隔膜泵刺閥原因分析與解決措施

龍 海

（中國鋁業股份有限公司廣西分公司，廣西 平果 531400）

在我國社會經濟飛速發展的背景下，我國有色業、礦山業都取得了良好發展，隔膜泵是礦漿運輸、氧化鋁運輸最為理想的設備，是在往復式活塞泵基礎上，增加了隔膜室演變而來的，可實現輸送介質和活塞的有效隔離，具有活塞泵壓力高、堅固耐用、結構相對簡單等優勢。但由于運行環境復雜，經常發生隔膜泵刺閥問題，對隔膜泵自身和生產工藝都造成了較大影響。基于此種情況，開展隔膜泵刺閥原因分析與解決措施的研究就顯得尤為必要。

1 隔膜泵的結構組成和工作原理

隔膜泵由往復式活塞泵和進料閥、出料閥等共同組成，進出料閥結構由閥蓋、導向套座、導向套、閥錐、閥螺母、閥橡膠、閥座、閥箱體等共同組成。進料閥和出料閥都是單向閥，不同型號的隔膜泵單向閥數量也不相同，比如：荷蘭ZPM1200 有8 個進口單向閥和8 個出口單向閥，TZPM1600 則只有3 個進口單向閥和3 個出口單向閥。

圖1 隔膜泵工作原理圖

隔膜泵的工作原理為：利用隔膜將料漿和驅動液壓油隔離開來。當活塞桿開始向右側移動時，進料閥被打開，料將可在自身壓力的作用下，進入隔膜室中。出料閥在機組壓力的作用下處于關閉狀態。當活塞桿開始向左移動時，液壓油從活塞缸中排出，隔膜室料漿的壓力開始升高，致使進料閥被關閉，出料閥打開，漿料開始從隔膜泵中排出，完成漿料和液壓油的隔離。具體工作原理圖如圖1 所示。

圖1 中1 表示排出閥，2 表示泵體，3 表示柱塞，4 表示液缸，5 表示隔膜，6 表示吸入閥。隔膜泵工作時，曲柄連桿機構在電動機的驅動下，帶動柱塞作往復運動，柱塞的運動通過液缸內的工作液體而傳到隔膜，使隔膜來回鼓動。

2 隔膜泵刺閥造成的影響

2.1 影響生產效率

由于隔膜泵有進料閥和出料閥共同組成，且都為單向閥，受到自身和外部因素的影響，密封性不足。因此，進入隔膜泵的料漿會對其造成較為強烈的沖蝕磨損，也就是隔膜泵刺閥。發生刺閥之后，隔膜泵的密封性被進一步破壞，如果情況嚴重甚至會導致密封效果完全失效。由于隔膜室體積一定，若進料不穩定，壓力低，使進料補償器的料位低于12m，穩壓裝置中的料位不正常，進料時泵內料漿分離形成空隙，造成缺料、打空泵，產生錘擊或撞擊甚至汽蝕，使隔膜承受的變應力增大，頻率增加，造成隔膜疲勞損壞或擊穿。料漿在隔膜泵隔膜室中反復進出沖擊，致使隔膜泵的流量降低，滿灌率也就隨之降低，無法實現充分反應，降低整個機組的工作效率，增加操作人員和檢修工作人員的工作負擔，致使維修檢查工作無法順利開展。

2.2 對隔膜泵自身造成的影響

隔膜泵刺閥會導致密封逐步失效，隔膜泵出口壓力波動范圍為1bar ～4bar，工作壓力6.8MP，致使隔膜泵發生劇烈震動，沖擊減速機、曲軸、聯軸器等設備和零部件。如果隔膜泵刺閥比較嚴重，甚至會導致隔膜發生破裂，往復活塞桿發生斷裂，此時，必須立即切斷電源，進行停泵處理。如果備用泵也存在故障或者正處于檢修狀態，還有可能引起停產問題，造成較大損失[1]。

2.3 經濟損失影響

一旦發生隔膜泵刺閥問題，如果處理不及時，或者刺閥比較嚴重，會連帶著閥錐、閥橡膠、閥座等都被破壞。按照目前進口備件15000 元，國產備件3000 元進行計算，每年發生50 次隔膜泵刺閥問題，則國產備件造成的經濟損失為15 萬元，進口備件造成的經濟損失為75 萬元，隔膜泵刺閥50 次，按照十分之一的停機概率計算，高壓溶出機組需要停機5 次，每次停機時間為8h，影響氧化鋁產量達到2000t 左右，造成的經濟損失非常大。

3 隔膜泵刺閥原因分析

隔膜泵在進出料閥工作中，閥盤和閥座都會受到嚴重的沖擊，在泵送的礦漿中也含有大量的固相顆粒物質，容易嵌入閥盤和閥座接觸的工作面上，從而導致導致閥盤和閥座表面金屬層發生塑性變形，在表明就會形成凹痕。此外閥盤在頻繁沖擊閥座時，會導致閥盤和閥座之間的接觸位置，發生局部撕裂，形成彈性剝落，致使閥門在關閉時密封效果不足，引發高壓液流從漏出將閥座表面刺壞。閥密封面發生損壞之后，會加快磨粒磨損的速度，致使閥工作的凹痕、剝落、裂紋等進一步擴大，甚至形成溝槽，致使閥盤無法在運動中保持良好的對中性和穩定性。歸納起來，引發隔膜泵刺閥原因比較多，任何一個環節控制不當，都會引發隔膜泵刺閥問題，主要原因體現在以下幾個方面。

3.1 礦漿質量不達標

礦漿質量對隔膜泵刺閥有較大影響，但一些企業不夠重視礦漿選擇和配制，在礦漿中經常有較大顆粒的雜物。以國產SGMB320/4 型號的隔膜泵來說，對礦漿質量有嚴格要，需要物料的平均粒度小于2.0mm。但一些企業過于追求生產進度和效率，礦漿在進入隔膜泵之前，雖然設置了圓筒篩進行篩選處理，最大的孔徑為4cm 左右，可有效控制礦料粒度，但隨著使用時間的增加，圓筒篩孔徑發生變化，沒有及時更換，仍然堅持使用，致使粒徑超標的雜物通過篩選，造成單向閥管壁不嚴密，料將在高速反復沖蝕密封件，導致密封失效，引發隔膜泵刺閥問題。

3.2 閥座和閥錐材質不達標

閥錐材質強度比較低，致使隔膜泵在運行過程中發生了不同程度的變形，錐面上翻，密封失效，引起隔膜泵刺閥問題。此外，閥錐表明硬度比較低，長時間使用時會被硬質的物料擠壓出大小不一的凹坑，降低密封效果，引發隔膜泵刺閥[2]。閥導向爪強度不足，在裝配過程中發生碰撞變形，此后在運動時受到外力的作用，致使變形量進一步擴大，卡死在閥座上，無法運動，也是引起隔膜泵刺閥的主要原因。

3.3 檢修和使用不規范

檢修和使用不規范是引發隔膜泵刺閥的主要原因之一，主要體現在以下幾個方面：

第一，新舊閥錐混合使用。隔膜泵進出料使用規范中明確規定，新閥錐需要和新閥座配合使用，才能保證應用效果。但在實際檢修中，為提升檢修速度，盡快恢復生產，經常提前裝配一套，致使閥錐和閥座的使用周期不一致，二者接觸面積不足，存在肉眼可見的間隙，密封性不足，從而引起隔膜泵刺閥。

第二，閥的使用周期有嚴格要求，閥橡膠最大使用周期不超過1200h，閥座最大使用壽命不超過1500h，閥錐的使用壽命不超過1200h[3]。但在具體應用中，每臺隔膜泵的運行工況不同，經常發生未到換閥時間，閥錐和閥座已經發生刺膜問題，再次更換時使用時間比較短，導致單向閥使用壽命超過允許時間從而引起隔膜泵刺閥。

4 解決隔膜泵刺閥的措施

4.1 隔膜泵刺閥故障的診斷方法

當隔膜泵刺閥密封失去效果之后，料漿會在隔膜室中反復進出，致使隔膜泵的流量降低，出口壓力的波動范圍加到，導致隔膜泵劇烈振動，同時對減速機、曲軸、聯軸器等零部件會造成嚴重的沖擊。如果情況嚴重，甚至會導致隔膜破裂，活塞桿斷裂。因此，發生隔膜泵刺閥故障后必須立即停泵，按照刺閥故障發生時，隔膜泵出口壓力波動情況進行診斷。比如：可在隔膜泵的進料閥出口、出料閥出口各安裝一個壓力傳感器，按照料漿液壓力值的變化情況，來診斷隔膜泵刺閥現象的發生。

4.2 嚴格控制給礦礦漿的質量

針對礦漿質量不達標引起的隔膜泵刺閥問題，需要嚴格控制礦漿質量，具體而言，可從以下幾個方面同時入手：

第一，切實加強對圓筒篩的檢查，每隔一段時間，對圓筒篩的孔徑進行測量檢測，如果孔徑超過設計允許范圍，必須及時維修處理，或者更換。此外，還要及時清理圓筒篩堵塞情況，以保證圓筒篩使用效果，提升料塊的通過率，避免大粒雜物進入隔膜泵。

第二，定期對隔膜泵進行清洗，嚴格控制清洗水的質量，避免雜物進入隔膜泵。比如：可在清洗水的輸送管路上，設置除渣箱，將清洗水中的大顆粒在雜物過濾出去，以免進入隔膜泵，影響隔膜泵的密封效果。

第三，對來料進行嚴格控制，加強篩選，避免漿料中混油粒徑在3mm ～5mm 之間的塊狀雜物。同時要加強磨礦管理，合理控制磨頭磨尾和下礦量。

4.3 加強對備件質量的管理力度

備件質量的高低，對隔膜泵運行的穩定性和隔膜泵刺閥問題發生有較大影響，因此，在應用隔膜泵時，需要切實加強對備件質量的管理，可從以下幾個方面入手：

第一，提升閥錐的表面硬度和剛度，選擇高質量、高性能的閥錐，以提升耐磨性和抗變形性。

第二，提升閥錐的總體機械強度，避免在使用過程中發生塑性變形。

第三，積極采取先進的技術，改進制造工藝，加強對導向爪的固定，避免在運轉時發生掉爪問題。

4.4 加強檢修和使用管理

引發隔膜泵刺閥的主要原因是檢修和使用不夠規范，因此，必須嚴格按照相應的規范和標準進行檢修和使用，可從以下幾個方面同時入手：

第一，建立完善、系統的閥錐、閥座、導向系統檢修臺賬，促使每個閥都嚴格按照相應的規范和計劃進行檢修，堅決杜絕超壽命使用。

第二，加強檢修管理，以實現閥錐、閥座的配套使用，杜絕新閥錐和舊閥座交互施工，保證隔膜泵應用效果。

第三，制定合理檢修計劃，明確每個零部件的使用壽命，一旦達到使用壽命，要及時更換，保證隔膜泵時刻處于最佳的工作狀態。

5 結語

綜上所述，本文結合理論與實踐，分析了隔膜泵刺閥原因分析與解決措施，分析結果表明，引發隔膜泵刺閥的原因比較多，造成的影響和后果比較嚴重，為降低隔膜泵刺閥發生的概率，需要人員、檢修人員、管理人員、技術人員等協調配合，從嚴格控制給礦礦漿的質量、加強對備件質量的管理力度、加強檢修和使用管理等方面同時入手，保證隔膜泵穩定運行，提升生產效率和經濟效益。