隔膜計(jì)量泵工作原理、使用問(wèn)題及對(duì)策分析

楊世杰

（煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264006）

計(jì)量泵的特點(diǎn)在于它能夠精確地調(diào)節(jié)、計(jì)量流經(jīng)計(jì)量泵的各種流體，在精細(xì)化生產(chǎn)工藝中得到廣泛的應(yīng)用，是石油加工、精細(xì)化工、污水凈化、食品加工、醫(yī)藥生產(chǎn)、能源加工、有機(jī)化工、高分子合成等眾多技術(shù)領(lǐng)域中的核心設(shè)備。在這些工藝生產(chǎn)中，計(jì)量泵在物料計(jì)量、物料衡算、原料比例調(diào)整等方面發(fā)揮了重要作用。從第一臺(tái)計(jì)量泵于1936年被開(kāi)發(fā)應(yīng)用出來(lái)以后，縱觀計(jì)量泵的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用的80多年歷史，技術(shù)人員在計(jì)量泵的驅(qū)動(dòng)力方式和設(shè)備材料選型上開(kāi)展了大量的工作，基于驅(qū)動(dòng)力方式和設(shè)備材料選型技術(shù)成果，計(jì)量泵的計(jì)量精確性、耐壓耐溫能力、流量調(diào)節(jié)靈活性、輸送介質(zhì)種類都得到了極大的提升。其中，隔膜計(jì)量泵是其中最為典型的計(jì)量泵。隔膜計(jì)量泵的最大的特點(diǎn)在于它使用“隔膜材料”將計(jì)量泵的驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑組件與輸送的流體體相隔離，及避免了流體體相對(duì)驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑組件的腐蝕，又極大地提高了計(jì)量泵的密封性。

現(xiàn)在，隔膜計(jì)量泵憑借著它獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，在噴漆、陶瓷加工、廢水凈化、精細(xì)化工等領(lǐng)域發(fā)揮了其他類型計(jì)量泵不可替代的作用。因此，為了彌補(bǔ)我國(guó)隔膜計(jì)量泵產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的差距，本文從隔膜計(jì)量泵工作原理入手，根據(jù)隔膜計(jì)量泵實(shí)際作業(yè)時(shí)經(jīng)驗(yàn)，梳理了隔膜計(jì)量泵工作時(shí)常見(jiàn)的故障問(wèn)題，并總結(jié)各種故障問(wèn)題需要采取的解決措施。

1 隔膜計(jì)量泵的結(jié)構(gòu)及原理

1．1 隔膜計(jì)量泵的結(jié)構(gòu)及原理

（1）隔膜計(jì)量泵結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)組成來(lái)看，隔膜計(jì)量泵由驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)備、隔膜組件、泵頭、內(nèi)循環(huán)壓力平衡系統(tǒng)、量程調(diào)節(jié)組件、減速組件等幾部分組成。其中，泵頭由泵頭、進(jìn)料管線閥門(mén)、卡套法蘭、出料管線閥門(mén)、護(hù)膜板等幾部分組成；減速組件采用蝸輪蝸桿減速方式，行程調(diào)節(jié)采用N形曲軸連桿方式，減速組件和行程調(diào)節(jié)組件安裝在統(tǒng)一箱體內(nèi)；泄壓閥、排氣閥、補(bǔ)油閥、出油罐、缸體等組成隔膜計(jì)量泵的內(nèi)循環(huán)壓力平衡系統(tǒng)；隔膜片安裝在缸體與泵頭之間，將輸送流體和液壓油隔離起來(lái)；臥式泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)備安裝在箱體的側(cè)面，立式泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)備安裝在箱體的上面，根據(jù)生產(chǎn)需求驅(qū)動(dòng)點(diǎn)擊設(shè)備可以選擇變頻電機(jī)也可選擇固定頻率電機(jī)。

（2）隔膜計(jì)量泵工作原理。隔膜計(jì)量泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)備利用傳動(dòng)帶帶動(dòng)蝸桿選裝，蝸桿經(jīng)過(guò)渦輪、下套筒將動(dòng)量傳遞給系統(tǒng)的N型軸。通過(guò)N型軸的聯(lián)動(dòng)作用和行程調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)計(jì)量泵柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的形成，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)量泵流量的條件。另一個(gè)調(diào)節(jié)計(jì)量泵流量的方式，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)備工作頻率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)柱塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓腔體積增加，液壓腔內(nèi)壓力降低，使得彈性膜片向后彎曲。向后彎曲的膜片導(dǎo)致流體介質(zhì)腔內(nèi)體積增加，產(chǎn)生負(fù)壓。這時(shí)，計(jì)量泵的進(jìn)口閥門(mén)打開(kāi)，介質(zhì)在壓差的作用下從計(jì)量泵前管線進(jìn)入流體介質(zhì)腔內(nèi)，計(jì)量泵的出口閥門(mén)關(guān)閉，當(dāng)柱塞沖程達(dá)到滿額時(shí)，單次進(jìn)料結(jié)束。單次進(jìn)料結(jié)束后，柱塞泵開(kāi)始向前運(yùn)動(dòng)，液壓腔體積降低，液壓腔內(nèi)壓力增加，使得彈性膜片向前彎曲。向前彎曲的膜片導(dǎo)致流體介質(zhì)腔內(nèi)體積降低，產(chǎn)生正壓。這時(shí)，計(jì)量泵的出口閥門(mén)打開(kāi)，介質(zhì)在壓差的作用下從流體介質(zhì)腔進(jìn)入到計(jì)量泵后管線，完成單次出料。簡(jiǎn)易示意圖如圖1所示。兩個(gè)過(guò)程循環(huán)配合，完成管線流體介質(zhì)的不斷輸送，有時(shí)為了保障進(jìn)料的穩(wěn)定性，會(huì)使用雙臺(tái)聯(lián)動(dòng)的計(jì)量泵輸送介質(zhì)。

圖1 隔膜計(jì)量泵工作原理簡(jiǎn)易圖

1．2 技術(shù)特點(diǎn)

從隔膜計(jì)量泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理可以看出，隔膜計(jì)量泵使用柔性隔膜材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的活塞，在驅(qū)動(dòng)作用下不斷完成往復(fù)輸料過(guò)程。由于高效的隔膜效果，隔膜計(jì)量泵的設(shè)備密封性非常好、輸送物料與驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑組件的隔離性非常好。因此，基于隔膜計(jì)量泵技術(shù)特點(diǎn)，其具有如下工作特點(diǎn)：

（1）可以實(shí)現(xiàn)高揮發(fā)性有機(jī)溶劑的輸送，如甲醇、石油醚、低碳烷烴、乙醇等；由于將物料和驅(qū)動(dòng)設(shè)備隔離，可以輸送腐蝕性較強(qiáng)的溶液；

（2）柱塞密封工作溫度低，不需要在泵頭處搭載輔助冷卻設(shè)備；

（3）隔膜計(jì)量泵運(yùn)行安全可靠，機(jī)器產(chǎn)生的震動(dòng)和噪音非常小，保障了員工現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境；設(shè)備構(gòu)造、操作簡(jiǎn)單，設(shè)備后期維護(hù)方便；

（4）采用內(nèi)循環(huán)壓力平衡系統(tǒng)保證設(shè)備內(nèi)部的壓力平衡，提高了隔膜計(jì)量泵的柱塞密封填充料和膜片的使用壽命。

2 隔膜計(jì)量泵使用問(wèn)題及對(duì)策

2．1 隔膜零件故障及措施

從上一小節(jié)闡述的隔膜計(jì)量泵工作原理可以看出，在計(jì)量泵柱塞不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)輸送流體介質(zhì)過(guò)程中，受到體積變化的作用，隔膜的左右兩端常處于連續(xù)交替變換受力的狀態(tài)，導(dǎo)致計(jì)量泵的隔膜零件極容易開(kāi)裂受損，影響計(jì)量泵正常工作。最常見(jiàn)兩種開(kāi)裂原因有以下幾方面：（1）進(jìn)料溫度過(guò)高，到時(shí)隔膜材料老化嚴(yán)重；（2）輸送的料液中含有氣體或者汽化產(chǎn)生氣體，氣體進(jìn)入流體介質(zhì)腔后，導(dǎo)致隔膜承受的壓力不均勻，產(chǎn)生機(jī)械疲勞；（3）進(jìn)料不穩(wěn)定，導(dǎo)致進(jìn)料時(shí)計(jì)量泵內(nèi)流體介質(zhì)分離形成空隙，造成缺料、打空泵情況，導(dǎo)致隔膜成熟的應(yīng)變力增大，造成隔膜擊穿或者機(jī)械損傷。

當(dāng)隔膜出現(xiàn)性能故障時(shí)需要隔膜進(jìn)行更換，關(guān)閉系統(tǒng)進(jìn)出口單向閥，打開(kāi)放空閥，使得系統(tǒng)壓力與大氣壓力平衡，排出液壓油。松懈進(jìn)出口管線螺母，擰下泵頭前段緊固螺母，卸下泵頭，更換新舊隔膜片。

2．2 泵不上量或上量不足

隔膜計(jì)量泵不上量或者上量不足的問(wèn)題產(chǎn)生的原因有很多，可以從以下幾方面入手排查：

（1）隔膜損壞或單向閥堵塞。單向閥堵塞時(shí)導(dǎo)致計(jì)量泵無(wú)法工作的首要因素，發(fā)現(xiàn)上述問(wèn)題后?，F(xiàn)場(chǎng)人員首先將泵前的單向閥拆除，調(diào)節(jié)柱塞沖程觀察隔膜運(yùn)動(dòng)情況。如果隔膜運(yùn)動(dòng)與柱塞沖程匹配，則可以排除隔膜損害問(wèn)題。然后，利用清洗液體如水、有機(jī)溶劑等對(duì)單向閥盡心清理，可以適當(dāng)用軟毛刷刮蹭，重新裝回清洗過(guò)的單向閥觀察進(jìn)料情況。單向閥的堵塞通常是因?yàn)榱弦褐袡C(jī)械雜質(zhì)導(dǎo)致的，可以通過(guò)原料預(yù)處理或者前置過(guò)濾器進(jìn)行避免。

（2）補(bǔ)油閥堵塞。計(jì)量泵工作時(shí)液壓腔內(nèi)液壓油發(fā)揮重要作用，當(dāng)腔內(nèi)液壓油量不夠使，計(jì)量泵會(huì)打開(kāi)附加儲(chǔ)油槽進(jìn)行液壓油補(bǔ)充。如果補(bǔ)油閥出現(xiàn)故障時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致液壓油無(wú)法及時(shí)供給，導(dǎo)致隔膜停止運(yùn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)幅度不足。這種情況只能對(duì)補(bǔ)油閥進(jìn)行更換。

（3）減速組件失效。當(dāng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)損壞時(shí)，N曲軸系統(tǒng)會(huì)癱瘓，導(dǎo)致泵缺少驅(qū)動(dòng)力而停轉(zhuǎn)發(fā)生不上量情況。

2．3 計(jì)量精度不夠

計(jì)量精確時(shí)隔膜計(jì)量泵的一個(gè)重要特征，如果計(jì)量精度不夠，計(jì)量泵也會(huì)影響工藝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。計(jì)量泵計(jì)量精度不足的排查原因和對(duì)應(yīng)的解決措施如表1所示。

表1 計(jì)量泵計(jì)量精度不足的原因和解決措施

除此之外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，隔膜計(jì)量泵還會(huì)出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)中有沖擊聲、排液量不夠、機(jī)箱或液壓油池內(nèi)的油量非正常減少或增加等問(wèn)題，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行排查總結(jié)。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)在20世紀(jì)70年代才開(kāi)始在研發(fā)應(yīng)用計(jì)量泵，起步時(shí)間落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，再加上技術(shù)水平的封鎖限制，我國(guó)當(dāng)前的隔膜計(jì)量泵技術(shù)水平仍落后于國(guó)外先進(jìn)科技公司。比如，德國(guó)注明計(jì)量泵生產(chǎn)公司——普羅特公司，基于計(jì)算機(jī)控制軟件和自動(dòng)化儀表，該公司開(kāi)發(fā)出的精密隔膜計(jì)量泵能夠通過(guò)改變沖程頻率和沖程長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)隔膜計(jì)量泵的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。而我國(guó)生產(chǎn)出的隔膜計(jì)量泵很多還依賴固定頻率調(diào)節(jié)方式。所以，相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)人員要基于扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，與特種材料、工程技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、計(jì)算機(jī)控制等領(lǐng)域結(jié)合，提升我國(guó)隔膜計(jì)量泵技術(shù)水平。