氣動隔膜泵的工作特性分析

周永芳,孫 梅

(常德職業技術學院，湖南 常德 415000)

0 引言

本文介紹一種新型輸送機械，也是國內目前最新穎的泵類——氣動隔膜泵。使用高壓空氣作為動力源,通過高壓空氣對泵內隔膜的擠壓作用，將壓力勢能轉化為隔膜往復運動的動能。由于其良好的安全特性，工藝介質的廣泛性，使其應用環境多樣化，使用場合逐漸增多。

1 結構及工作原理

氣動隔膜泵的結構一般有泵殼、隔膜、配氣閥、連桿、球閥等，如圖1所示。膜片的往復變形會引起工作腔容積變化，是一種容積泵，與柱塞泵的工作原理相似。

圖1 氣動隔膜泵結構圖

氣動隔膜泵有兩個液體腔室與兩個氣體腔室，按功能也稱工作腔與氣動腔，呈對稱結構。每一個氣室和液室之間各裝有一塊彈性隔膜，2塊隔膜片通過聯桿相連，使之能同步運動。

隔膜泵的外殼構成一個封閉空間，是泵體的主要運動部件，工藝介質在其中獲得動能，主要由隔膜、球閥和連桿組成；配氣系統是提供泵體做功的動力源，是將壓縮空氣的壓力勢能轉化為動能的關鍵部件，由配氣室、配氣閥、消聲器組成；內部引導閥對配氣閥的閥芯輪流加壓，推動閥芯運動，并將另一端排空。

介質進口位于泵體底部, 出口位于泵體頂部, 進氣口位于泵體中部。高壓空氣從進氣口進入中間腔體，通過配氣機構被引入其中一腔。

每個工作腔的進料管和出料管中都安裝了單向球閥，膜片做往復運動引起工作腔容積變化，使單向球閥交替開啟與關閉，連續不斷地吸入和排出物料。

裝配隔膜片時，必須安裝在連桿兩端，用進料管和出料管將兩個工作腔相互連接，同時也使物料室被四個止回閥分離隔開。如此設計能夠保證機泵在運行時物料僅僅能夠在工作腔中運行，而不會進入氣體腔中。

氣動隔膜泵在工作中有2個沖程。

第1沖程：當氣壓作用在左側隔膜背側時，左隔膜室被壓縮，排出管的單向閥受力開啟，物料被壓縮至液體出口。由于中心連桿的作用，隔膜做同向運動，右側隔膜被拉向泵中間，右隔膜室產生負壓，導致右邊工作腔吸料。到達行程終點時，配氣機構自動轉換氣壓到相反側，將壓縮空氣壓入右側氣動腔，推動隔膜向相反方向運動[1]。

第2沖程：右側隔膜受到高壓氣體壓縮，工藝介質通過單向球閥被壓縮至液體出口。同樣，左側工作腔形成真空，介質通過單向球閥被吸入。

以上兩個沖程反復交替進行，通過膜片的往復運動完成介質的吸入與排出，實現完整過程。

2 氣動隔膜泵的特點

(1)因為用氣體作動力，氣壓大于10 kPa即可工作，由于氣源的壓力極限，在安全方面，隔膜泵的最大壓力將會有所限制。但是，正因如此，流量卻可隨著背壓(出口阻力)變化而主動調節，可用于中高黏度流體。相較于以電機為動力的離心泵，因其工作點以水為基準，要輸送黏度較高的流體時，必須配套減速機或變頻調速器，使成本提高，但齒輪泵亦是如此。

(2)安全可靠，適用于易燃易爆環境。第一，接地后不產生火花，因為不使用電力，不會有靜電以及觸電、漏電的可能；第二，工作中不產生熱量，機器不會過熱；第三，對流體的攪動較小，流體不會過熱。并且，在空氣壓縮時會排出一部分氣體，是吸熱過程，泵體本身的溫度是降低的。

(3)無旋轉部件，在處理危害性、腐化性的物料時，隔膜泵可將物料與外界完全隔離，介質不會外露，不會污染環境，不會危害人身安全。

(4)體積小、質量輕、移動性好，占地小且無需地基，安置經濟、簡便，可用作挪動式物料輸送泵。

(5)具有自吸功能，揚程和流量可無級調節，輸出壓力可通過調整進氣壓力和流量來實現。

(6)流體輸送的類型廣泛，能用于從低黏度到高黏度( 10 Pa·s以下)、含顆粒、易揮發、有毒、易燃和腐蝕性等工況。

(7)無需潤滑，工作無死點，可以空運行；2個沖程交替進行，能效比高。

(8)通過脈沖的方式運行，當工作完畢或無介質，出口管關閉時，隔膜泵即處于安全停止運行狀態，可對其隨時開啟和閉合，不需要安裝旁路系統以及安全閥，操作簡單。

泵體的材質一般有不銹鋼、塑料、鑄鐵、鋁合金等四種。膜片材料主要有特氟龍、彈性體混合物、丁腈橡膠、氟橡膠、聚醚彈性體等，耐腐蝕性最好的膜片是聚四氟乙烯。球閥的材質主要有不銹鋼、聚四氟乙烯、丁腈橡膠等。工作中，需要根據工藝介質的物性特點進行選型。

3 常見故障排除方法

故障1：機泵運轉，出口流量小或完全沒有介質流出。

處理措施：(1)降低泵的運轉速度；(2)檢查球閥是否卡澀；(3)檢查法蘭是否滲漏[2]。

故障2：機泵不工作或循環一次就停止。

處理措施：(1)拆卸清洗或更換空氣閥，或使用過濾空氣；(2)更換止回閥球、閥座；(3)卸壓、清理配液閥；(4)出口管路降壓；(5)更換或拆卸消音器；(6)降低泵的運轉速度[3]。

故障3：機泵工作不規律。

處理措施：(1)檢查、清理、緊固抽吸管路；(2)更換或清理閥球；(3)更換隔膜片。

故障4：出口流體中有氣泡。

處理措施：(1)檢查膜片是否破損；(2)檢查抽吸管路是否松動，法蘭是否滲漏，緊固泵體[4]。

故障5：介質流體從空氣排放口流出。

處理措施：(1)檢查膜片是否破損；(2)檢查膜片內外夾板是否完好；(3)檢查液體側的隔板是否松動；(4)更換O型環。

故障6：空氣閥結冰。

處理措施：安裝空氣干燥裝置，降低壓縮空氣的含水量。

故障7：機泵不動作或動作很慢。

處理措施：(1)檢查過濾器是否完好無雜質；(2)檢查電磁閥，拆卸清理或更換；(3)檢查密封零件，如果磨損嚴重，則必須更換；(4)拆卸或更換消音器；(5)降低泵的運行速度；(6)檢查或更換隔膜；(7)清理或更換球閥[5]。

通過以上常見故障排除措施可知，隔膜泵的安裝、質量問題對于泵的正常運轉影響較大。然而，隔膜泵在連續不間斷工作時，膜片的使用壽命較短，需要頻繁更換膜片。