氣動(dòng)雙隔膜泵故障分析及治理

1背景概述

氣動(dòng)雙隔膜泵是一種新型輸送機(jī)械,采用壓縮空氣為動(dòng)力源,對于各種腐蝕性液體,帶顆粒的液體,高黏度、易揮發(fā)、易燃、劇毒的液體,均能予以抽光吸盡,同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1）環(huán)境與介質(zhì)之間采用靜密封連接,避免了介質(zhì)泄漏對環(huán)境的影響。

(2）壓縮空氣作動(dòng)力,在排氣時(shí)是一個(gè)膨脹吸熱的過程,氣動(dòng)泵工作時(shí)溫度是降低的,因此不存在泵體發(fā)熱的現(xiàn)象。

(3）隔膜泵裝配模塊化組裝,相比于普通離心泵檢修方便,更適合用于放射性或有毒有害的介質(zhì),可減少維修人員在此種環(huán)境下的工作時(shí)間。

基于以上優(yōu)點(diǎn),某核電廠核島廢液系統(tǒng)采用氣動(dòng)雙隔膜泵來運(yùn)輸放射性介質(zhì),相比其他核電廠,大大減少了核島內(nèi)的電動(dòng)離心泵,使得維護(hù)與運(yùn)行更加簡單有效,與此同時(shí),在該核電廠調(diào)試及生產(chǎn)期間,隔膜泵也出現(xiàn)了不同于離心泵的故障。本文從氣動(dòng)雙隔膜泵的原理出發(fā),對其故障分析與治理進(jìn)行了探討。

2氣動(dòng)雙隔膜泵工作原理

氣動(dòng)雙隔膜泵主要由泵殼、隔膜、軸、進(jìn)氣閥組件、排氣閥組件、外隔膜套件板、內(nèi)隔膜套件板等組成,如圖1所示。

氣動(dòng)雙隔膜泵采用壓縮空氣作為動(dòng)力源,隔膜室的內(nèi)側(cè)是間隔加壓,同時(shí)把另一個(gè)隔膜內(nèi)室排空,這樣就會使隔膜往復(fù)前后移動(dòng),隔膜中心的金屬板固定了一個(gè)用于連接隔膜的公用軸,當(dāng)一個(gè)隔膜進(jìn)行排放沖程時(shí),拉動(dòng)對面的隔膜室內(nèi)另一個(gè)隔膜執(zhí)行吸入沖程。

隔膜室的交替增壓和排放動(dòng)作由安裝在外部的引導(dǎo)式四通道空氣分配閥完成,當(dāng)閥芯移動(dòng)到閥體一端時(shí),進(jìn)口壓力作用于某一隔膜室,而另一隔膜室排空。當(dāng)閥芯移動(dòng)到閥體的另一端時(shí),隔膜壓力交換,完成一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣流分配閥閥芯由內(nèi)部引導(dǎo)閥推動(dòng),該閥門對氣流分配閥閥芯的某一端輪流加壓,同時(shí)排空另一端。制動(dòng)器活塞在隔膜沖程結(jié)束時(shí)接觸隔膜板,此時(shí)引導(dǎo)閥執(zhí)行轉(zhuǎn)換動(dòng)作,然后制動(dòng)器的活塞把引導(dǎo)閥的閥芯推到一個(gè)位置上以促動(dòng)氣流分配閥。

3氣動(dòng)雙隔膜泵常見故障現(xiàn)象及診斷

在某核電廠調(diào)試及生產(chǎn)期間,氣動(dòng)雙隔膜泵出現(xiàn)的故障有:泵無法啟動(dòng)、啟動(dòng)后負(fù)壓、啟動(dòng)后高壓、啟動(dòng)后壓力波動(dòng)大。

3.1泵無法啟動(dòng)

3.1.1泵無法啟動(dòng)現(xiàn)象

泵正常工作時(shí),通常會發(fā)出三種不同的聲音:隔膜內(nèi)介質(zhì)與泵殼的撞擊聲、出入口止回閥間斷撞擊聲、氣源間斷排氣聲,同時(shí)伴有阻尼器的上下運(yùn)動(dòng)、泵進(jìn)出口膨脹節(jié)的蠕動(dòng)、泵出口壓力變送器有壓力顯示等現(xiàn)象。

當(dāng)壓縮空氣輸入到氣動(dòng)雙隔膜泵中,如果沒有上述現(xiàn)象,則可判定為泵無法啟動(dòng)。

3.1.2泵無法啟動(dòng)原因分析及判斷

根據(jù)氣動(dòng)雙隔膜泵的原理可知,泵無法啟動(dòng)的根本原因在于隔膜沒有產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。隔膜無法運(yùn)動(dòng)的可能原因?yàn)?隔膜破損、隔膜與公用軸連接螺栓斷裂、空氣分配閥堵塞、制動(dòng)器活塞桿彎曲、導(dǎo)向閥卡澀、軸套磨損嚴(yán)重、止回閥卡澀等,不同的故障往往會表現(xiàn)出不同的形式。

下面通過某核電廠隔膜與公用軸連接螺栓斷裂的實(shí)例來分析泵無法啟動(dòng)的原因,并給出解決方案。

隔膜與公用軸連接螺栓斷裂伴有的現(xiàn)象:隔膜泵啟動(dòng)瞬間有壓力,能明顯地聽到隔膜只運(yùn)動(dòng)一次,之后隔膜不再運(yùn)動(dòng),泵出口無壓力,空氣分配閥出口處無壓縮空氣流出。

隔膜與公用軸連接螺栓斷裂的原因分析及解決方案:

(1）螺栓強(qiáng)度分析:該核電廠對斷裂的多顆螺栓做金相分析和抗拉強(qiáng)度分析,均滿足設(shè)計(jì)要求:并且聯(lián)系廠家,其他企業(yè)使用的同類型的隔膜泵并未出現(xiàn)此種情況,因此可排除螺栓本身的設(shè)計(jì)缺陷。

(2）供氣問題分析:該核電廠使用的隔膜泵設(shè)計(jì)極限壓力為860kPa(8.6bar）,推薦使用550～680kPa(5.5～6.8bar）的穩(wěn)定氣源,而現(xiàn)場實(shí)際供氣壓力為860kPa(8.6bar）,且管路上并未設(shè)置調(diào)壓閥,壓力波動(dòng)也比較大,因此造成隔膜兩端螺栓受力過大且不均,這是造成螺栓斷裂的主要原因之一,解決方案主要是增加減壓閥減小進(jìn)氣壓力。

(3）排氣問題分析:隔膜泵設(shè)計(jì)中是需要安裝消音器部件的,消音器的主要作用是緩沖排氣壓力,使廢氣緩緩排放,起到一定的緩沖作用。但該核電廠的隔膜泵用于排放廢液,為了防止隔膜破裂后放射性介質(zhì)噴射到環(huán)境中,取消了消音器,這也是造成螺栓斷裂的誘因。

(4）閥門開度問題:雖然氣動(dòng)雙隔膜泵具有一定的自吸功能,但當(dāng)隔膜泵剛剛啟動(dòng)時(shí),隔膜內(nèi)液體很少,存在大量的空氣,如果此時(shí)閥門全開,隔膜本身受到的沖擊必然增大,易導(dǎo)致固定隔膜的螺栓疲勞斷裂。因此根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)建議,隔膜泵啟動(dòng)時(shí),先將閥門開度控制在25%左右,當(dāng)介質(zhì)完全充滿隔膜腔時(shí),再將閥門置于全開的狀態(tài)。

3.2啟動(dòng)后負(fù)壓

3.2.1啟動(dòng)后負(fù)壓現(xiàn)象

隔膜泵正常運(yùn)轉(zhuǎn),但位于氣動(dòng)雙隔膜泵出口管路上的壓力變送器卻顯示為負(fù)壓。

3.2.2啟動(dòng)后負(fù)壓原因分析

從圖1可知,氣動(dòng)隔膜泵裝配有四個(gè)止回閥,分別位于出口和入口,止回閥的作用為當(dāng)腔室進(jìn)行排放沖程時(shí),出口止回閥被頂起,入口止回閥被液體頂至閥座上,使介質(zhì)運(yùn)輸至管路中:當(dāng)腔室進(jìn)行吸收沖程時(shí),出口止回閥在管路介質(zhì)和腔室真空度的影響下落到閥座上,而入口止回閥從閥座上被吸起,使介質(zhì)進(jìn)入到腔室中。根據(jù)止回閥的作用可知,壓力變送器的數(shù)值變?yōu)?a href="/tags/負(fù)壓" target="_blank">負(fù)壓時(shí),很大程度上說明閥球和閥座密封面有損傷或者兩者之間存在異物,此時(shí)應(yīng)該單獨(dú)檢修止回閥。

3.3啟動(dòng)后高壓

3.3.1啟動(dòng)后高壓現(xiàn)象

隔膜泵啟動(dòng)瞬間正常運(yùn)轉(zhuǎn),隨后可明顯聽到隔膜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)幅度越來越小,直至隔膜泵不再運(yùn)轉(zhuǎn),并且出口壓力變送器顯示為高壓,脈沖阻尼器的上觸發(fā)擋板位于最高位置。

3.3.2啟動(dòng)后高壓原因分析及判斷

啟動(dòng)后高壓通常是隔膜泵所在管路堵塞、閥門在線不正確、管路上止回閥無法開啟等等原因所致。當(dāng)需要判斷氣動(dòng)雙隔膜泵是否存在缺陷時(shí),可以將隔膜泵置于打循環(huán)的管路上,此時(shí)管路上閥門較少,能更直觀地判斷隔膜泵的狀態(tài)。出現(xiàn)此種情況時(shí),應(yīng)優(yōu)先選擇將隔膜泵置于打循環(huán)的管路上,驗(yàn)證隔膜泵性能的同時(shí),也能起到保護(hù)隔膜泵的作用。

3.4啟動(dòng)后壓力波動(dòng)大

3.4.1啟動(dòng)后壓力波動(dòng)大現(xiàn)象

隔膜泵啟動(dòng)后運(yùn)轉(zhuǎn)正常,但出口管路上的壓力變送器數(shù)值波動(dòng)較大。

3.4.2啟動(dòng)后壓力波動(dòng)大原因分析及判斷

由于隔膜泵本身的特性,正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,壓力會出現(xiàn)波動(dòng),但是當(dāng)壓力波動(dòng)大的時(shí)候需要對泵進(jìn)行必要的判斷,以免損壞泵。

啟動(dòng)后壓力波動(dòng)大的主要原因:隔膜泵出口止回閥單邊密封不嚴(yán),致使流量變化比較大:脈沖阻尼器無法起到緩沖作用,重點(diǎn)檢查脈沖阻尼器氣源是否正常、進(jìn)氣閥和排氣閥是否泄漏:出口壓力變送器出現(xiàn)故障,重新校正壓力變送器。

4結(jié)語

氣動(dòng)雙隔膜泵結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)方便,沒有動(dòng)密封,減少了有害介質(zhì)對外的排放,因此越來越多地被應(yīng)用到了噴漆、陶瓷業(yè)、環(huán)保、廢水處理、建筑、排污、精細(xì)化工等行業(yè)中,并具有其他泵不可替代的地位。

本文針對某核電廠調(diào)試及生產(chǎn)期間氣動(dòng)雙隔膜泵出現(xiàn)的四種常見故障進(jìn)行了分析,提供了氣動(dòng)雙隔膜泵故障診斷的方法。