郭明樂

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東 湛江524000）

1 隔膜泵概述

隔膜泵是20世紀(jì)70年代在往復(fù)式活塞泵的基礎(chǔ)上增加隔膜室而演變來(lái)，實(shí)現(xiàn)了輸送介質(zhì)與活塞的隔離，是一種新型輸送機(jī)械，是目前較為新穎的一種泵類。

隔膜泵又稱控制泵，與普通泵不同的是，它是執(zhí)行器的主要類型，通過接收調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號(hào)，借助動(dòng)力操作改變流體流量。隔膜泵一般由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和隔膜缸頭組成。如果按其所配傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使用的動(dòng)力，隔膜泵可以分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)3種，即以壓縮空氣為動(dòng)力源的氣動(dòng)隔膜泵，以電能為動(dòng)力源的電動(dòng)隔膜泵和以液體介質(zhì)（如壓力油等）壓力為動(dòng)力的液動(dòng)隔膜泵。隔膜泵主要在陶瓷工業(yè)、煤炭工業(yè)和油氣行業(yè)等部門中用于輸送泥漿、陶瓷漿等介質(zhì)，并逐漸占有一席之地。

2 工作原理與結(jié)構(gòu)

2.1 氣動(dòng)隔膜泵工作原理

以目前在施工現(xiàn)場(chǎng)使用最為普遍的氣動(dòng)雙隔膜泵為例，在泵的2個(gè)對(duì)稱工作腔中，各裝有一塊彈性隔膜，形成2個(gè)獨(dú)立的腔室，中間軸將2塊隔膜結(jié)成一體，配氣閥控制每個(gè)腔室的增壓，壓縮空氣進(jìn)入配氣閥后，推動(dòng)一邊隔膜，驅(qū)使聯(lián)桿連接的2塊隔膜同步運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，另一工作腔中的氣體排出泵外，到達(dá)行程終點(diǎn)，配氣閥則自動(dòng)將壓縮空氣切換到另一工作腔，推動(dòng)隔膜朝相反方向運(yùn)動(dòng)，這樣形成了2個(gè)隔膜的同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)工作腔中又設(shè)置有2個(gè)單向球閥，隔膜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成工作腔內(nèi)容積的改變，迫使2個(gè)單向球閥交替地開啟和關(guān)閉，從而將液體連續(xù)吸入和排出[1]。

2.2 電動(dòng)隔膜泵

電動(dòng)隔膜泵與氣動(dòng)隔膜泵的工作原理類似，它一般是通過采用擺線針輪減速機(jī)作為傳動(dòng)裝置，通過曲軸滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)隔膜片回往復(fù)工作，使泵腔里面的液體不斷被吸進(jìn)和輸送，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1電動(dòng)隔膜泵

2.3 液壓隔膜泵工作原理

曲柄連桿機(jī)構(gòu)在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)柱塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞的運(yùn)動(dòng)通過液缸內(nèi)的工作液體（一般為油）而傳到隔膜，使隔膜來(lái)回鼓動(dòng)，隔膜泵缸頭部分主要由一隔膜片將被輸送的液體和工作液體分開，當(dāng)隔膜片向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一邊運(yùn)動(dòng)，泵缸內(nèi)工作時(shí)為負(fù)壓而吸入液體，當(dāng)隔膜片向另一邊運(yùn)動(dòng)時(shí)，則排出液體。被輸送的液體在泵缸內(nèi)被膜片與工作液體隔開，只與泵缸、吸入閥、排出閥及膜片的泵內(nèi)一側(cè)接觸，而不接觸柱塞以及密封裝置，這就使柱塞等重要零件完全在油介質(zhì)中工作，并處于良好的工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2液壓隔膜泵

3 隔膜泵的優(yōu)點(diǎn)

由于隔膜泵自身的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，因此，具備以下主要3方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：

1）隔膜泵由于無(wú)軸封結(jié)構(gòu)，因此，將泄漏風(fēng)險(xiǎn)降到了最低，可用于易揮發(fā)和腐蝕性介質(zhì)，不會(huì)造成環(huán)境污染，危害人身安全；在海洋油氣平臺(tái)，多用于甲醇、凝析油等介質(zhì)的使用。

2）流道寬敞，無(wú)旋轉(zhuǎn)部件，通過性能好，允許通過最大顆粒直徑達(dá)10mm，同時(shí)，隔膜泵中的介質(zhì)無(wú)剪切流動(dòng)，泵自身部件磨損小的同時(shí)，對(duì)輸送物損傷也較小，可輸送污泥和生命體，如小魚苗。

3）不同于離心泵，隔膜泵不需灌引水，其自吸能力強(qiáng)，吸程高達(dá)7m，同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間干呼吸時(shí)，對(duì)泵無(wú)損壞，減少人為或環(huán)境因素對(duì)泵的影響[2]。

4 隔膜泵的日常維護(hù)

隔膜泵雖然運(yùn)行穩(wěn)定，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，以同等工作能力的液壓隔膜泵和離心泵對(duì)比，液壓隔膜零部件數(shù)量大約是離心泵的3～4倍，可見其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)工藝水平。同時(shí)，海洋油氣生產(chǎn)平臺(tái)特殊的高鹽霧、高水分環(huán)境，更是對(duì)其運(yùn)行產(chǎn)生了極大的影響。因此，為避免設(shè)備的損壞，減少不必要的解體檢修，日常維護(hù)保養(yǎng)尤為重要，

以海上某液壓隔膜泵為例，該泵輸送介質(zhì)為甲醇，出口壓力達(dá)到40 000kPa，處于露天環(huán)境，其作用為向水下采油樹注入甲醇，防止天然氣水合物的產(chǎn)生，因此，對(duì)生產(chǎn)有極大的影響，維護(hù)保養(yǎng)也尤為重要，應(yīng)采取以下維護(hù)措施：

1）建立健全日常巡檢制度，著重關(guān)注該泵運(yùn)行的實(shí)際流量、振動(dòng)、溫度等關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，如出現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)解決。

流量異常通常應(yīng)檢查電機(jī)轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)出口管線、閥門是否有堵塞，流體介質(zhì)黏度是否發(fā)生變化等，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況為例，由于該泵工作介質(zhì)清潔度要求極高，因此，由流量異常造成的關(guān)停情況較少。

振動(dòng)數(shù)值是評(píng)估設(shè)備運(yùn)行情況的重要參數(shù)，而液壓隔膜泵結(jié)構(gòu)類似于柱塞泵，振動(dòng)主要原因?yàn)榻橘|(zhì)脈沖，因此，相較于離心泵等旋轉(zhuǎn)泵類，隔膜泵自身存在振動(dòng)較大的劣勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)人員容易對(duì)故障判斷產(chǎn)生影響，因此，設(shè)備經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，應(yīng)詳細(xì)記錄其振動(dòng)參數(shù)并生成振動(dòng)曲線，掌握泵的運(yùn)行狀態(tài)，從而有針對(duì)性進(jìn)行觀察記錄和進(jìn)行故障判斷。

2）不斷進(jìn)行工藝改造，提高使用可靠性。隔膜泵易損件為其中的隔膜，雖然針對(duì)不同的介質(zhì)，有不同材質(zhì)的隔膜相匹配，但由于其200次/min的高頻鼓動(dòng)和承受較高的壓力，一般為安全起見，使用時(shí)間到16 000h后，會(huì)對(duì)其隔膜進(jìn)行強(qiáng)制更換，因此，存在一定的浪費(fèi)情況。而該平臺(tái)所使用的隔膜泵為雙膜片結(jié)構(gòu)，將過去1層膜片升級(jí)為2層，增加了強(qiáng)度，延長(zhǎng)使用壽命的同時(shí)，還在2片隔膜之間的壓力引出，連接壓力表，壓力表日常壓力顯示為0，膜片一旦損壞，介質(zhì)將流入2片膜片之間，壓力表隨即有顯示，現(xiàn)場(chǎng)人員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，如若無(wú)法第一時(shí)間解決，該泵在1層膜片的狀態(tài)下，依然可以進(jìn)行正常工作，待現(xiàn)場(chǎng)條件允許時(shí)，隨時(shí)可進(jìn)行維修更換。

5 隔膜泵的應(yīng)用前景

隨著我國(guó)近海油氣資源的日益枯竭，深海開發(fā)必然是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，深海油氣開發(fā)存在運(yùn)輸管道長(zhǎng)，井底壓力高，處理工藝復(fù)雜等特點(diǎn)，因此，需要更加成熟的工藝處理水平和先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)支持，而隔膜泵所具有的不易泄漏，運(yùn)行穩(wěn)定，可用于甲醇、凝析油等易燃易揮發(fā)的介質(zhì)，同時(shí)具備高壓力和可計(jì)量的優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白，因此，隨著我國(guó)向深水不斷開進(jìn)的步伐，隔膜泵的應(yīng)用范圍也會(huì)越來(lái)越大。