往复式活塞隔膜泵单向阀故障自动诊断技术

摘要：随着我国经济持续增长，国内的矿山、有色、化工等领域不断发展壮大，其中用于矿浆输送、氧化铝溶出、化工反应炉喂料等方面的往复式活塞隔膜泵也得到了大量应用，由于多种原因设备经常会出现单向阀卡阀、泄漏现象，给设备和工艺系统带来很大危害。文章从隔膜泵工作机理方面入手，分析了单向阀故障产生的原因，提出了单向阀故障的自动诊断及报警技术，可以有效避免或减轻单向阀故障带来的危害。

关键词：隔膜泵单向阀故障自动诊断

中图分类号：TH3文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)03(a)-0000-00

隔膜泵是20世纪70年代在工业发达国家发展起来的适用于固体和液体两相介质输送的理想设备[1]，是在往复式活塞泵基础上，增加隔膜室演变而来，实现了输送介质与活塞的隔离，从而创造了一项全新的先进输送技术和设备。它既具有活塞泵能输送高扬程、高浓度、高温度和高碱度的优点[2]，更具有隔膜泵本身耐高磨蚀、易损件寿命高、维修简便、连续运转效率高、运行成本低、高效节能环保等新特点。

隔膜泵工作原理如图1所示，以三缸单作用隔膜泵为例，电动机通过传动系统带动三拐曲轴、连杆、十字头，使旋转运动转为直线运动，带动活塞做往复运动。当活塞向左运动时，活塞借助油介质将隔膜室中隔膜吸到左方向，借助矿浆进料压力打开进料单向阀，吸入矿浆充满隔膜室。当活塞向右方向运动时，活塞借助油介质将隔膜室中隔膜推至右方向运动，同时打开出料单向阀将矿浆排到泵外。由于矿浆不接触活塞等运动部件，减少了这些部件的磨蚀。同时，通过设置灵敏、可靠的检测自动化系统，保证了橡胶隔膜的长寿命，成为高磨蚀、高浓度固液两相介质矿浆管道化输送的理想设备[3]。

从工作原理可以看出每个隔膜室输送料浆分为两个阶段：1、进料行程2、出料行程。排料行程隔膜室内压力曲线如图2所示：

从隔膜泵工作原理可以看出，泵每一个吸排料的过程都需要进出料单向阀各动作一次，一般隔膜泵的冲次为50r/min,每一个冲次对应一个吸排料的过程，则可以计算出在设备连续运转一天的时间内，进出料单向阀就需要动作72000次，尤其在单向阀闭合的瞬间，料浆对单向阀的冲刷破坏力非常很大，由于单向阀过流件寿命相对较短（一般在1000小时），在接近使用寿命的前期，单向阀内的阀锥、阀芯会被流体冲刷而发生泄漏；如果过流件在设计、制造的过程中存在问题，就会短期内出现意外损坏；或者由于意外原因例如输送料浆中固体颗粒较大（容易在单向阀落下时卡住单向阀从而导致密封不严）或操作原因而导致单向阀出现卡阀现象。

目前在隔膜泵市场，无论是进口产品还是国产设备，均无隔膜泵单向阀故障自动诊断功能，无法做到排除故障的及时性、准确性。而单向阀故障都会造成设备压力和流量波动，从而引起设备振动，影响设备寿命，或对输送管路造成破坏，在某些关键领域如化工企业甚至会对周围事物构成重大安全威胁。

单向阀故障从原理分析有两种：1、单向阀泄漏；2、单向阀卡阀。现在分别分析两种故障导致设备出现的异常现象，从而找出及时判断的方法。

1、单向阀泄漏故障状态

单向阀泄漏可以分为两种情况即：出料端单向阀泄露和进料端单向阀泄露。从工作原理分析，假设单向阀处于损坏密封不好状态。⑴在出料端单向阀受损时，在吸料行程中，排出的部分料浆在管路压力作用下通过出料端单向阀泄漏点返回隔膜室，表现为在吸料时间内隔膜室内压力高于正常喂料压力。⑵进料端单向阀受损时，由于排料管道内的压力远远大于进料压力，所以在排料过程时一部分物料会通过进料端单向阀泄漏点被推回进料管路，表现为在吸料时间内进料管路内压力有较大波动或高于正常喂料压力。

2、单向阀卡阀故障状态

若某隔膜室进料阀出现卡阀故障，等同于隔膜室与进料管路导通，根据料浆输送原理，当隔膜室进入排料行程时，由于排料压力远高于正常喂料压力，所以料浆不会被排入出料管路，而是被排回压力很低的进料管路，所以该隔膜室内的压力无论在吸料还是排料行程内都会一直显示为喂料压力，如图4所示：

若某隔膜室出料阀出现卡阀故障，等同于隔膜室与出料管路导通，根据料浆输送原理，当隔膜室进入吸料行程时，由于排料压力远高于正常喂料压力，所以在出料管压力作用下进料单向阀不会被打开，所以该隔膜室内的压力无论在吸料还是排料行程内都会一直显示为排料压力，如图5所示：

通过以上分析，我们可以得出结论，不管是哪个单向阀出现了泄漏或卡阀现象，与之对应的隔膜室内压力会相应发生变化，而这种规律的压力变化我们是可以检测到的。那么要实现单向阀故障自动诊断的方法也就可以从对隔膜室内的压力进行检测分析来实现，即在隔膜泵自动化控制系统的基础上增加设置单向阀故障自动诊断系统来完成单向阀故障的自动诊断及报警。隔膜泵自动化控制技术是指为保证隔膜泵运行可靠性，将其曲柄滑块机构的、冲洗及工作压力、隔膜行程的检测调整以及流量调整的控制由及变频调速装置来完成，并通过人机对话界面实现隔膜泵的运行[4]。自动诊断系统运行过程如下：在进料管路和每一个隔膜室上安装压力检测器件，实时监测隔膜腔内的推进液油压力的变化范围和进料管路的压力变化范围，再结合该隔膜室所处的进出料行程状态，一旦压力出现异常变化，通过控制系统对压力信号的变化进行自动判别后，就可以具体判断哪个单向阀是否出现了阀锥、阀芯泄漏或者阀锥出现卡阀现象，同时通过报警提示或人机画面自动在第一时间对操作人员发出声光报警信号，及时告知操作者进行相应的检修维护工作。

由于隔膜腔内流体压力监测及单向阀故障自动诊断系统在单向阀发生故障后很短时间内就对操作人员发出报警信号，做到了排除故障的及时性；而通过系统诊断，会精确到哪一个隔膜室对应的进出料单向阀出了泄漏或者卡阀故障中的哪一类，做到了排除故障的准确性。无论对于隔膜泵设备本身还是对整个工艺系统都有一个保护功能，避免或着可以大大降低由于单向阀故障而对工艺系统造成的损失。

参考文献

[1]张丽君，梁毅.我国隔膜泵实现新突破.中国冶金报，2003(10)

[2]金元善，赵振华编.油隔离泥浆泵.北京：冶金工业出版社，1983

[3]凌学勤，张开俊.往复式活塞隔膜泵.中国有色金属学会第三届学术会议论文集

[4]凌学勤.往复式活塞泵的技术参数及核心技术.机电产品开发与创新，2006(5