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隔膜計量泵工作原理、使用問題及對策分析

2020-03-30 16:19楊世杰
中國設(shè)備工程 2020年2期
關(guān)鍵詞:單向閥柱塞隔膜

楊世杰

(煙臺泰和新材料股份有限公司,山東 煙臺 264006)

計量泵的特點在于它能夠精確地調(diào)節(jié)、計量流經(jīng)計量泵的各種流體,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,計量泵在物料計量、物料衡算、原料比例調(diào)整等方面發(fā)揮了重要作用。從第一臺計量泵于1936年被開發(fā)應(yīng)用出來以后,縱觀計量泵的開發(fā)、應(yīng)用的80多年歷史,技術(shù)人員在計量泵的驅(qū)動力方式和設(shè)備材料選型上開展了大量的工作,基于驅(qū)動力方式和設(shè)備材料選型技術(shù)成果,計量泵的計量精確性、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,隔膜計量泵是其中最為典型的計量泵。隔膜計量泵的最大的特點在于它使用“隔膜材料”將計量泵的驅(qū)動潤滑組件與輸送的流體體相隔離,及避免了流體體相對驅(qū)動潤滑組件的腐蝕,又極大地提高了計量泵的密封性。

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

1 隔膜計量泵的結(jié)構(gòu)及原理

1.1 隔膜計量泵的結(jié)構(gòu)及原理

(1)隔膜計量泵結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)組成來看,隔膜計量泵由驅(qū)動電機(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、卡套法蘭、出料管線閥門、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;臥式泵的驅(qū)動電機(jī)設(shè)備安裝在箱體的側(cè)面,立式泵的驅(qū)動電機(jī)設(shè)備安裝在箱體的上面,根據(jù)生產(chǎn)需求驅(qū)動點擊設(shè)備可以選擇變頻電機(jī)也可選擇固定頻率電機(jī)。

(2)隔膜計量泵工作原理。隔膜計量泵的驅(qū)動電機(jī)設(shè)備利用傳動帶帶動蝸桿選裝,蝸桿經(jīng)過渦輪、下套筒將動量傳遞給系統(tǒng)的N型軸。通過N型軸的聯(lián)動作用和行程調(diào)節(jié)作用,調(diào)節(jié)計量泵柱塞往復(fù)運(yùn)動的形成,從而實現(xiàn)計量泵流量的條件。另一個調(diào)節(jié)計量泵流量的方式,通過驅(qū)動電機(jī)設(shè)備工作頻率調(diào)節(jié)實現(xiàn)的。當(dāng)柱塞向后運(yùn)動時,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,計量泵的進(jìn)口閥門打開,介質(zhì)在壓差的作用下從計量泵前管線進(jìn)入流體介質(zhì)腔內(nèi),計量泵的出口閥門關(guān)閉,當(dāng)柱塞沖程達(dá)到滿額時,單次進(jìn)料結(jié)束。單次進(jìn)料結(jié)束后,柱塞泵開始向前運(yùn)動,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,計量泵的出口閥門打開,介質(zhì)在壓差的作用下從流體介質(zhì)腔進(jìn)入到計量泵后管線,完成單次出料。簡易示意圖如圖1所示。兩個過程循環(huán)配合,完成管線流體介質(zhì)的不斷輸送,有時為了保障進(jìn)料的穩(wěn)定性,會使用雙臺聯(lián)動的計量泵輸送介質(zhì)。

圖1 隔膜計量泵工作原理簡易圖

1.2 技術(shù)特點

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

(1)可以實現(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)隔膜計量泵運(yùn)行安全可靠,機(jī)器產(chǎn)生的震動和噪音非常小,保障了員工現(xiàn)場工作環(huán)境;設(shè)備構(gòu)造、操作簡單,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,提高了隔膜計量泵的柱塞密封填充料和膜片的使用壽命。

2 隔膜計量泵使用問題及對策

2.1 隔膜零件故障及措施

從上一小節(jié)闡述的隔膜計量泵工作原理可以看出,在計量泵柱塞不斷往復(fù)運(yùn)動輸送流體介質(zhì)過程中,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)致計量泵的隔膜零件極容易開裂受損,影響計量泵正常工作。最常見兩種開裂原因有以下幾方面:(1)進(jìn)料溫度過高,到時隔膜材料老化嚴(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)料時計量泵內(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)性能故障時需要隔膜進(jìn)行更換,關(guān)閉系統(tǒng)進(jìn)出口單向閥,打開放空閥,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

隔膜計量泵不上量或者上量不足的問題產(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。單向閥堵塞時導(dǎo)致計量泵無法工作的首要因素,發(fā)現(xiàn)上述問題后。現(xiàn)場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)動情況。如果隔膜運(yùn)動與柱塞沖程匹配,則可以排除隔膜損害問題。然后,利用清洗液體如水、有機(jī)溶劑等對單向閥盡心清理,可以適當(dāng)用軟毛刷刮蹭,重新裝回清洗過的單向閥觀察進(jìn)料情況。單向閥的堵塞通常是因為料液中機(jī)械雜質(zhì)導(dǎo)致的,可以通過原料預(yù)處理或者前置過濾器進(jìn)行避免。

(2)補(bǔ)油閥堵塞。計量泵工作時液壓腔內(nèi)液壓油發(fā)揮重要作用,當(dāng)腔內(nèi)液壓油量不夠使,計量泵會打開附加儲油槽進(jìn)行液壓油補(bǔ)充。如果補(bǔ)油閥出現(xiàn)故障時,也會導(dǎo)致液壓油無法及時供給,導(dǎo)致隔膜停止運(yùn)動或者運(yùn)動幅度不足。這種情況只能對補(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,N曲軸系統(tǒng)會癱瘓,導(dǎo)致泵缺少驅(qū)動力而停轉(zhuǎn)發(fā)生不上量情況。

2.3 計量精度不夠

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

表1 計量泵計量精度不足的原因和解決措施

除此之外,根據(jù)現(xiàn)場工作經(jīng)驗,隔膜計量泵還會出現(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題,需要根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗進(jìn)行排查總結(jié)。

3 結(jié)語

我國在20世紀(jì)70年代才開始在研發(fā)應(yīng)用計量泵,起步時間落后于國外發(fā)達(dá)國家,再加上技術(shù)水平的封鎖限制,我國當(dāng)前的隔膜計量泵技術(shù)水平仍落后于國外先進(jìn)科技公司。比如,德國注明計量泵生產(chǎn)公司——普羅特公司,基于計算機(jī)控制軟件和自動化儀表,該公司開發(fā)出的精密隔膜計量泵能夠通過改變沖程頻率和沖程長度實現(xiàn)隔膜計量泵的無級調(diào)節(jié)。而我國生產(chǎn)出的隔膜計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)人員要基于扎實的理論基礎(chǔ),與特種材料、工程技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、計算機(jī)控制等領(lǐng)域結(jié)合,提升我國隔膜計量泵技術(shù)水平。

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