基于膜壓機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)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(shè)計上需要使用高壓高純的氣體，例如安注箱需要高壓氮?dú)鈦硖峁毫?，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(jī)來使氣體升壓，核電廠常用的壓縮機(jī)為膜片式壓縮機(jī)，簡稱膜壓機(jī)，膜壓機(jī)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(jī)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(shè)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(jī)為雙缸單級壓縮機(jī)，采用飲用水系統(tǒng)的水來冷卻潤滑油和排氣，壓縮系統(tǒng)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(fù)振動[1]，相當(dāng)于活塞。氣腔缸蓋頂部有進(jìn)氣和排氣閥孔，通過進(jìn)氣管道上的逆止閥保障進(jìn)氣孔只進(jìn)不出，電機(jī)通過皮帶帶動飛輪，驅(qū)動曲軸連桿機(jī)構(gòu)帶動活塞運(yùn)行，壓縮油缸內(nèi)的油將壓力傳遞給膜片，進(jìn)而傳遞給需要升壓的氣體，完成壓縮機(jī)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(huán)與缸壁及環(huán)槽的間隙泄漏返回到油箱中，造成一定油壓損失，為了彌補(bǔ)這個缺點(diǎn)，排凈壓縮氣體，在結(jié)構(gòu)上設(shè)計了補(bǔ)償油泵，補(bǔ)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(diào)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(zhì)，因此通常用于高純氣體的升壓。

膜壓機(jī)上排氣壓力控制、調(diào)節(jié)排油壓力的裝置，設(shè)計上有兩種形式，壓力可調(diào)型和壓力固定型，氮?dú)饽簷C(jī)一般采用壓力固定型，稱為隨動閥；含氫廢氣膜壓機(jī)采用壓力調(diào)節(jié)型，稱為調(diào)壓閥。調(diào)壓閥是利用彈簧的彈力控制油缸的油壓，擰動調(diào)節(jié)螺釘即可調(diào)節(jié)壓力，達(dá)到目標(biāo)值后通過鎖母鎖死調(diào)節(jié)螺釘。設(shè)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(jī)器運(yùn)行，需要定期檢查，壓力不滿足要求要手動調(diào)節(jié)調(diào)壓閥；隨動閥相比調(diào)壓閥操作簡單，不用手動調(diào)節(jié)，出廠時已設(shè)定好，運(yùn)行可靠，有效防止人為誤操作，隨動閥工作機(jī)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(jī)時膜片向下變形使油路關(guān)閉，當(dāng)啟機(jī)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(fù)向下變形，直至油路完全關(guān)閉，三個力達(dá)到新的平衡，保證油壓略高于氣壓。膜壓機(jī)還配置了相應(yīng)的壓力、溫度等監(jiān)控儀表，全程由PLC 控制，操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定安全。

在實(shí)際工作中，任何機(jī)械設(shè)備都會一些出小問題的，基于膜壓機(jī)的設(shè)計結(jié)構(gòu)，在調(diào)試運(yùn)行中也出現(xiàn)了一些故障和不足，根據(jù)現(xiàn)場工作經(jīng)驗(yàn)，膜壓機(jī)故障有以下三個方面：

1 膜片安裝不當(dāng)導(dǎo)致膜片損壞

膜片是膜壓機(jī)最關(guān)鍵的設(shè)備，也是極其敏感的設(shè)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(zhì)，膜片是由氣側(cè)膜片、中間膜片和油側(cè)膜片組合成的，隨動閥屬于成套設(shè)備，到達(dá)電站后，不會拆檢，在現(xiàn)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(qū)分，無定位孔是氣側(cè)膜片，兩定位孔中間有一個小孔的是油側(cè)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(cè)膜片和氣側(cè)膜片破裂后的介質(zhì)壓力信號傳遞到控制柜，當(dāng)壓力高于停機(jī)值時，從而觸發(fā)停機(jī)，并在報警畫面上顯示相應(yīng)報警信息。發(fā)生停機(jī)后，在問題沒有處理好不允許繼續(xù)運(yùn)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(jī)升壓慢、振動噪音大有以下5 個原因：

2.1 油缸內(nèi)有氣體

膜壓機(jī)在正常運(yùn)行時，油缸活塞與膜片之間的油腔全是潤滑油，當(dāng)存在氣體時，因?yàn)闅怏w能夠被壓縮，在膜壓機(jī)運(yùn)行時，氣體的存在導(dǎo)致膜片的動作行程縮短，降低膜壓機(jī)的氣體升壓速率。氣體主要來自于兩個方面，一個是因?yàn)闈櫥拖溆臀坏陀谧畹鸵何豢潭?，補(bǔ)償油泵在吸油時也將油表面上含氣油液吸入；其二是當(dāng)油箱潤滑油加的過多，連桿或者配重?fù)舸蛴兔?，使空氣進(jìn)入油內(nèi)，經(jīng)補(bǔ)償油泵進(jìn)入缸內(nèi)。因此在加潤滑油和平時巡檢中要格外關(guān)注油位，保持在正?？潭确秶鷥?nèi)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(jī)內(nèi)各摩擦表面的潤滑。當(dāng)油缸內(nèi)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(jī)，當(dāng)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(guān)閉放油閥。

2.2 膜片失效

隨動閥的膜片是金屬材質(zhì)，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(jī)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(zhì)，尤其是在膜壓機(jī)安裝好后，要對相關(guān)管路進(jìn)行吹掃，安裝時房間內(nèi)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(bǔ)償油泵失效

膜壓機(jī)有兩個油回路，一個是潤滑油回路，靠電機(jī)帶動齒輪油泵來提供壓頭，保證機(jī)器內(nèi)各部件的潤滑，壓力小，只有0．2-0．4Mpa，壓力太低會觸發(fā)停機(jī)，一路是油缸油壓保障回路，當(dāng)補(bǔ)償油泵供油量不足，會使壓縮機(jī)效率降低，氣體壓力長時間不上升，由于補(bǔ)償油泵不易拆卸，因此檢查時，可以先外表觀察一下，補(bǔ)償油泵為柱塞泵，動作時有強(qiáng)烈的振動感，像脈沖一樣，觸摸補(bǔ)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(bǔ)償油泵上的進(jìn)、排油閥閥口是否堵塞或嚴(yán)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(jī)對油的品質(zhì)有很高的要求，在機(jī)組長時間運(yùn)行中，潤滑油的品質(zhì)會逐漸降低，由于是閉式循環(huán)，所以要依靠過濾器來過濾到油中的固體雜質(zhì)，從油箱出來的油會經(jīng)過齒輪油泵和補(bǔ)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(jìn)氣、排氣閥漏氣或堵塞

由于管道內(nèi)的雜質(zhì)導(dǎo)致閥門堵塞可以將閥門拆下進(jìn)行吹掃，漏氣則現(xiàn)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(jī)無法正常啟動

這種情況首先要檢查各類報警參數(shù)有誤異常，在線有沒有做好，在線方面主要是補(bǔ)水閥和排氣閥有沒有打開，由于膜壓機(jī)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(dāng)流量低于報警值時會報警，一定時間后觸發(fā)停機(jī)，而排氣閥是因?yàn)槟簷C(jī)啟動是空載啟動，其次就是補(bǔ)償油泵是否卡澀，補(bǔ)償油泵為柱塞泵，長時間停機(jī)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(jī)正常運(yùn)行之后則不會出現(xiàn)這個問題[3]。

4 結(jié)語

膜壓機(jī)在核電廠中有著非常重要的影響，也是運(yùn)行人員和維修人員需要重點(diǎn)了解和學(xué)習(xí)的設(shè)備，在工作中要認(rèn)真仔細(xì)地去巡檢操作，一些故障在發(fā)生前就會有一些征兆，本文通過對各種常見故障的現(xiàn)象及原因進(jìn)行分析，對膜式氣體壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)有了深入了解和認(rèn)知，為核電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行提供支持和幫助。