往復(fù)式計(jì)量泵工作原理及故障分析

王明旭 于海章 劉勇先

（遼陽石化分公司尼龍廠醇酮一車間 遼寧遼陽）

一、往復(fù)泵簡介

往復(fù)泵是一種發(fā)展較早的動(dòng)力機(jī)械，它適合輸送流量較小、壓力較高的各種介質(zhì)。理論上，往復(fù)泵的流量和排出壓力無關(guān)，因此，在流量要求較高的地方都會(huì)使用往復(fù)式計(jì)量泵，可以精確且可調(diào)節(jié)地輸送各種介質(zhì)。輸送介質(zhì)的穩(wěn)定性是此類泵的關(guān)鍵指標(biāo)，正是由于輸送介質(zhì)的不穩(wěn)定，常造成化工廠一些事故的發(fā)生。曾發(fā)生過副反應(yīng)器開始反應(yīng)少，之后突然劇烈反應(yīng)的現(xiàn)象，造成精餾塔翻塔盤的事故，這便是計(jì)量泵輸送的物料流量不穩(wěn)定造成的。雖然往復(fù)泵很小，但也非常關(guān)鍵，特別是在化學(xué)反應(yīng)很難控制的地方尤其重要。

二、工作原理、特點(diǎn)及分類

1.工作原理

往復(fù)泵由輸送液體的泵缸和從原動(dòng)機(jī)將能量傳遞給泵缸部分組成。一部分是直接輸送液體，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體壓力能的液力端（泵頭），另一部分是將原動(dòng)力的能量傳給液力端的傳動(dòng)端（驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）。液力端主要包括缸體、活塞、（柱塞）、吸入閥和排出閥等部件。傳動(dòng)端主要包括曲柄、連桿十字頭等部件。有的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)來解決由圓周運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的問題。在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞向泵頭運(yùn)動(dòng)的過程中，使泵頭內(nèi)的壓力上升，使泵頭內(nèi)的出口閥開啟，入口閥關(guān)閉，把泵頭內(nèi)的物料輸送出去。在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞向泵頭相反的方向運(yùn)動(dòng)的過程中，使泵頭內(nèi)的壓力上下降，使泵頭內(nèi)的出口閥關(guān)閉，入口閥開啟，把管道內(nèi)的物料吸入泵頭內(nèi)。就這樣的反復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷的把要輸送的物料吸入排除。

2.工作特點(diǎn)

往復(fù)泵的流量與往復(fù)泵活塞的直徑和活塞的行程、泵的轉(zhuǎn)速有關(guān)，與泵的揚(yáng)程無關(guān)，所以往復(fù)泵不能用出口閥來調(diào)節(jié)流量，用行程調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)行程大小或者用改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量大小。由于往復(fù)泵的出口閥是間歇?jiǎng)幼鞯?，因此流量存在脈動(dòng)現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題有的采用多缸或雙作用，減小流量脈動(dòng)。為保證生產(chǎn)更加平穩(wěn)一般在計(jì)量泵的出口管線上都會(huì)安裝穩(wěn)壓器平衡壓力波動(dòng)。

3.分類

往復(fù)泵的種類很多，按往復(fù)泵的工作機(jī)構(gòu)可分為活塞（柱塞）泵和隔膜泵；按往復(fù)泵的作用特點(diǎn)可分為單作用泵、雙作用泵、差動(dòng)泵；按液缸數(shù)可分為單缸泵、雙缸泵、多缸泵等。

根據(jù)傳動(dòng)端的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類可分為：曲柄連桿、直軸偏心輪機(jī)構(gòu)、行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。根據(jù)動(dòng)力分類可分為：機(jī)動(dòng)泵，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵；直接作用泵，包括蒸汽、氣、液壓直接驅(qū)動(dòng)的泵；手動(dòng)泵。根據(jù)排出的壓力大小分類可分為：低壓泵≤4 MPa；中壓泵 4～32 MPa；高壓泵 32～100 MPa；超高壓泵＞100 MPa。

三、常見故障

1.達(dá)不到規(guī)定的流量和壓力

原因一般是進(jìn)口管線內(nèi)有空氣或蒸汽聚集，泵進(jìn)口管線連接螺栓松動(dòng)，電機(jī)或驅(qū)動(dòng)機(jī)速度低，缸蓋或罰蓋漏，閥座或閥磨損，安全閥部分打開或不能保持壓力，活塞環(huán)、柱塞、缸套磨損，旁通閥開啟或不能保持壓力，NPSHA不足，液體介質(zhì)在內(nèi)部回流以及外部雜質(zhì)堵塞泵內(nèi)通道。

2.NPSHA過低

進(jìn)口管線部分堵塞，進(jìn)口管線過長，有縮口，或過細(xì)，介質(zhì)蒸汽壓力過高，介質(zhì)溫度過高或大氣壓太低。

3.泵排不出液體

未灌泵，進(jìn)口管線有氣體，進(jìn)口管線堵塞，進(jìn)口閥門開度不合適，進(jìn)口總管螺栓松動(dòng)，泵缸閥門速度過高。

4.汽蝕

NPSHA過低，盤根處泄漏過多，NPSHH太高，液體未進(jìn)入入口管線。

5.缸蓋或閥蓋泄漏

超過規(guī)定壓力，墊片或O形環(huán)損壞，缸蓋或閥蓋連接螺栓松動(dòng)。

6.曲軸箱油中進(jìn)水

空氣中水分凝結(jié)，曲軸箱蓋密封壞，空氣呼吸器堵塞，連桿的盤根漏。

7.曲軸箱漏油

油位和油溫高，連桿盤根壞，曲軸箱蓋松、密封環(huán)壞。

8.泵驅(qū)動(dòng)機(jī)過負(fù)荷

泵轉(zhuǎn)速高，低電壓或其他電氣故障，出口壓力過高，出口管線堵塞，出口管線上閥門關(guān)閉或節(jié)流，活塞或柱塞的規(guī)格不合適，盤根壓蓋壓的太緊，動(dòng)靜件摩擦。

9.盤根（活塞桿或柱塞）泄漏

活塞桿或柱塞桿磨損，盤根損壞，盤根規(guī)格不對(duì)。

10.泵閥門噪聲過大

閥彈簧斷裂，泵氣蝕，空氣進(jìn)入進(jìn)口管線或蹦進(jìn)口總管螺栓松動(dòng)。

11.進(jìn)出口管線振動(dòng)

進(jìn)口管線過長或過細(xì)，進(jìn)口管線彎頭過多，管線支撐不正確，操作壓力和轉(zhuǎn)速超過額定值，盤根磨損，NPSHA不足。

12.泵運(yùn)動(dòng)時(shí)噪聲大

活塞或柱塞松脫，閥門噪聲，氣蝕。進(jìn)口管進(jìn)入空氣，進(jìn)口總管螺栓松動(dòng)，連桿大頭連接螺栓松動(dòng)，十字頭銷及套磨損或松脫，連桿軸承磨損，十字頭磨損，主軸承端部竄量過大，泵配管系統(tǒng)有沖擊，管線支撐不正確，配管對(duì)中不良，誤差過大?；蚺涔艹叽邕^小。

13.曲軸斷裂、彎曲，及其他重大事故

泵啟動(dòng)時(shí)出口閥門關(guān)閉，油液位低或油含雜質(zhì)，主軸承損壞?；钊蛑哺?，空氣進(jìn)入管線系統(tǒng)。液缸中液體結(jié)冰。

14.泵閥門故障

正常磨損。泵氣蝕，介質(zhì)中有顆粒，閥的零部件不能抗腐蝕，安裝問題，閥座及閥板清洗不干凈。

15.柱塞故障

熱沖擊，盤根太緊，介質(zhì)太臟，盤根壓蓋和柱塞摩擦。

四、故障分析及處理

2005年催化劑泵P214改造時(shí)，新上了兩臺(tái)隔膜式計(jì)量泵，在調(diào)試過程中計(jì)量泵不上量，檢查電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)速機(jī)構(gòu)靈活沒有問題，檢查柱塞的運(yùn)行情況正常，液壓油箱油量滿足要求，檢查進(jìn)出口閥組、閥板、閥座沒有問題，檢查出入口管線沒有問題，檢查油壓安全閥、回油閥進(jìn)油閥等均沒有問題。

往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中回油閥全開回油量不足，說明沒有進(jìn)油，后檢查進(jìn)油系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)油管處有水凍凝堵塞了管道，導(dǎo)致新的計(jì)量泵不上量。該泵運(yùn)行一段時(shí)間后，流量突然變小?，F(xiàn)場(chǎng)檢查行程沒有問題，油箱液位也正常，診聽出入口閥組沒有聲音，觀察回油管線沒有回油，說明沒有建立油壓。重點(diǎn)檢查油系統(tǒng)，解體后發(fā)現(xiàn)柱塞填料壓蓋脫落，液壓腔不能建立起油壓，導(dǎo)致泵不上量。

P213隔膜式計(jì)量泵輸送的介質(zhì)是鉻酸酐水溶解形成的鉻酸，在溶解的過程中有未溶解的顆粒。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)該泵不上量，檢查了出入口閥，閥球聲音很小，閥球、閥座沒有磨損，把入口閥組拆下，打開入口閥發(fā)現(xiàn)沒有液體流出，初步斷定為入口管線堵塞。拆下入口管線，發(fā)現(xiàn)入口管線過濾網(wǎng)堵塞，有大量鉻酸顆粒，導(dǎo)致計(jì)量泵不上量。

P102隔膜式計(jì)量泵在停車檢修過程中處理了入口管線，裝置開車時(shí)發(fā)現(xiàn)泵不上量，而且流量曲線一直在低位運(yùn)行。將行程調(diào)節(jié)器調(diào)大，柱塞行程正常，流量仍沒有變化?，F(xiàn)場(chǎng)檢查出入口閥組，閥球聲音正常。液壓油沒有乳化，回油閥和進(jìn)油閥也正常。后檢查入口管線，發(fā)現(xiàn)入口閥沒有全開，開大入口閥后流量立即增大。

P102隔膜式計(jì)量泵輸送的物料為進(jìn)料罐底部的環(huán)己烷和水的混合物，為防止進(jìn)料泵把水帶到反應(yīng)器，在快進(jìn)入冬季的時(shí)候，裝置投用了蒸汽伴熱系統(tǒng)，即同時(shí)把該泵入口管線的伴熱也投用了。投用前該泵運(yùn)行正常，投用后泵的流量波動(dòng)非常大，檢查閥組沒有問題，傳動(dòng)系統(tǒng)正常。經(jīng)分析認(rèn)為，可能是工藝輔助系統(tǒng)問題，發(fā)現(xiàn)來料溫度達(dá)50℃，高于平時(shí)的30℃，介質(zhì)中環(huán)己烷極易氣化。當(dāng)溫度達(dá)到50℃時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的環(huán)己烷氣體。把泵的底排閥打開，排出大量的氣體，說明是伴熱裝置將物料加熱，使物料中的環(huán)己烷大量氣化，停止伴熱并排除氣體后試泵，泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

P102隔膜式計(jì)量泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中流量突然減小，檢查容易出現(xiàn)問題的出入口閥組，閥球動(dòng)作正常，液壓系統(tǒng)回油閥正常。檢查柱塞的行程，發(fā)現(xiàn)行程小于正常狀態(tài)，于是調(diào)節(jié)臥式N型軸的行程調(diào)節(jié)器，柱塞行程沒有變化，說明行程調(diào)節(jié)器故障。拆下行程調(diào)節(jié)器，發(fā)現(xiàn)N型軸的固定端蓋螺栓脫落，重新將螺栓安裝上，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

P307隔膜式計(jì)量泵電機(jī)過載，檢查行程不是在高位運(yùn)行，盤車有卡澀現(xiàn)象。把柱塞和十字頭脫離，還是有卡澀現(xiàn)象，說明傳動(dòng)系統(tǒng)有故障。拆下蝸輪、蝸桿等部件，發(fā)現(xiàn)蝸桿軸承損壞，更換軸承重新組裝后，連接柱塞和十字頭運(yùn)行正常。

五、總結(jié)

計(jì)量泵的工作是否正常，首先檢查傳動(dòng)系統(tǒng)，然后檢查液壓體統(tǒng)，最后檢查工藝系統(tǒng)。在檢查傳動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)，應(yīng)注意是否有雜音及卡澀現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)是否靈活。檢查液壓系統(tǒng)時(shí)，檢查入口油閥組、出口油閥組，動(dòng)作是否靈活，密封面是否符合要求，油壓安全閥調(diào)定的壓力是否合適，高了容易使油壓過高，是膜片降低使用壽命，同時(shí)管線的液擊增大。低了容易使液壓油大量排出，膜片的變形量很小使工藝介質(zhì)流量減小。工藝系統(tǒng)檢查時(shí)，先檢查工藝系統(tǒng)的過濾網(wǎng)是否堵塞，工藝介質(zhì)中是否有容易氣化的物料，工作溫度是否超標(biāo)，工藝管道是否有泄漏部位。工藝側(cè)進(jìn)出口閥組檢查，檢查密封面是否完好。