活塞式隔膜泵故障原因分析及應對措施

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對措施

牛小明
（天津軋一冷軋薄板有限公司，天津300270）

針對活塞式隔膜泵出現的隔膜材料的化學性能不穩定、機械拉伸力過大、液壓循環系統紊亂、排液閥泄漏等問題，分析其原因并采用相應的應對措施，排除了故障，提高了活塞泵的使用效率，保障了設備的安全運行和正常生產。

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備，脫硅系統的介質輸出主要由活塞式隔膜泵提供動力。它的維護與故障排除對整個脫硅系統有著重要的意義。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，對泥漿泵的運行維護有著重要的意義。

2　隔膜泵在脫硅工藝中的作用

廢酸中含有大量的硅，而最后反應生成的優質氧化鐵粉硅的含量小于100×10-6，所以這個環節主要是圍繞著怎樣脫硅進行，氧化反應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，這時就會通過活塞式隔膜泵將沉淀的硅泥漿泵入壓濾機將硅泥濾出，形成泥餅。被過濾干凈的液體被收集到凈化酸罐成為凈化酸。在壓濾機清除泥餅后泥漿泵開始工作，由于濾布被清理干凈介質的通過性很高，開始時流量可達到7~8m3/h壓力在0.2 MPa左右，隨著壓濾機濾布濾出的泥餅越來越多，濾布的通過性也降低，壓力也逐漸增大，大約在6~7 h后壓力增加并穩定在系統最大工作壓力0.7 MPa時，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

來自驅動裝置的動力被傳遞到活塞時，它將推動工作液（或液壓油）在吸液和排液過程中把壓力傳遞到隔膜上。在吸液沖程中，隔膜向次級側移動，由此產生的負壓使吸液閥打開，把介質吸入隔膜腔。在排液沖程中，由于隔膜朝初級側移動，介質通過排液閥被壓進輸出管路中。在次級側液壓循環系統中的補液裝置自動補充缺失的工作液。過壓時溢流閥開啟，把工作液從液壓缸中抽出；當壓力下降時，補液裝置自動給液壓缸補充工作液，見圖1。

4　故障現象分析及措施

在運行中活塞式隔膜泵泵會發生的故障或出現的問題有系統工作壓力降低，流量變低或為零，泵會不停地無效工作下去，壓濾機不能形成泥餅，泵沒有停歇周期，沒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隔膜材料的化學性能不穩定

4.1.1現象分析

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

（2）隔膜材料腐爛和松泡，最后導致其滲漏，并從其固定位置脫落。

4.1.2預防隔膜硬化及老化的措施

（1）泵在長期停止工作時應把泵的出入口介質閥門關閉，并將泵腔的介質排出，最大限度地降低隔膜被介質的浸泡腐蝕。

（2）隔膜、活塞等橡膠制品備件儲存數量不要太多，因為自身隨時發生老化，保存數量應符合使用和更換周期，儲存數量足夠1年以內使用即可。

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

4.2機械拉伸力過大

4.2.1故障現象及分析

在正常運行狀態下且活塞處于液壓缸的中間位置時，隔膜應處于中間位置，也就是說，如果活塞向前或向后推動到其極限位置，隔膜就應從它的正中位置向前移動50%和向后移動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充一些工作液。此外，在溢流閥、補液裝置和排氣螺絲孔的配合下，活塞隔膜泵會自動按照所需的工作液量進行補液。但是，如果泵的液壓回路有故障發生，工作液就可能從補液油箱流進液壓缸里。只要該故障一旦發生，即使液壓活塞處在向后的極限位置，隔膜也會向前膨脹。當活塞向前移動時就會對隔膜產生過大的拉伸力。如果此時還有不需要的工作液繼續從補液油箱流進液壓缸里，隔膜受到向前的拉伸力就會越來越大，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分拉伸

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

4.2.2過度機械拉伸的原因

（1）泵在吸液側有氣穴的狀態下運行，這是由于吸液管路的安裝不當造成的?！肮苈分胁荒苁褂萌魏蜹型接頭和彎頭，盡量避免或減少管路安裝中出現管路變徑的情況，以減少管道內的流通阻力”。

（2）泵在啟動和運行過程中吸液管路被阻塞。

（3）泵在啟動和運行過程中吸液側管路的滑閥被關閉。

（4）泵在運行過程中短時間打開-關閉排氣調節螺絲。

（5）補液裝置單向閥失效。

（6）活塞過度磨損，工作液就會順著泄漏的活塞從泵的一側流向另一側，結果導致泵的一側缺少工作液。結果補液裝置就會向缺液側補液，從而使泵的另一側的油量增加太多，這樣隔膜就會承受過大的拉伸力。

4.2.3應對措施

為了避免損壞隔膜，建議泵的維護間隔至少每年進行1次。進行泵的維護時，特別要注意補液裝置的調整，這一點非常重要。此外，在進行維護作業時必須對排氣閥的排氣孔進行暢通測試。如果在泵工作一段時間后發生以上故障，可排除管道安裝、排氣閥的故障。首先查看隔膜泄露指示器，如果壓力表沒有讀數，證明隔膜沒有破裂。其次，打開出口排液閥查看是否介質噴出，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單向閥球、工作液補液裝置可排除是否是這兩方面問題。如以上全部排除，下一步可將活塞缸拆開檢查活塞和銅套是否有嚴重磨損，如發生缺陷側進行更換。

4.3液壓循環系統紊亂

4.3.1故障現象

（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滑，活塞會被過度磨損，甚至撕裂，如圖4所示。

圖4　活塞過度磨損圖

4.3.2故障分析

泵在正常運行過程中，隔膜會有磨損。在補液過程中，隔膜會和它的支撐產生擠壓，這樣，在隔膜的背面就會看見一個個圓型的支撐印記，但液壓循環系統的紊亂會加劇這種磨損。在正常運行狀態下活塞處于液壓缸的中間位置，隔膜此時也應處于中間位置。例如，如果活塞向前或向后推動到其極限位置，隔膜就應從它的正中位置向前移動50%和向后移動50%距離。當隔膜貼靠到它的支撐時，就會被有限拉入支撐上的圓孔中。在每個排液沖程中，補液裝置會通過排氣閥向補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運行，那么活塞在向后運動的過程中隔膜就已經到達極限位置了，此時吸液側乃有介質進入，這樣隔膜就會因介質的壓力而被擠壓在它的支撐上。為了避免泵在這種狀態下運行，必須要確保補液裝置發揮其正常作用。在正常運行狀態下，補充裝置把被排氣閥溢出的工作液送回到液壓缸是沒有問題的。如果補液不正常，泵就會長期處在極度缺少工作液的狀態下運行。為使活塞液壓缸正常工作，需保證以下條件：補液閥座孔沒有被堵塞；補液閥座球體沒有被阻止；補液挺桿行程調整正確；補液裝置的杠桿沒有被阻止；液壓回路沒有泄漏。

4.3.3應對措施

首先是日常的維護點檢必須到位，每天觀察工作液補充油箱油位的變化及設備周邊是否有漏油情況。如果短期內油位急劇下降，則說明液壓系統有異常，接著排查補液裝置的功能是否正常，把手指放在補液閥座的通孔上，你會感覺到在每一個吸液沖程過程中，都有工作液被吸入。對于帶氣閥的雙作用泵，兩個補液閥座由一個T型管接頭連接，那么在每個吸液沖程中都會有兩次吸入工作液。如果沒有就說明補液裝置座孔被堵塞座球體被卡阻，拆除補液裝置進行清理吹掃或更換活塞則可解決問題。

4.4排液閥泄漏

4.4.1故障現象

排液閥泄露，會造成系統壓力紊亂，介質流量降低，泵的功率下降，最終會造成隔膜破裂。

4.4.2故障分析

如果有外來物粘附在排液閥上，就會阻止閥的正常關閉。在吸液沖程過程中，不僅是吸入壓力，還有整個系統的壓力都會施加在隔膜腔內。因此,當活塞每一次向后運動到極限位置時，隔膜就會被壓入它的支撐圓孔里。如果外來物阻止了排液閥的正常關閉，泵的能力就會大大降低。因此，要盡快清除閥上的外來物，因為泵在這樣的情況下運行時，隔膜的磨損會加劇。

4.4.3應對措施

點檢時應注意泵的壓力變送器和系統流量計的讀數，如果壓力曲線不符合平日走勢，或流量忽大忽小不穩定說明排液閥有異常，可能發生密封不嚴或泄露。這時要打開排液閥對閥座和閥球進行清理，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個單向閥組成。只要隔膜出現泄漏等故障，隔膜泄漏指示器內的壓力就會被單向閥保留住。壓力表會有讀數顯示，隔膜完好時，泄漏指示器的指針指示低于0.2MPa。如果指示大于該值，則說明至少有一層膜損壞了，應立即更換。根據隔膜泄漏指示器的工作原理，對隔膜泄漏指示器單向閥損壞或失效給隔膜造成的損壞進行分析，如果單向閥失效，與其連接的雙層隔膜內的真空將會消失，隔膜在活塞的往復動作帶動下只是單側被拉伸，這樣會造成整個介質流量的變低和不穩定泵的功率下降，并且隔膜不對稱的單側頻繁疲勞拉伸，隔膜也會很快破損。

4.5.2應對措施

定期檢查清理隔膜泄漏指示器，并對其進行加壓測試，查看其是否在良好狀態。

4.6脈動緩沖器供氣裝置對泵的影響

4.6.1異?，F象

脈動緩沖器供氣裝置產生供氣異常會出現兩種現象：一是供氣量過大會，氣體會隨著泵的入口管路進入泵前端的介質儲存容器沉降罐底部，氣體往上反的過程中會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；二是供氣量過小，不能抑制系統管路中氣穴生成的脈動，最終會損壞隔膜。

4.6.2現象分析

（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行。若產生大量氣穴，泵就有可能出現故障，如：隔膜破損、閥的內部件失靈、活塞桿和活塞損壞、齒輪裝置故障等。脈動緩沖器可以使系統流量更穩定、吸收掉不需要的脈動。這就要求泵運行期間必須連續供給足量的空氣，供氣的方式要適應泵的工作條件，活塞隔膜泵在運行時要對其隔膜脈動緩沖器進行預充氣。他們的供氣源都必須是連續的，空氣應進入吸液側脈動緩沖器的中下部分，以防止固體沉積，阻礙隔膜的脈動。泵在進行每一個吸液沖程時，就會在吸液口處產生真空，從而把外面的空氣通過吸氣閥引入到接收器。因此，吸入沖程要在吸入腔產生真空。大多數情況下，吸氣閥向脈動緩沖器供氣的流量很小，真空是通過調節閥口的大小來實現的。供氣裝置由1個減壓閥、1個針形閥、1個電磁閥和2個單向閥組成。減壓閥可調節所需的空氣壓力，它必須超過漿液（介質）進口壓力0.2MPa。針形閥用來調節進氣量，氣的用量取決于漿液（介質）的種類，它通常是泵的1%~5%的輸送流量。電磁閥是一個開關閥，線圈不帶電就處于關閉狀態，以此停止泵處于非運行狀態時的空氣損耗。單向閥能夠防止被輸送的漿液（介質）進入壓縮空氣管路，如圖5所示。

（2）有時操作人員誤操作，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流動過程中產生氣穴造成的脈動。如果供氣壓力過大，超過0.4MPa，介質流量會降低。如果供氣量大于5%，空氣會隨著進液口反流到沉降罐，影響介質的沉降和產品質量。所以合理控制進氣的壓力和流量是保證泵正常工作必要手段，反之出現以上現象，則要查看或調整供氣裝置。

4.6.3應對措施

（1）檢查進氣的各個閥門及部件是否失效，如有則進行更換。

（2）探聽泵的進液管路是否有氣流鼓動聲音，如有則調整針型閥使之進氣量在合理范圍之間。

（3）對操作工和維修人員進行培訓，使之能正確操作和避免誤操作帶來的各種故障。

5　結束語

活塞式隔膜泵在運行時偶爾會發生壓力異?；蛄髁枯敵鼋档偷裙收蠁栴}。這就需要設備管理者仔細觀察故障現象，并做出準確的分析和判斷，解決故障并對泵進行適當調整使之達到最佳工作狀態，從而最大限度延長其使用壽命，保障設備安全運行和正常生產。

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

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

[3]王磊.往復式活塞隔膜泵曲軸的動態特性分析[J].機械設計與制造，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，主要從事機械設備的維修、維護、組織、培訓、制定點檢及檢修計劃、備件申報等工作。