1背景概述

氣動雙隔膜泵是一種新型輸送機械,采用壓縮空氣為動力源,對于各種腐蝕性液體,帶顆粒的液體,高黏度、易揮發(fā)、易燃、劇毒的液體,均能予以抽光吸盡,同時具有以下優(yōu)點:

(1）環(huán)境與介質之間采用靜密封連接,避免了介質泄漏對環(huán)境的影響。

(2）壓縮空氣作動力,在排氣時是一個膨脹吸熱的過程,氣動泵工作時溫度是降低的,因此不存在泵體發(fā)熱的現(xiàn)象。

(3）隔膜泵裝配模塊化組裝,相比于普通離心泵檢修方便,更適合用于放射性或有毒有害的介質,可減少維修人員在此種環(huán)境下的工作時間。

基于以上優(yōu)點,某核電廠核島廢液系統(tǒng)采用氣動雙隔膜泵來運輸放射性介質,相比其他核電廠,大大減少了核島內的電動離心泵,使得維護與運行更加簡單有效,與此同時,在該核電廠調試及生產(chǎn)期間,隔膜泵也出現(xiàn)了不同于離心泵的故障。本文從氣動雙隔膜泵的原理出發(fā),對其故障分析與治理進行了探討。

2氣動雙隔膜泵工作原理

氣動雙隔膜泵主要由泵殼、隔膜、軸、進氣閥組件、排氣閥組件、外隔膜套件板、內隔膜套件板等組成,如圖1所示。

氣動雙隔膜泵采用壓縮空氣作為動力源,隔膜室的內側是間隔加壓,同時把另一個隔膜內室排空,這樣就會使隔膜往復前后移動,隔膜中心的金屬板固定了一個用于連接隔膜的公用軸,當一個隔膜進行排放沖程時,拉動對面的隔膜室內另一個隔膜執(zhí)行吸入沖程。

隔膜室的交替增壓和排放動作由安裝在外部的引導式四通道空氣分配閥完成,當閥芯移動到閥體一端時,進口壓力作用于某一隔膜室,而另一隔膜室排空。當閥芯移動到閥體的另一端時,隔膜壓力交換,完成一次往復運動。氣流分配閥閥芯由內部引導閥推動,該閥門對氣流分配閥閥芯的某一端輪流加壓,同時排空另一端。制動器活塞在隔膜沖程結束時接觸隔膜板,此時引導閥執(zhí)行轉換動作,然后制動器的活塞把引導閥的閥芯推到一個位置上以促動氣流分配閥。

3氣動雙隔膜泵常見故障現(xiàn)象及診斷

在某核電廠調試及生產(chǎn)期間,氣動雙隔膜泵出現(xiàn)的故障有:泵無法啟動、啟動后負壓、啟動后高壓、啟動后壓力波動大。

3.1泵無法啟動

3.1.1泵無法啟動現(xiàn)象

泵正常工作時,通常會發(fā)出三種不同的聲音:隔膜內介質與泵殼的撞擊聲、出入口止回閥間斷撞擊聲、氣源間斷排氣聲,同時伴有阻尼器的上下運動、泵進出口膨脹節(jié)的蠕動、泵出口壓力變送器有壓力顯示等現(xiàn)象。

當壓縮空氣輸入到氣動雙隔膜泵中,如果沒有上述現(xiàn)象,則可判定為泵無法啟動。

3.1.2泵無法啟動原因分析及判斷

根據(jù)氣動雙隔膜泵的原理可知,泵無法啟動的根本原因在于隔膜沒有產(chǎn)生相應的運動。隔膜無法運動的可能原因為:隔膜破損、隔膜與公用軸連接螺栓斷裂、空氣分配閥堵塞、制動器活塞桿彎曲、導向閥卡澀、軸套磨損嚴重、止回閥卡澀等,不同的故障往往會表現(xiàn)出不同的形式。

下面通過某核電廠隔膜與公用軸連接螺栓斷裂的實例來分析泵無法啟動的原因,并給出解決方案。

隔膜與公用軸連接螺栓斷裂伴有的現(xiàn)象:隔膜泵啟動瞬間有壓力,能明顯地聽到隔膜只運動一次,之后隔膜不再運動,泵出口無壓力,空氣分配閥出口處無壓縮空氣流出。

隔膜與公用軸連接螺栓斷裂的原因分析及解決方案:

(1）螺栓強度分析:該核電廠對斷裂的多顆螺栓做金相分析和抗拉強度分析,均滿足設計要求:并且聯(lián)系廠家,其他企業(yè)使用的同類型的隔膜泵并未出現(xiàn)此種情況,因此可排除螺栓本身的設計缺陷。

(2）供氣問題分析:該核電廠使用的隔膜泵設計極限壓力為860kPa(8.6bar）,推薦使用550～680kPa(5.5～6.8bar）的穩(wěn)定氣源,而現(xiàn)場實際供氣壓力為860kPa(8.6bar）,且管路上并未設置調壓閥,壓力波動也比較大,因此造成隔膜兩端螺栓受力過大且不均,這是造成螺栓斷裂的主要原因之一,解決方案主要是增加減壓閥減小進氣壓力。

(3）排氣問題分析:隔膜泵設計中是需要安裝消音器部件的,消音器的主要作用是緩沖排氣壓力,使廢氣緩緩排放,起到一定的緩沖作用。但該核電廠的隔膜泵用于排放廢液,為了防止隔膜破裂后放射性介質噴射到環(huán)境中,取消了消音器,這也是造成螺栓斷裂的誘因。

(4）閥門開度問題:雖然氣動雙隔膜泵具有一定的自吸功能,但當隔膜泵剛剛啟動時,隔膜內液體很少,存在大量的空氣,如果此時閥門全開,隔膜本身受到的沖擊必然增大,易導致固定隔膜的螺栓疲勞斷裂。因此根據(jù)實際經(jīng)驗建議,隔膜泵啟動時,先將閥門開度控制在25%左右,當介質完全充滿隔膜腔時,再將閥門置于全開的狀態(tài)。

3.2啟動后負壓

3.2.1啟動后負壓現(xiàn)象

隔膜泵正常運轉,但位于氣動雙隔膜泵出口管路上的壓力變送器卻顯示為負壓。

3.2.2啟動后負壓原因分析

從圖1可知,氣動隔膜泵裝配有四個止回閥,分別位于出口和入口,止回閥的作用為當腔室進行排放沖程時,出口止回閥被頂起,入口止回閥被液體頂至閥座上,使介質運輸至管路中:當腔室進行吸收沖程時,出口止回閥在管路介質和腔室真空度的影響下落到閥座上,而入口止回閥從閥座上被吸起,使介質進入到腔室中。根據(jù)止回閥的作用可知,壓力變送器的數(shù)值變?yōu)?a href="/tags/負壓" target="_blank">負壓時,很大程度上說明閥球和閥座密封面有損傷或者兩者之間存在異物,此時應該單獨檢修止回閥。

3.3啟動后高壓

3.3.1啟動后高壓現(xiàn)象

隔膜泵啟動瞬間正常運轉,隨后可明顯聽到隔膜的往復運動幅度越來越小,直至隔膜泵不再運轉,并且出口壓力變送器顯示為高壓,脈沖阻尼器的上觸發(fā)擋板位于最高位置。

3.3.2啟動后高壓原因分析及判斷

啟動后高壓通常是隔膜泵所在管路堵塞、閥門在線不正確、管路上止回閥無法開啟等等原因所致。當需要判斷氣動雙隔膜泵是否存在缺陷時,可以將隔膜泵置于打循環(huán)的管路上,此時管路上閥門較少,能更直觀地判斷隔膜泵的狀態(tài)。出現(xiàn)此種情況時,應優(yōu)先選擇將隔膜泵置于打循環(huán)的管路上,驗證隔膜泵性能的同時,也能起到保護隔膜泵的作用。

3.4啟動后壓力波動大

3.4.1啟動后壓力波動大現(xiàn)象

隔膜泵啟動后運轉正常,但出口管路上的壓力變送器數(shù)值波動較大。

3.4.2啟動后壓力波動大原因分析及判斷

由于隔膜泵本身的特性,正常運轉過程中,壓力會出現(xiàn)波動,但是當壓力波動大的時候需要對泵進行必要的判斷,以免損壞泵。

啟動后壓力波動大的主要原因:隔膜泵出口止回閥單邊密封不嚴,致使流量變化比較大:脈沖阻尼器無法起到緩沖作用,重點檢查脈沖阻尼器氣源是否正常、進氣閥和排氣閥是否泄漏:出口壓力變送器出現(xiàn)故障,重新校正壓力變送器。

4結語

氣動雙隔膜泵結構簡單,維護方便,沒有動密封,減少了有害介質對外的排放,因此越來越多地被應用到了噴漆、陶瓷業(yè)、環(huán)保、廢水處理、建筑、排污、精細化工等行業(yè)中,并具有其他泵不可替代的地位。

本文針對某核電廠調試及生產(chǎn)期間氣動雙隔膜泵出現(xiàn)的四種常見故障進行了分析,提供了氣動雙隔膜泵故障診斷的方法。