牛小明（天津軋一冷軋薄板有限公司，天津300270）

活塞式隔膜泵故障原因分析及應(yīng)對(duì)措施

牛小明
（天津軋一冷軋薄板有限公司，天津300270）

針對(duì)活塞式隔膜泵出現(xiàn)的隔膜材料的化學(xué)性能不穩(wěn)定、機(jī)械拉伸力過(guò)大、液壓循環(huán)系統(tǒng)紊亂、排液閥泄漏等問(wèn)題，分析其原因并采用相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，排除了故障，提高了活塞泵的使用效率，保障了設(shè)備的安全運(yùn)行和正常生產(chǎn)。

活塞式隔膜泵；隔膜；故障

1　引言

活塞式隔膜泵又稱泥漿泵，是廢酸再生脫硅工藝中的重要設(shè)備，脫硅系統(tǒng)的介質(zhì)輸出主要由活塞式隔膜泵提供動(dòng)力。它的維護(hù)與故障排除對(duì)整個(gè)脫硅系統(tǒng)有著重要的意義。造成隔膜泵不能正常工作的主要原因有隔膜破裂、活塞破裂、閥球卡組等故障。分析和解決這些故障的原因可增加泥漿泵的使用周期和備件更換周期，對(duì)泥漿泵的運(yùn)行維護(hù)有著重要的意義。

2　隔膜泵在脫硅工藝中的作用

廢酸中含有大量的硅，而最后反應(yīng)生成的優(yōu)質(zhì)氧化鐵粉硅的含量小于100×10-6，所以這個(gè)環(huán)節(jié)主要是圍繞著怎樣脫硅進(jìn)行，氧化反應(yīng)后的廢酸在加入一定量的絮凝劑后，硅吸附在Fe（OH）3上并慢慢沉降析出到沉降罐底部，這時(shí)就會(huì)通過(guò)活塞式隔膜泵將沉淀的硅泥漿泵入壓濾機(jī)將硅泥濾出，形成泥餅。被過(guò)濾干凈的液體被收集到凈化酸罐成為凈化酸。在壓濾機(jī)清除泥餅后泥漿泵開(kāi)始工作，由于濾布被清理干凈介質(zhì)的通過(guò)性很高，開(kāi)始時(shí)流量可達(dá)到7~8m3/h壓力在0.2 MPa左右，隨著壓濾機(jī)濾布濾出的泥餅越來(lái)越多，濾布的通過(guò)性也降低，壓力也逐漸增大，大約在6~7 h后壓力增加并穩(wěn)定在系統(tǒng)最大工作壓力0.7 MPa時(shí)，流量小于0.5 m3/h，活塞式隔膜泵停止工作。

3　泥漿泵的工作原理

來(lái)自驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力被傳遞到活塞時(shí)，它將推動(dòng)工作液（或液壓油）在吸液和排液過(guò)程中把壓力傳遞到隔膜上。在吸液沖程中，隔膜向次級(jí)側(cè)移動(dòng)，由此產(chǎn)生的負(fù)壓使吸液閥打開(kāi)，把介質(zhì)吸入隔膜腔。在排液沖程中，由于隔膜朝初級(jí)側(cè)移動(dòng)，介質(zhì)通過(guò)排液閥被壓進(jìn)輸出管路中。在次級(jí)側(cè)液壓循環(huán)系統(tǒng)中的補(bǔ)液裝置自動(dòng)補(bǔ)充缺失的工作液。過(guò)壓時(shí)溢流閥開(kāi)啟，把工作液從液壓缸中抽出；當(dāng)壓力下降時(shí)，補(bǔ)液裝置自動(dòng)給液壓缸補(bǔ)充工作液，見(jiàn)圖1。

4　故障現(xiàn)象分析及措施

在運(yùn)行中活塞式隔膜泵泵會(huì)發(fā)生的故障或出現(xiàn)的問(wèn)題有系統(tǒng)工作壓力降低，流量變低或?yàn)榱?，泵?huì)不停地?zé)o效工作下去，壓濾機(jī)不能形成泥餅，泵沒(méi)有停歇周期，沒(méi)有壓力和流量的主要原因是隔膜破裂和活塞磨損。造成隔膜泵故障的原因有以下幾種：

圖1　泥漿泵原理圖

4.1隔膜材料的化學(xué)性能不穩(wěn)定

4.1.1現(xiàn)象分析

（1）由于隔膜是橡膠制成，其自身就存在著衰變和老化的過(guò)程，所以材料發(fā)生硬化，隔膜不能隨著運(yùn)動(dòng)幅度而發(fā)生彈性變形，最終導(dǎo)致破裂。

（2）隔膜材料腐爛和松泡，最后導(dǎo)致其滲漏，并從其固定位置脫落。

4.1.2預(yù)防隔膜硬化及老化的措施

（1）泵在長(zhǎng)期停止工作時(shí)應(yīng)把泵的出入口介質(zhì)閥門關(guān)閉，并將泵腔的介質(zhì)排出，最大限度地降低隔膜被介質(zhì)的浸泡腐蝕。

（2）隔膜、活塞等橡膠制品備件儲(chǔ)存數(shù)量不要太多，因?yàn)樽陨黼S時(shí)發(fā)生老化，保存數(shù)量應(yīng)符合使用和更換周期，儲(chǔ)存數(shù)量足夠1年以內(nèi)使用即可。

（3）隔膜應(yīng)在密閉、避光、陰涼的條件下儲(chǔ)存，這樣隔膜能在最大限度保持橡膠的優(yōu)異性能。

4.2機(jī)械拉伸力過(guò)大

4.2.1故障現(xiàn)象及分析

在正常運(yùn)行狀態(tài)下且活塞處于液壓缸的中間位置時(shí)，隔膜應(yīng)處于中間位置，也就是說(shuō)，如果活塞向前或向后推動(dòng)到其極限位置，隔膜就應(yīng)從它的正中位置向前移動(dòng)50%和向后移動(dòng)50%。要保證活塞在中間位置的情況下隔膜也處在其中間位置，就要給活塞和隔膜之間補(bǔ)充一些工作液。此外，在溢流閥、補(bǔ)液裝置和排氣螺絲孔的配合下，活塞隔膜泵會(huì)自動(dòng)按照所需的工作液量進(jìn)行補(bǔ)液。但是，如果泵的液壓回路有故障發(fā)生，工作液就可能從補(bǔ)液油箱流進(jìn)液壓缸里。只要該故障一旦發(fā)生，即使液壓活塞處在向后的極限位置，隔膜也會(huì)向前膨脹。當(dāng)活塞向前移動(dòng)時(shí)就會(huì)對(duì)隔膜產(chǎn)生過(guò)大的拉伸力。如果此時(shí)還有不需要的工作液繼續(xù)從補(bǔ)液油箱流進(jìn)液壓缸里，隔膜受到向前的拉伸力就會(huì)越來(lái)越大，直到被撕裂，并且/或最終被壓向排液閥，如圖2所示。

圖2　活塞在向前的極限位置隔膜被過(guò)分拉伸

夾緊區(qū)受到過(guò)大的拉伸力而使隔膜外部邊緣被撕破。這種情況也會(huì)使隔膜被壓到泵腔的殼體上而造成的它的正面損壞，通常發(fā)生在隔膜頂部向著排液閥的方向區(qū)域。

4.2.2過(guò)度機(jī)械拉伸的原因

（1）泵在吸液側(cè)有氣穴的狀態(tài)下運(yùn)行，這是由于吸液管路的安裝不當(dāng)造成的。“管路中不能使用任何T型接頭和彎頭，盡量避免或減少管路安裝中出現(xiàn)管路變徑的情況，以減少管道內(nèi)的流通阻力”。

（2）泵在啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中吸液管路被阻塞。

（3）泵在啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中吸液側(cè)管路的滑閥被關(guān)閉。

（4）泵在運(yùn)行過(guò)程中短時(shí)間打開(kāi)-關(guān)閉排氣調(diào)節(jié)螺絲。

（5）補(bǔ)液裝置單向閥失效。

（6）活塞過(guò)度磨損，工作液就會(huì)順著泄漏的活塞從泵的一側(cè)流向另一側(cè)，結(jié)果導(dǎo)致泵的一側(cè)缺少工作液。結(jié)果補(bǔ)液裝置就會(huì)向缺液側(cè)補(bǔ)液，從而使泵的另一側(cè)的油量增加太多，這樣隔膜就會(huì)承受過(guò)大的拉伸力。

4.2.3應(yīng)對(duì)措施

為了避免損壞隔膜，建議泵的維護(hù)間隔至少每年進(jìn)行1次。進(jìn)行泵的維護(hù)時(shí)，特別要注意補(bǔ)液裝置的調(diào)整，這一點(diǎn)非常重要。此外，在進(jìn)行維護(hù)作業(yè)時(shí)必須對(duì)排氣閥的排氣孔進(jìn)行暢通測(cè)試。如果在泵工作一段時(shí)間后發(fā)生以上故障，可排除管道安裝、排氣閥的故障。首先查看隔膜泄露指示器，如果壓力表沒(méi)有讀數(shù)，證明隔膜沒(méi)有破裂。其次，打開(kāi)出口排液閥查看是否介質(zhì)噴出，可排除管路堵塞。如管路未堵塞，可用清洗劑或煤油清洗介質(zhì)單向閥球、工作液補(bǔ)液裝置可排除是否是這兩方面問(wèn)題。如以上全部排除，下一步可將活塞缸拆開(kāi)檢查活塞和銅套是否有嚴(yán)重磨損，如發(fā)生缺陷側(cè)進(jìn)行更換。

4.3液壓循環(huán)系統(tǒng)紊亂

4.3.1故障現(xiàn)象

（1）隔膜背面有被支撐架擠壓的深度凸痕，如圖3所示。

圖3　歌美被壓進(jìn)支撐上的圓孔

（2）活塞缸在缺少工作液的情況下，活塞或活塞上部不能夠被充分潤(rùn)滑，活塞會(huì)被過(guò)度磨損，甚至撕裂，如圖4所示。

圖4　活塞過(guò)度磨損圖

4.3.2故障分析

泵在正常運(yùn)行過(guò)程中，隔膜會(huì)有磨損。在補(bǔ)液過(guò)程中，隔膜會(huì)和它的支撐產(chǎn)生擠壓，這樣，在隔膜的背面就會(huì)看見(jiàn)一個(gè)個(gè)圓型的支撐印記，但液壓循環(huán)系統(tǒng)的紊亂會(huì)加劇這種磨損。在正常運(yùn)行狀態(tài)下活塞處于液壓缸的中間位置，隔膜此時(shí)也應(yīng)處于中間位置。例如，如果活塞向前或向后推動(dòng)到其極限位置，隔膜就應(yīng)從它的正中位置向前移動(dòng)50%和向后移動(dòng)50%距離。當(dāng)隔膜貼靠到它的支撐時(shí)，就會(huì)被有限拉入支撐上的圓孔中。在每個(gè)排液沖程中，補(bǔ)液裝置會(huì)通過(guò)排氣閥向補(bǔ)液油箱溢回的少量的工作液。如果泵在缺液較多的情況下繼續(xù)運(yùn)行，那么活塞在向后運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中隔膜就已經(jīng)到達(dá)極限位置了，此時(shí)吸液側(cè)乃有介質(zhì)進(jìn)入，這樣隔膜就會(huì)因介質(zhì)的壓力而被擠壓在它的支撐上。為了避免泵在這種狀態(tài)下運(yùn)行，必須要確保補(bǔ)液裝置發(fā)揮其正常作用。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，補(bǔ)充裝置把被排氣閥溢出的工作液送回到液壓缸是沒(méi)有問(wèn)題的。如果補(bǔ)液不正常，泵就會(huì)長(zhǎng)期處在極度缺少工作液的狀態(tài)下運(yùn)行。為使活塞液壓缸正常工作，需保證以下條件：補(bǔ)液閥座孔沒(méi)有被堵塞；補(bǔ)液閥座球體沒(méi)有被阻止；補(bǔ)液挺桿行程調(diào)整正確；補(bǔ)液裝置的杠桿沒(méi)有被阻止；液壓回路沒(méi)有泄漏。

4.3.3應(yīng)對(duì)措施

首先是日常的維護(hù)點(diǎn)檢必須到位，每天觀察工作液補(bǔ)充油箱油位的變化及設(shè)備周邊是否有漏油情況。如果短期內(nèi)油位急劇下降，則說(shuō)明液壓系統(tǒng)有異常，接著排查補(bǔ)液裝置的功能是否正常，把手指放在補(bǔ)液閥座的通孔上，你會(huì)感覺(jué)到在每一個(gè)吸液沖程過(guò)程中，都有工作液被吸入。對(duì)于帶氣閥的雙作用泵，兩個(gè)補(bǔ)液閥座由一個(gè)T型管接頭連接，那么在每個(gè)吸液沖程中都會(huì)有兩次吸入工作液。如果沒(méi)有就說(shuō)明補(bǔ)液裝置座孔被堵塞座球體被卡阻，拆除補(bǔ)液裝置進(jìn)行清理吹掃或更換活塞則可解決問(wèn)題。

4.4排液閥泄漏

4.4.1故障現(xiàn)象

排液閥泄露，會(huì)造成系統(tǒng)壓力紊亂，介質(zhì)流量降低，泵的功率下降，最終會(huì)造成隔膜破裂。

4.4.2故障分析

如果有外來(lái)物粘附在排液閥上，就會(huì)阻止閥的正常關(guān)閉。在吸液沖程過(guò)程中，不僅是吸入壓力，還有整個(gè)系統(tǒng)的壓力都會(huì)施加在隔膜腔內(nèi)。因此,當(dāng)活塞每一次向后運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)，隔膜就會(huì)被壓入它的支撐圓孔里。如果外來(lái)物阻止了排液閥的正常關(guān)閉，泵的能力就會(huì)大大降低。因此，要盡快清除閥上的外來(lái)物，因?yàn)楸迷谶@樣的情況下運(yùn)行時(shí)，隔膜的磨損會(huì)加劇。

4.4.3應(yīng)對(duì)措施

點(diǎn)檢時(shí)應(yīng)注意泵的壓力變送器和系統(tǒng)流量計(jì)的讀數(shù)，如果壓力曲線不符合平日走勢(shì)，或流量忽大忽小不穩(wěn)定說(shuō)明排液閥有異常，可能發(fā)生密封不嚴(yán)或泄露。這時(shí)要打開(kāi)排液閥對(duì)閥座和閥球進(jìn)行清理，如有缺陷則連同密封一同更換。

4.5隔膜泄漏指示器單向閥失效在成隔膜損壞

4.5.1故障分析

首先要介紹一下隔膜泄漏指示器的功能，隔膜泄漏指示器由1塊指針表頭和1個(gè)單向閥組成。只要隔膜出現(xiàn)泄漏等故障，隔膜泄漏指示器內(nèi)的壓力就會(huì)被單向閥保留住。壓力表會(huì)有讀數(shù)顯示，隔膜完好時(shí)，泄漏指示器的指針指示低于0.2MPa。如果指示大于該值，則說(shuō)明至少有一層膜損壞了，應(yīng)立即更換。根據(jù)隔膜泄漏指示器的工作原理，對(duì)隔膜泄漏指示器單向閥損壞或失效給隔膜造成的損壞進(jìn)行分析，如果單向閥失效，與其連接的雙層隔膜內(nèi)的真空將會(huì)消失，隔膜在活塞的往復(fù)動(dòng)作帶動(dòng)下只是單側(cè)被拉伸，這樣會(huì)造成整個(gè)介質(zhì)流量的變低和不穩(wěn)定泵的功率下降，并且隔膜不對(duì)稱的單側(cè)頻繁疲勞拉伸，隔膜也會(huì)很快破損。

4.5.2應(yīng)對(duì)措施

定期檢查清理隔膜泄漏指示器，并對(duì)其進(jìn)行加壓測(cè)試，查看其是否在良好狀態(tài)。

4.6脈動(dòng)緩沖器供氣裝置對(duì)泵的影響

4.6.1異?，F(xiàn)象

脈動(dòng)緩沖器供氣裝置產(chǎn)生供氣異常會(huì)出現(xiàn)兩種現(xiàn)象：一是供氣量過(guò)大會(huì)，氣體會(huì)隨著泵的入口管路進(jìn)入泵前端的介質(zhì)儲(chǔ)存容器沉降罐底部，氣體往上反的過(guò)程中會(huì)把沉降好的絮狀淤泥帶入溶液上部，破壞沉降效果，影響工藝生產(chǎn)；二是供氣量過(guò)小，不能抑制系統(tǒng)管路中氣穴生成的脈動(dòng)，最終會(huì)損壞隔膜。

4.6.2現(xiàn)象分析

（1）活塞隔膜泵絕不能在其吸液和排液管路中有氣穴的情況下運(yùn)行。若產(chǎn)生大量氣穴，泵就有可能出現(xiàn)故障，如：隔膜破損、閥的內(nèi)部件失靈、活塞桿和活塞損壞、齒輪裝置故障等。脈動(dòng)緩沖器可以使系統(tǒng)流量更穩(wěn)定、吸收掉不需要的脈動(dòng)。這就要求泵運(yùn)行期間必須連續(xù)供給足量的空氣，供氣的方式要適應(yīng)泵的工作條件，活塞隔膜泵在運(yùn)行時(shí)要對(duì)其隔膜脈動(dòng)緩沖器進(jìn)行預(yù)充氣。他們的供氣源都必須是連續(xù)的，空氣應(yīng)進(jìn)入吸液側(cè)脈動(dòng)緩沖器的中下部分，以防止固體沉積，阻礙隔膜的脈動(dòng)。泵在進(jìn)行每一個(gè)吸液沖程時(shí)，就會(huì)在吸液口處產(chǎn)生真空，從而把外面的空氣通過(guò)吸氣閥引入到接收器。因此，吸入沖程要在吸入腔產(chǎn)生真空。大多數(shù)情況下，吸氣閥向脈動(dòng)緩沖器供氣的流量很小，真空是通過(guò)調(diào)節(jié)閥口的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。供氣裝置由1個(gè)減壓閥、1個(gè)針形閥、1個(gè)電磁閥和2個(gè)單向閥組成。減壓閥可調(diào)節(jié)所需的空氣壓力，它必須超過(guò)漿液（介質(zhì)）進(jìn)口壓力0.2MPa。針形閥用來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，氣的用量取決于漿液（介質(zhì)）的種類，它通常是泵的1%~5%的輸送流量。電磁閥是一個(gè)開(kāi)關(guān)閥，線圈不帶電就處于關(guān)閉狀態(tài)，以此停止泵處于非運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的空氣損耗。單向閥能夠防止被輸送的漿液（介質(zhì)）進(jìn)入壓縮空氣管路，如圖5所示。

（2）有時(shí)操作人員誤操作，隨意旋擰減壓閥或針閥致使供氣壓力和流量與泵的工作狀況不匹配或是供氣管路漏氣等情況，如果壓力小于0.2 MPa或空氣流量小于1%，則裝置不能抵消和吸收介質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生氣穴造成的脈動(dòng)。如果供氣壓力過(guò)大，超過(guò)0.4MPa，介質(zhì)流量會(huì)降低。如果供氣量大于5%，空氣會(huì)隨著進(jìn)液口反流到沉降罐，影響介質(zhì)的沉降和產(chǎn)品質(zhì)量。所以合理控制進(jìn)氣的壓力和流量是保證泵正常工作必要手段，反之出現(xiàn)以上現(xiàn)象，則要查看或調(diào)整供氣裝置。

4.6.3應(yīng)對(duì)措施

（1）檢查進(jìn)氣的各個(gè)閥門及部件是否失效，如有則進(jìn)行更換。

（2）探聽(tīng)泵的進(jìn)液管路是否有氣流鼓動(dòng)聲音，如有則調(diào)整針型閥使之進(jìn)氣量在合理范圍之間。

（3）對(duì)操作工和維修人員進(jìn)行培訓(xùn)，使之能正確操作和避免誤操作帶來(lái)的各種故障。

5　結(jié)束語(yǔ)

活塞式隔膜泵在運(yùn)行時(shí)偶爾會(huì)發(fā)生壓力異?；蛄髁枯敵鼋档偷裙收蠁?wèn)題。這就需要設(shè)備管理者仔細(xì)觀察故障現(xiàn)象，并做出準(zhǔn)確的分析和判斷，解決故障并對(duì)泵進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整使之達(dá)到最佳工作狀態(tài)，從而最大限度延長(zhǎng)其使用壽命，保障設(shè)備安全運(yùn)行和正常生產(chǎn)。

[1]黃曉云.液動(dòng)柱塞隔膜泵有關(guān)問(wèn)題的分析與解決措施[J].金屬礦山，2009（5）：126-128.

[2]劉東海.活塞隔膜泵與液動(dòng)隔膜泵的流量脈動(dòng)分析[J].液壓與氣動(dòng)，2012（11）：71-73.

[3]王磊.往復(fù)式活塞隔膜泵曲軸的動(dòng)態(tài)特性分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010（5）：238-240.

Analysis on Cause of Piston Type Diaphragm Pum p Failure and Countermeasures

NIU Xiao-ming
(Tianjin ZhayiCold Rolling Sheet Co.,Ltd.,Tianjin 300270,China）

The problems occurring at piston type diaphragm pump were analyzed such as unstable chemical properties of diaphragm material,big mechanical tensile force,disordered hydraulic circulation system and discharge valve leakage.The causes were found and relevantmeasures taken to eliminate the failure.The utilization rate of piston pump was improved and the safety running of equipment ensured.

piston type diaphragm pump;diaphragm;failure

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.01.009

2015-11-10

2015-12-08

牛小明（1982—），男，本科，主要從事機(jī)械設(shè)備的維修、維護(hù)、組織、培訓(xùn)、制定點(diǎn)檢及檢修計(jì)劃、備件申報(bào)等工作。