基于膜壓機機械結構的常見故障處理及分析

魏金國

中核遼寧核電有限公司 遼寧葫蘆島 125100

核電廠在設計上需要使用高壓高純的氣體，例如安注箱需要高壓氮氣來提供壓力，保證冷卻劑注入一回路，這就需要一種可靠效率高的壓縮機來使氣體升壓，核電廠常用的壓縮機為膜片式壓縮機，簡稱膜壓機，膜壓機能使需要被壓縮的氣體不接觸潤滑劑，不受沾污，因此可以用于高純氣體的升壓。膜壓機具有很大的壓縮比，壓力范圍廣，密封性好，能將常壓下的氣體升壓至十幾兆帕，設計上氣缸的表面積與容積的比值大，具有良好散熱性和動力平衡性，安全性高。

常用的膜壓機為雙缸單級壓縮機，采用飲用水系統的水來冷卻潤滑油和排氣，壓縮系統采用油壓的方式，由配油盤、缸蓋和膜片組成，缸蓋與配油盤上各有一凹型曲面，膜片被夾緊于缸蓋與配油盤中間，缸蓋與膜片夾緊后形成的空間叫氣腔，與配油盤形成的空間叫油腔。膜片在氣腔與油腔作往復振動[1]，相當于活塞。氣腔缸蓋頂部有進氣和排氣閥孔，通過進氣管道上的逆止閥保障進氣孔只進不出，電機通過皮帶帶動飛輪，驅動曲軸連桿機構帶動活塞運行，壓縮油缸內的油將壓力傳遞給膜片，進而傳遞給需要升壓的氣體，完成壓縮機的吸、排氣過程。在加壓過程一部分油缸中油液會通過活塞環與缸壁及環槽的間隙泄漏返回到油箱中，造成一定油壓損失，為了彌補這個缺點，排凈壓縮氣體，在結構上設計了補償油泵，補償油泵在活塞吸氣時將略高于泄漏量的油注入油缸，排盡氣體后多余的油通過控制油壓的調壓閥（或隨動閥）流回到油箱中。由于膜片在工作中必須保持清潔，不允許有壓坑、劃痕、腐蝕和雜質，因此通常用于高純氣體的升壓。

膜壓機上排氣壓力控制、調節排油壓力的裝置，設計上有兩種形式，壓力可調型和壓力固定型，氮氣膜壓機一般采用壓力固定型，稱為隨動閥；含氫廢氣膜壓機采用壓力調節型，稱為調壓閥。調壓閥是利用彈簧的彈力控制油缸的油壓，擰動調節螺釘即可調節壓力，達到目標值后通過鎖母鎖死調節螺釘。設計上油缸油壓要高于排氣壓力才能保證氣體正常升壓，隨著機器運行，需要定期檢查，壓力不滿足要求要手動調節調壓閥；隨動閥相比調壓閥操作簡單，不用手動調節，出廠時已設定好，運行可靠，有效防止人為誤操作，隨動閥工作機理是利用平衡時排油壓力等于排氣壓力與膜片變形壓力之和，停機時膜片向下變形使油路關閉，當啟機后，活塞動作使得油壓大于氣壓加變形力時，膜片向上變形，使氣體升壓，放油回路打開，油量釋放，缸體油壓降低，膜片逐漸恢復向下變形，直至油路完全關閉，三個力達到新的平衡，保證油壓略高于氣壓。膜壓機還配置了相應的壓力、溫度等監控儀表，全程由PLC 控制，操作簡單，運行穩定安全。

在實際工作中，任何機械設備都會一些出小問題的，基于膜壓機的設計結構，在調試運行中也出現了一些故障和不足，根據現場工作經驗，膜壓機故障有以下三個方面：

1 膜片安裝不當導致膜片損壞

膜片是膜壓機最關鍵的設備，也是極其敏感的設備。壓縮缸體和隨動閥都安裝有膜片，材料一般為不銹鋼金屬材質，膜片是由氣側膜片、中間膜片和油側膜片組合成的，隨動閥屬于成套設備，到達電站后，不會拆檢，在現場和廠家安裝過程中，要使用特定的工器具來安裝拆卸，過程中膜片和氣腔曲面易損壞造成漏氣，不能使用蠻力敲打。三張膜片容易區分，無定位孔是氣側膜片，兩定位孔中間有一個小孔的是油側膜片，兩定位孔中間有一道氣槽是中間膜片。小孔和氣槽可以將油側膜片和氣側膜片破裂后的介質壓力信號傳遞到控制柜，當壓力高于停機值時，從而觸發停機，并在報警畫面上顯示相應報警信息。發生停機后，在問題沒有處理好不允許繼續運行，更換膜片時檢查氣腔曲面是否清潔，配油盤上小孔是否堵塞。配油盤的兩定位銷可以套在膜片的定位孔，膜片安裝順序是油、中、氣。

2 升壓慢、振動噪音大

膜壓機升壓慢、振動噪音大有以下5 個原因：

2.1 油缸內有氣體

膜壓機在正常運行時，油缸活塞與膜片之間的油腔全是潤滑油，當存在氣體時，因為氣體能夠被壓縮，在膜壓機運行時，氣體的存在導致膜片的動作行程縮短，降低膜壓機的氣體升壓速率。氣體主要來自于兩個方面，一個是因為潤滑油箱油位低于最低液位刻度，補償油泵在吸油時也將油表面上含氣油液吸入；其二是當油箱潤滑油加的過多，連桿或者配重擊打油面，使空氣進入油內，經補償油泵進入缸內。因此在加潤滑油和平時巡檢中要格外關注油位，保持在正常刻度范圍內中間偏上的位置，這樣不僅有利于為油缸提供油壓，還有利于膜壓機內各摩擦表面的潤滑。當油缸內存在氣體時，也可以通過打開油壓表下面的放油閥來放掉氣體，具體做法是啟動壓縮機，當看到左、右缸油壓表回油塑料管（油壓表下）中的油均勻流出，氣泡消失后，說明氣體已排出，此刻關閉放油閥。

2.2 膜片失效

隨動閥的膜片是金屬材質，長時間動作，會造成一定的磨損，造成膜片彈性降低、油路密封性差，彈性降低會使得膜片變形壓力降低，這樣油壓和氣壓相近，壓縮氣體效率降低，長時間不升壓，膜壓機振動大。油路密封性差，則造成油壓損失，同樣降低壓縮效率[2]。因此正常使用時，膜片的表面必須保持清潔，不允許有壓坑、劃痕、腐蝕和雜質，尤其是在膜壓機安裝好后，要對相關管路進行吹掃，安裝時房間內清潔度要符合要求，定期更換潤滑油，避免油對膜片的損害。

2.3 補償油泵失效

膜壓機有兩個油回路，一個是潤滑油回路，靠電機帶動齒輪油泵來提供壓頭，保證機器內各部件的潤滑，壓力小，只有0．2-0．4Mpa，壓力太低會觸發停機，一路是油缸油壓保障回路，當補償油泵供油量不足，會使壓縮機效率降低，氣體壓力長時間不上升，由于補償油泵不易拆卸，因此檢查時，可以先外表觀察一下，補償油泵為柱塞泵，動作時有強烈的振動感，像脈沖一樣，觸摸補償油泵的出口油管，感覺一下振動，然后可開拆開出口油管接頭，看看出油是否正常，最簡單的方法是用手指去堵一下，正常是堵不住的，檢查后沒問題，再檢查補償油泵上的進、排油閥閥口是否堵塞或嚴重磨損，有問題則清洗或更換后再檢查一下。

2.4 過濾器失效

膜壓機對油的品質有很高的要求，在機組長時間運行中，潤滑油的品質會逐漸降低，由于是閉式循環，所以要依靠過濾器來過濾到油中的固體雜質，從油箱出來的油會經過齒輪油泵和補償油泵，在泵的入口和出口會裝有過濾器，其中齒輪泵入口過濾器與油箱底部連接，拆檢困難，需要將油全部放掉，正常情況是更換潤滑油時檢查過濾器，如失效堵塞及時更換。

2.5 進氣、排氣閥漏氣或堵塞

由于管道內的雜質導致閥門堵塞可以將閥門拆下進行吹掃，漏氣則現象非常明顯，原因可能是密封墊圈放置不正，拆下重新裝上即可。

3 膜壓機無法正常啟動

這種情況首先要檢查各類報警參數有誤異常，在線有沒有做好，在線方面主要是補水閥和排氣閥有沒有打開，由于膜壓機采用水冷的形式冷卻，所以對水的流量和壓力有著非常高的要求，當流量低于報警值時會報警，一定時間后觸發停機，而排氣閥是因為膜壓機啟動是空載啟動，其次就是補償油泵是否卡澀，補償油泵為柱塞泵，長時間停機后，柱塞泵上油漬會造成柱塞卡澀，需要手工除去油漬并施加一個初始力克服卡澀，啟機正常運行之后則不會出現這個問題[3]。

4 結語

膜壓機在核電廠中有著非常重要的影響，也是運行人員和維修人員需要重點了解和學習的設備，在工作中要認真仔細地去巡檢操作，一些故障在發生前就會有一些征兆，本文通過對各種常見故障的現象及原因進行分析，對膜式氣體壓縮機結構有了深入了解和認知，為核電廠安全穩定運行提供支持和幫助。