控制的使用显著降低。

图5:在额定液体流量下，80 psig压缩空气消耗(cfm)随着电子控制的使用显著降低。

研究人员还测试了控制器是否对液体流速产生影响。虽然测试证明，当Mizair控制AODD泵时，流体流量平均降低了2％，但与压缩空气节省相比，该液滴被认为是可以忽略不计的。

古德曼博士说:“液体流速下降的幅度很小，真的微不足道。”“你可以延长泵的运行时间2秒，也可以增加压力。大多数泵的工作压力为80psi。我们测试了80和100 (psi)。因此，当你增加压缩空气单元的压力时，你就可以提高流量。”

对于大多数应用来说，大幅减少压缩空气使用量的潜在好处远远超过流体流量的微小下降。

“在任何流量速度下，您将使用的压缩空气将降至30至60 CFM，”Goodman博士解释说。“在所有三个[流体]流量条件下，压缩空气使用明显下降。因为这是显着的，你的储蓄会很重要。你没有在液体的流速上牺牲很多，以减少压缩空气的流动。“

确定AODD泵的电子控制ROI

就像大多数压缩空气能源效率项目一样，向前推进是为了证明经济效益。在现场，美国空军使用MizAir控制器将AODD泵的压缩空气消耗减少了40%。“真正的问题是如何衡量，”van Ormer告诉我们。“大多数人都没有实验室。”

“如果你对节能感兴趣，那么你必须知道你所运行的设备的成本是多少，”van Ormer解释说。”为了准确地节省成本，你需要在压缩空气供给泵的地方安装一个针形压力表和一根软管，这样你就可以准确地看到压力是多少。然后你必须仔细计算周期。”

MizAir®还具有其他优点，包括降低噪音和延长AODD泵的寿命。印第安纳IAC的研究结果，以及MizAir在现场的实际应用，都显示了改装AODD泵控制系统的潜在节能效果。

有关印第安纳州工业评估中心的更多信息，请联系大卫·古德曼博士，电子邮件:dwgoodma@iupui.edu.．要了解有关Mizair的更多信息，请联系Larry Brown，电子邮件：lbrown@proportionair.com．

阅读更多最终用途的系统评估在植物，请参观www.ghtac.com/system-assessments/end-uses．