隔膜泵应用及维护

往复式活塞隔膜泵应用及维护前 言 往复式活塞隔膜泵（以下简称隔膜泵）是在往复式活塞泵的基础上，增加隔膜室演变而来。其工作原理，基本结构早在1958年就由法国学者Ballu提出。隔膜泵综合了活塞泵压力高、坚固耐用，隔膜泵结构简单、耐磨蚀的优点，克服了活塞泵活塞密封元件易磨损的缺点，很快被人们所接受。欧洲发达国家都将精力投入活塞隔膜泵的研制中。研制初期，由于隔膜泵的核心技术没有完全成熟，致使隔膜泵的连续运转率低、运行成本较其它类型往复泵无明显差异，并且工作可靠性不稳定。70年代末，荷兰HOLTHUTS公司创立了一套先进完善的检测控制技术，使隔膜泵的设计理论、方法产生了完全的迥异的变化，彻底解决了核心技术成熟性问题。使隔膜泵的连续运转率达到85%95%，而运行成本仅为其它泵的1/6.3。使隔膜泵成为输送高磨蚀固液两相介质的新一代往复泵，并逐渐替代其它类型往复泵。早在80年代中期，沈阳冶金机械有限公司开始隔膜泵的国产化研制。在20多年内，首先从设计理论及设计方法研究入手，对其核心技术进行攻关，先后攻克了检测控制技术、检测技术、二位二通阀技术、橡胶隔膜技术、PLC隔膜位置控制技术、自动化控制技术、消振、隔振技术，温度控制技术等关键。形成了自己的专有技术。使隔膜泵输送固液两相介质的流量、压力、温度、耐磨蚀性等技术参数得到了长足的发展，满足了黑色、有色、化工、建材、煤炭、电力等行业内对高磨蚀固液两相介质输送的工艺要求，得到广泛的推广应用，促进了上述工艺技术的进步，导致了对隔膜泵的需求。另一方面，由于隔膜泵的自动化程度、连续运转率、运行成本等技术指标超过或明显优于其他往复泵（油隔泵、冲洗泵、水隔泵等），成为其他往复泵在这类工艺系统中的替代产品。该类型泵的设计、制造涉及机械、电子、液压、橡胶等多学科技术，技术复杂。同时，隔膜泵是所在工艺系统的心脏设备，对其运行的可靠性有很高的要求。本书系统的阐述了往复式活塞隔膜泵的工作原理、结构特点、技术参数、核心技术。全面、系统的阐述了技术参数的构成，对理论及实际平均输出流量、瞬时输出流量、吸入及排出压力、连续运转率进行详细的论述。对易损件的寿命、输送介质及运行工况参数进行了论述。归纳总结了往复式活塞隔膜泵的核心技术，在输送介质及运行工况参数上，提出了往复式活塞隔膜泵的合理选择的观点，论述了往复式活塞隔膜泵对运行工况的要求，即严格的粒度分布；介质的两相流特性；吸入性能条件及吸入、排出的压力脉动；多台泵时的峰值叠加问题等。本书是隔膜泵应用、操作、维护教材，适用于隔膜泵应用、操作和维修相关人员使用。目 录前言第一章 往复泵的种类、特点及机械基础知识第一节 往复泵泵的种类第二节 隔膜泵的工况条件第三节 隔膜泵的机械基础知识第四节 隔膜泵的型号及规格参数第二章 隔膜泵的工作原理及结构第一节 隔膜泵的工作原理第二节 隔膜泵的结构组成第三节 隔膜泵的核心技术第三章 隔膜泵的电气控制系统第一节 隔膜泵电控系统的组成第二节 电控系统工作原理第三节 隔膜泵电控系统主要电气元件第四章 隔膜泵的使用与维护第一节 隔膜泵的安装与调试（含电气）第二节 隔膜泵的操作（含电气）第三节 隔膜泵的检修与维护（含电气）（含大修）第五章 隔膜泵故障分析及处理第一节 常见机械故障的分析与处理第二节 常见电气故障的分析与处理第六章 隔膜泵的易损件及其更换（含电气）第一节 隔膜泵的易损件及备件储备第二节 易损件的拆装第七章 隔膜泵的应用第一节 隔膜泵的应用第二节隔膜泵的应用案例附录：标准JB/T8697-1998 隔膜泵Q/SSJ.J02.0339-2001 往复式隔膜泵技术条件GB/40-79 动力基础设计规范JB/T9090-1999 容积泵零、部件液压与渗漏试验JB/T5000.3-1998 重型机械通用技术条件 焊接件JB/T5000.6-1998 重型机械通用技术条件 铸钢件JB/T5000.8-1998 重型机械通用技术条件 锻件JB/T5000.9-1998 重型机械通用技术条件 切削加工件JB/T5000.10-1998 重型机械通用技术条件 装配第一章 往复泵的种类、特点及机械基础知识第一节 往复泵的种类 泵是一种吸入和排除流体（液体）的机械。 通常把提升液体，输送液体或液体增加压力，即把原动力机的机械能变为液体能量的机器统称为泵。往复泵是泵的一种。往复泵是由活塞或柱塞的往复运动，将液体吸入泵内，利用泵内缸体容积的变化，将液体压出泵外。1.往复泵的类型 往复泵包括 往复式活塞泵、往复式油隔离泵往复式水隔离泵、往复式活塞隔膜泵。2.往复式活塞泵1.偏心轮 2.活塞 3.料浆 4.进出料阀图1！往复式活塞泵示意图图1！为往复式活塞泵示意图。往复式活塞泵的特点是流量大，压力高，适用于大流量，远距离管道输送，它的工作原理是：通过橡胶密封环做为密封的活塞在缸套中做直线运动完成料浆的输送，但是由于活塞、缸套与具备磨砺性、腐蚀性的液体直接接触，极易造成缸套、活塞密封环被磨损或腐蚀，这样就会导致频繁更换易损件而直接影响连续运转率，有时甚至会在活塞密封环破损后料浆直接进入到动力端内，对连杆、十字头、轴、轴承等造成破坏，其修复难度之大可想而之。这类泵的最大弊病是连续运转率低，运行成本高，操作维护劳动强度大，致使整个工艺系统生产效率低，生产成本加大。3.往复式油隔离泵1偏心轮 2活塞 3油 4料浆 5进料阀图12往复式油隔离泵示意图图12为往复式油隔离泵示意图。往复式油隔离泵是通过在液压油和料浆之间设置一中性油隔离层来达到避免料浆与活塞、缸套直接接触，从而保护上述两零件的寿命的目的。但是，它的缺点是压力低，而且压力高于4Mpa时则油隔离层极易消失或隔离层的油大量被混入料浆中带走，因此，需不断注入隔离层。根据我们所知及一些用户的现场反映，有时一天就需加入170公斤油，维护费用相当高且工人工作量及工作强度都比较大，也极易造成环境的污染。4.往复式水隔离泵 1偏心轮 2活塞 3水 4料浆 5进出料阀图13往复式水隔离泵示意图图13为往复式水隔离泵示意图。往复式水隔离泵工作原理同油隔离泵基本相同，唯一不同之处在于它是在活塞与料浆之间不间断的注入水作为力的传递介质，由此可见，它的水消耗量是非常大的，在注重环保、强调资源节约的今天，使用水隔离泵显然不是最好的选择。5.往复式活塞隔膜泵图14为往复式活塞隔膜泵示意图。隔膜泵是在往复 式活塞泵基础上，增加隔膜室演变而来的，隔膜泵综合了活塞泵压力高、坚固耐用，以及自身结构简单、耐磨蚀等优点，克服了活塞泵密封件易磨损的不足。1连杆 2活塞 3导杆 4隔膜 5进出料阀图14往复式活塞隔膜泵示意图6.活塞隔膜泵的特点往复式活塞隔膜泵通过设置橡胶隔膜将泵的活塞、缸套等部件与输送的介质分隔开来，使之在清洁的油中工作，保证了这些零部件的使用寿命，而该泵的常备易损件仅为阀和橡胶隔膜。与此同时设计了合理的易损件装配结构，使之检修、更换便捷，从而提高了该泵的连续运转率，降低了运行成本。隔膜泵具有高效、节能、工作运行平稳、可靠以及高度自动化等优点，成为高连续运转率工艺系统中理想的料浆输送设备。第二节 隔膜泵的工况条件固液两相介质的输送广泛应用于黑色、有色冶金、煤炭、电力、化工、建材、环保、矿山等诸多领域，其中输送泵是心脏设备。技术的不断进步导致了对输送流量大、输送压力高、输送高温、高磨蚀固液两相介质泵的需求。由于往复式活塞隔膜泵综合了活塞泵压力高、坚固耐用及隔膜泵结构简单、耐腐蚀的优点，克服了活塞泵活塞密封件易磨损的缺点，世界各国竞相研制。随着隔膜泵核心技术的不断完善，其连续运转率、运行成本等关键技术指标明显优于油隔泵、活塞泵、水隔泵等，成为输送流量大、压力高、高温、高磨蚀固液两相介质理想的新一代往复泵，并得到广泛应用，同时又进一步促进了高磨蚀固液两相介质管道化输送、氧化铝溶出、煤化工等工艺技术的发展。该类型泵涉及机械、电子、液压、橡胶、化工等多学科技术，技术复杂程度高。 隔膜泵按活塞的单作用和双作用分为SGMB双作用和DGMB单作用两种系列形式。 三缸单作用DGMB型与双缸双作用SGMB型比较如下： 1、在活塞力相同的情况下，双缸双作用SGMB型的流量较大；但是，活塞力过大时，流量加大的幅度变小；所以，一般压力小于7Mpa选用双缸双作用SGMB型的，一般压力大于7Mpa选用三缸单作用的。 2、隔膜泵的瞬时流量是脉动的，且双缸双作用SGMB型的流量变化幅度大于三缸单作用DGMB型。 3、双缸双作用SGMB型的活塞杆的连接螺纹双向受力，在载荷大的情况下，易产生疲劳失效，可靠性较三缸单作用DGMB型差。第三节 隔膜泵的机械基础知识1.曲柄连杆机构图15 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构如图15所示，能做整周回转的称为曲柄，曲柄AB为主动件，作连续转动，滑块C作往复直线运动。该机构的主动件AB的运动要经过一个不直接与滑块C相连的中间构件，这个中间构件称为连杆，而把具有连杆的这些机构统称为连杆机构。连杆机构中的运动副一般均为低副，低副两元素为面接触，故在传递同样载荷的条件下，两元素间的压强较小，可以承受较大的载荷。低副两元素间便于润滑，故两元素不易产生大的磨损。2.偏心轮（轴）机构将偏心轮与轴连在一起称为偏心轴。机构中零件有足够的刚度和强度。该机构应用在双作用（SGMB）隔膜泵中。单作用（DGMB）隔膜泵应用曲轴结构，曲轴是把原动力的旋转运动转化为活塞往复运动的重要部件之一。工作时，曲轴承受周期性的交变载荷，产生交变的扭转应力和弯曲应力，它是隔膜泵中最重要的受力部件。3.渐开线花键及鼓形齿联接 在活塞单作用（DGMB）隔膜泵中，有时应用三个单拐曲轴结构。其三个单拐曲轴的连接方式采用渐开线花键及鼓形齿联接。如图16所示。齿廓为渐开线。受载时齿上有径向分力，能起自动定心作用，使各齿承载均匀，增加了强度和使用寿命。加工方法与齿轮相同。用于载荷较大、定位要求精度高、以及尺寸较大的联接。 所谓鼓形齿，即其含轴截面上的节圆线也是圆弧的一段。 由于两端齿厚比中间小，可避免棱角接触，能承受重载及冲击载荷，在相同的角位移情况下，比直齿承载能力提高1520；机械效率高，密封性好，使用可靠，维护方便。图16 鼓形联轴器4流体及液压有关基本概念 流量单位时间内流过流束通流截面的液体体积称为流量。（2） 通流截面于流体所有流线正交的截面积,也称过流面积其计算公式为： q=A.v 单位：m3/h, L/min（3）应力液体单位面积上作用的表面力称为应力。有法向力和切向力之分。习惯上把液体在单位面积上所受的内法向方向的法向应力称为压力。压力有绝对压力和相对压力之分。绝对压力：P=P0+pgh（N）相对压力：P=pgh（N）（4）压强物体在单位面积上所受的力称为压强。其计算公式为： P=F/A（Pa）（5）液压冲击当管道中的阀门突然关闭或突然开启时，管内液体压力发生急剧交替升降的被动过程称为液压冲击。液压冲击使工作机械产生巨大振动和噪声，并可能导致液压元件和管道损坏。（6）液压缸液压缸是液压系统中的执行元件。把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量装置。反之可以通过直线往复运动把机械能转换成液体的压力能。液压缸分为活塞缸、柱塞缸及其它形式。（7）液压阀用来控制液压系统中液体的流动方向或调节其压力和流量的元件。（8）蓄能器其功用主要是储存液体的压力能。用来：1.在短时间内供应大量压力油液；2.维持系统压力；3.减小液压冲击或压力脉动。第四节 隔膜泵的型号及规格参数1、隔膜泵型号表示法2 SGMB、DGMB系列隔膜泵规格参数 压力流量1.5MPa2MPa3MPa4MPa6MPa8MPa10MPa12MPa14MPa16MPa20MPa25m3/h40 m3/h60 m3/h80 m3/h100 m3/h120 m3/h140 m3/h160 m3/h180 m3/h200 m3/h250 m3/h300 m3/h注：双缸双作用 三缸单作用表11隔膜泵规格参数表 从表11可以看出，双缸双作用隔膜泵一般应用于压力低于7Mpa的工况场合，单缸单作用隔膜泵应用于压力高于7Mpa的工况场合。根据机械耦合、电子耦合可以扩大流量范围，但耦合时需要增加相角耦合系统。3、隔膜泵的技术参数隔膜泵的技术参数是指基本性能参数、连续运转率及易损件寿命。基本性能参数是指结构型式、输送介质、技术参数和易损件的寿命。隔膜泵的结构型式是指活塞的单作用或双作用。隔膜泵有双缸双作用、三缸单作用卧式结构，多缸单作用立式结构。输送介质是指所输送的介质的密度、粒度、黏度、酸碱度、温度、重量浓度等指标。技术参数是指输送的流量、压力、吸入压力、活塞直径、活塞行程、电机参数、调速参数、泵的重量、泵的外形尺寸等指标。易损件的寿命是指橡胶件及阀件等寿命指标。连续运转率是指泵的工作制及效率。和易损件寿命指标是相互关联的。（1） 隔膜泵的理论平均输出流量、实际平均输出流量和瞬时输出流量隔膜泵的流量可分为理论平均输出流量、实际平均输出流量及瞬时输出流量。（a）理论及实际平均输出流量（由隔膜泵的工作原理可知，隔膜排出液体的体积也就是活塞排出液体的体积。由于泵的活塞在每个往复行程中排出的液体体积是相等的，所以隔膜泵的理论平均输出流量是恒定的，其值为：Qth = kzAsn/60 - （11）式中 ：Qth ：理论平均输出流量，m3/sk ：作用数；单作用泵k=1，双作用泵k=2z ：活塞缸数A ：活塞面积，m2s ：活塞行程，mn ： 活塞每分钟的往复次数，min-1 ： 排挤系数，为考虑活塞杆面积Ad对流量减少的系数， = 1Ad/2A由于泵的阀的开启、关闭及液体中含气等原因，泵的实际排出流量要小于其理论平均输出流量，实际的平均输出流量值：Q = Qth = kzAsn/60 -（12）式中：Q ：平均输出流量，m3/s ：流量系数， = 0.880.98由（11）式、（12）式分析，隔膜泵的理论及实际平均输出流量与排出压力无关，其决定于泵的活塞直径、活塞行程、活塞每分钟的往复次数（冲次）。（b）瞬时输出流量 泵活塞往复位移X的公式：X=R(1-cos + sin2) - (13)式中： ：曲柄转角； =t，：曲柄角速度t ：时间 ：= ，R曲柄半径 L ：连杆长度根据上式，可以推导出单缸单作用往复泵的瞬时理论流量Qs的公式：Qs=Au=AR(sin + sin2 ) -（14）式中：A ：活塞面积由于=的值一般很小，可以忽略不计，则（1-3）式变为：Qs=ARsin - （15）显然，单缸单作用隔膜泵的瞬时理论流量是脉动的。由于隔膜泵的结构型有双缸双作用及卧式三缸单作用两种。双缸双作用、三缸单作用泵的瞬时流量曲线可由单缸单作用的瞬时流量曲线叠加得到。对于双缸双作用，两缸的活塞的相角差=90，其瞬时流量曲线见图17，其中取有活塞杆端的面积Ar=(0.80.9)A。对于三缸单作用，三缸的各活塞之间的相角差=120，其瞬时流量曲线见图2。 三缸单作用 双缸双作用 图17 瞬时流量曲线图显然，双缸双作用的流量变化幅度大于三单缸单作用。为表示瞬时流量不均匀程度，引入流量不均匀系数q，其公式为：q = -（16）式中：Qsm平均流量。 根据伯努利方程(4)，在泵排出管路任一点a，有：+ +ha+Sa=恒值-（17）式中：Paa点处的压力； Vaa点处的流速； haa点处的水柱高； Saa点处的各种水力损失及惯性损失的总和由于Qs=AVa，代入（3-7）式有：+ha+Sa=恒值- （18）由（1-8）式不难看出，流量脉动必然造成压力脉动，并且是二次方放大的关系。压力脉动由压力不均匀系数P来表示，其公式为：P =-（19）式中：Pmax最大压力；Pmin最小压力；Pm 平均压力在实际工业生产中，一般压力不均匀系数值为0.010.05，高压时取小值，低压时取大值。为保证往复泵及管路的正常使用，往复泵必须设置进出料补偿装置。进出料补偿装置型式很多，常用的有圆筒补偿罐及球型空气室、筒式空气室。大多数隔膜泵经过补偿装置后，其压力不均匀系数大多能达到0.010.05的要求。但是流量超过200m3/h时，单套补偿装置很难满足要求，需要增加数量。（2）、 吸入及排出压力 隔膜泵输送液体由吸入、排出两个过程组成。研究吸入压力、排出压力，必须研究在吸入、排出两个过程中，隔膜、活塞表面的压力变化情况。由不稳定流动伯努利方程，推导在吸入、排出两个过程中的隔膜、活塞表面的压力变化情况的公式如下： 吸入过程：隔膜表面的压力公式： Pg/=Pa/+Hc-(V2/2g+Hz+HG+Kz+KG) - （110）式中 ： Pg ： 隔膜室内隔膜表面的压力Pa ：大气压力Hc ：液体表面与隔膜室内隔膜表面的位差Hz ：外吸入管路及泵内至隔膜室内隔膜表面的管路的沿程阻力水头HG ：外吸入管路及泵内至隔膜室内隔膜表面的管路的沿程惯性水头Kz ：单向阀阻水头KG ：单向阀惯性水头V ： 流速g ：重力加速度 ：比重 活塞表面的压力公式：Ph/=Pa/+Hc-(V2/2g+Hz+HG+Kz+KG+Kb+Kgz) - （111）式中 ： Ph ：活塞缸内活塞表面的压力 Hc ：液体表面与活塞缸内活塞表面的位差 Kb ：隔膜变形的液体能量损失 Kgz ：隔膜及导杆运动惯性水头 隔膜泵工作时，在吸入过程中，要求隔膜室内隔膜表面的压力必须大于所输送的矿浆的饱和蒸汽压力，否则造成矿浆汽化，造成隔膜与矿浆脱流，引起撞击、噪声、振动及容积效率下降，还可造成隔膜异常变形，进而引起隔膜寿命降低，严重的造成隔膜瞬间破裂。同时，要求活塞缸内活塞表面的压力必须大于缸内推进液油的饱和蒸汽压力，否则造成推进液油的汽化，造成推进液油与隔膜或活塞脱流，同样引起撞击、噪声、振动及容积效率下降，还可造成隔膜异常变形，进而引起隔膜寿命降低，严重的造成隔膜瞬间破裂。 通过（110）、（111）式及上述的分析，可以得出这样的结论：隔膜泵与其它往复泵相比，对最小允许吸入压力有严格的要求，且大于其它往复泵。对于泵输送不同的介质及工况，最小允许吸入压力也是不同的。在输送系统的工程设计中，应特别注意。 排出过程：活塞表面的压力公式：Pd/=Pa/+Hc+V2/2g+Hz+HG+Kz+KG+Kb+Kgz - （112）式中 ： Pd：活塞缸内活塞表面的压力Hc ：液体表面与活塞缸内活塞表面的位差Hz ：外排出管路及泵内至活塞缸内活塞表面的管路的沿程阻力水头Hz ：外排出管路及泵内至活塞缸内活塞表面的管路的沿程惯性水头Kz ：单向阀阻水头KG ：单向阀惯性水头 Kb ：隔膜变形的液体能量损失 Kgz ：隔膜及导杆运动惯性水头 通过对（110）、（111）、（112）式在吸入、排出过程中的压力变化的分析，可以看出，吸入压力、排出压力与流量无关，其值取决于泵内、外管路的负载特性。泵的技术参数中的吸入压力是指最小允许的吸入压力，排出压力是指最高允许的排出压力。泵在实际运行中，其吸入压力大于最小允许的吸入压力，排出压力小于最高允许的排出压力，泵就能正常运行。隔膜泵允许的最高排出压力决定于泵本体的零件结构强度及原动机的功率。由于泵的原动机为电动机，其具备调速性能，输出流量可以变化。（3）、连续运转率连续运转率是隔膜泵的最主要的参数。隔膜泵的易损件直接影响泵的连续运转率。隔膜泵的连续运转率可以达到93%95%。同时，其单台流量可以达到300M3/H（n45r/min. 三缸单作用），单台最高压力达到25MPa。对于其它各类往复泵，在众多高磨蚀固液两相介质的输送工艺中，像隔膜泵同时满足最大流量、最高压力及连续运转率这些参数是不可能的。所以，在众多高磨蚀固液两相介质的输送工艺中，只能应用隔膜泵作为工艺系统中的心脏输送设备，这样，才能使工艺系统的运行经济、可靠。另外，在活塞泵、柱塞泵、油隔离活塞泵等其他往复泵应用的工艺系统中应用隔膜泵，虽然初期购置投资大，但是运行效率高，运行费用低，一般运行35年后均可持平，以后运行的经济效益显著。第二章 隔膜泵工作原理及结构第一节 隔膜泵的工作原理三缸单作用隔膜泵工作原理见图21，电动机1通过减速机驱动曲轴2、连杆3、十字头4，使旋转运动转为直线运动，带动活塞6进行往复运动。当活塞向左运动时，活塞借助油介质将隔膜室10中的橡胶隔膜9吸到左方向，借助矿浆喂料压力打开进料阀11，吸入矿浆充满隔膜室10。当活塞向右方向运动时，关闭进料阀11，活塞6借助油介质将隔膜室10中橡胶隔膜9推向右方向运动，并借助压力开启出料阀12，将矿浆输送到管道。由于矿浆不接触活塞等运动部件，减少了这些部件的磨蚀。同时，通过设置灵敏、可靠的检测自动化系统（导杆7、探头8），保证了橡胶隔膜的长使用寿命，成为矿浆管道化输送的理想设备。三缸单作用隔膜泵有三个隔膜室，每个隔膜室的起始排料相位相隔120，可使矿浆输送量均匀. 1.电机 2.曲轴 3.连杆 4.十字头 5.活塞缸 6.活塞7.导杆 8.探头 9.橡胶隔膜 10.隔膜室 11.进料阀 12.出料阀图21 三缸单作用隔膜泵工作原理图吸入冲程：见图22活塞（A）向后移动并使推进液体（B）减压。隔膜（F）向后移动。在隔膜室（E）内产生的低压促使进料阀箱（C）打开并关闭出料阀箱（G）。泥浆通过进料管（D）充满隔膜室（E）。图2-2 吸入冲程工作原理图 图2-3 排出冲程工作原理图排出冲程：见图23活塞（A）向前移动并使推进液体（B）增压。隔膜（F）向前移动。在隔膜室（E）内产生的低压促使进料阀箱（C）关闭并打开出料阀箱（G）。泥浆通过出料管（G）离开隔膜室（D）。双缸双作用隔膜泵的工作原理见图24。电动机1通过减速机驱动小齿轮2、大齿轮3，大齿轮3安装在偏心轮上，偏心轮带动连杆4、十字头5，使旋转运动转为直线运动，带动活塞8进行往复运动。当活塞向左运动时，活塞借助油介质将左隔膜室6中矿浆通过左出料阀排除。当活塞向右运动时，活塞借助油介质将右隔膜室10中的矿浆通过右出料阀排除。双缸双作用隔膜泵有四个隔膜室，每个隔膜室的起始排料相位相隔90，可使矿浆输送量均匀。 1.电机 2.小齿轮 3.大齿轮 4.连杆 5.十字头 6.左隔膜室7.进料阀 8.活塞 9.橡胶隔膜 10.右隔膜室 11.出料阀图2_4 双缸双作用隔膜泵工作原理图第二节 隔膜泵的结构组成根据输送液体压力和流量的不同，隔膜泵分为三缸单作用（DGMB型）和双缸双作用（SGMB型）两种。两种形式的隔膜泵如图25，图26所示。图25为三缸单作用型隔膜泵结构图。图26为双缸双作用型隔膜泵结构图。它们均由1动力端 2液压辅助系统 3液力端 4传动系统 5电控系统 6出料压力补偿系统（出料空气包） 7进料压力补偿系统（压力补偿罐）7组成。1动力端 2液压辅助系统 3液力端 4传动系统 5电控系统 6出料压力补偿系统（出料空气包） 7进料压力补偿系统（压力补偿罐）图25 三缸单作用隔膜泵结构图1动力端 2液压辅助系统 3液力端 4传动系统 5电控系统 6出料压力补偿系统（出料空气包） 7进料压力补偿系统（压力补偿罐）图26 双缸双作用隔膜泵结构图一、三缸单作用（DGMB型）型隔膜泵结构1、 隔膜泵的传动系统隔膜泵的传动系统如图27所示。隔膜泵的传动系统由主电机1、柱销联轴器2、减速器3、齿式联轴器4和护罩、底座组成。主电机1与减速机5安装在焊接结构的底座2上。底座2的安装表面经机械加工，保证了电机1与减速器5、柱销联轴器3、齿式联轴器6的同心对准状态（用垫片微调），主电机轴与减速器轴通过柱销联轴器3连接起来，减速器输出轴与动力端主动轴通过齿式联轴器6连接。柱销联轴器和齿式联轴器均安装有安全防护罩，以保证使用人员接近时的安全性。1 电机 2柱销联轴器 3减速器 4齿轮联轴器图27 隔膜泵的传动系统2、 三缸单作用（DGMB型）型隔膜泵的液力端隔膜泵的液力端利用活塞的往复运动、橡胶隔膜的凸凹运动以及进料阀箱和出料阀箱中单向阀的开闭完成液体输送。三缸单作用（DGMB型）型隔膜泵的液力端结构如图28所示。它是由三组进料阀箱1、三组隔膜室3、两组出料补偿系统4、进料管5、出料管6、出料管支架7、三组出料阀箱8、右腔体及油缸9、中间腔体及油缸10、左腔体及油缸11、以及三个弯管18等组成。液力端利用活塞的往复运动、橡胶隔膜的运动以及进出料阀箱内单向阀的开闭完成料浆的输送工作。其工作流程为，被输送液体经进料管5分别进入三个并列安装的进料阀箱1，经三个并列安装的弯管18后，进入三个并列的隔膜室3，液体通过隔膜室3流入三个出料阀箱8，再经出料管6将液体输送出去。液体进料和出料都是有压力的。液力端由橡胶隔膜分为2个独立的机械部分，即推进液体部分和液体输送部分。推进液体部分包括活塞缸、隔膜室的后半部及橡胶隔膜位置检测装置。推进液体部分由推进的液体注满。液体输送部分包括进料管、进料阀箱、隔膜室前半部、出料阀箱、出料管等。1进料阀箱 2底座 3隔膜室 4出料空气包 5进料管 6出料管 7出料管支架 8出料阀箱 9腔体及油缸 12螺栓 13垫片 14垫片 15螺栓 16垫片 17垫片 18弯管 19螺栓 20螺栓 21螺栓22螺母图28 三缸单作用隔膜泵液力端结构图2.1 三缸单作用（DGMB型）型活塞缸及腔体三缸单作用（DGMB型）型隔膜泵液力端有三个活塞缸。图29为右腔体及油缸结构图。它是由活塞4、活塞杆11、缸筒12、油缸压盖8、密封装置、腔体5、导杆支撑套1、信号发生器2、及补油信号发生器3等组成。右端的活塞杆11与动力端的介杆连接，以实现活塞4的往复运动。左端的腔体5一端与隔膜室连接，另一端与箱体连接。通过缸筒12右侧内液压油体积的变化达到吸料和排料的目的。1导杆支撑套 2信号发生器 3补油信号发生器 4活塞 5腔体 6螺栓 7螺母 8油缸压盖 11活塞杆 12缸筒 1317密封圈 18螺母 19阀 2021垫片 图29 三缸单作用隔膜泵腔体及油缸结构图装配在活塞杆11上并用螺母紧固的活塞4，在一个可更换的缸筒12里运动。活塞杆和缸筒均采用合金钢材料，表面经过硬化处理，因而具有高耐磨性。所以，即使因隔膜破裂造成矿浆进入活塞缸内，也不会立即损坏活塞杆和缸筒12。活塞4采用带支撑多皮碗结构，其密封圈材料具有高强度、高耐磨性，同时在活塞4上还装有导承环，可以提高活塞4与缸筒12的使用寿命。腔体5为铸钢件。导杆支撑套1的作用是支撑导杆运动。信号发生器2发出信号反馈到计算机上用来检测隔膜行程位置。2.2 隔膜室隔膜室的结构如图210所示。它是由导杆1、隔膜腔2、橡胶隔膜3、隔膜室盖6等组成。 1导杆 2隔膜腔 3隔膜 4、5密封圈 1隔膜腔 2隔膜 3导杆 4支撑套 5、6信号发 6隔膜室盖 7密封圈 8、9螺栓、螺母 生器 9、10、11密封圈 19放气接头 22隔膜10、11球面、锥面垫圈 室盖 图210 三缸单作用隔膜泵隔膜室结构 图211 三缸单作用隔膜泵隔膜室结构隔膜腔2和隔膜室盖6用高强螺栓组合后形成的空间作为橡胶隔膜3行程位置空间及吸、排料浆的通道，隔膜腔2中有料浆流动通道和推进液流动通道。料浆流动通道有两个开孔，底部进料口连接进料阀箱，顶部出料口连接出料阀箱。在隔膜腔2中装有一个橡胶隔膜3把推进液油与矿浆分隔开，避免了推进液油与料浆的混合，以保证活塞缸中运动部件在清洁的油液中工作，从而减少了易损件数量。活塞的移动导致推进液体压力的增加或减少。橡胶隔膜把压力转移到进、出料阀箱。与连接的进出料阀箱配合吸入或排除泥浆。橡胶隔膜3上装有导杆1与图29中的信号发生器2共同组成隔膜行程检测装置，用于检测隔膜行程位置，以保证橡胶隔膜3在最佳工作范围内进行工作。隔膜是一个由O型环形状的夹紧环预成型的模压橡胶隔膜。橡胶隔膜通过疲劳、揉搓、拉伸、老化性能实验，以保证橡胶隔膜的使用寿命。在隔膜室盖与隔膜室之间有密封。三缸单作用隔膜泵的信号发生器安装在与活塞缸连接的腔体上，见图29所示。而双缸双作用隔膜泵的信号发生器直接安装在隔膜室上，见图2-11。图2-11为双缸双作用隔膜泵隔膜室结构图，其结构与三缸单作用隔膜室大体相同。2.3 进出料阀箱隔膜泵的进料阀箱和出料阀箱结构是相同的。如图212所示。它是由阀箱体1、阀锥体2、阀座3、阀橡胶6、阀螺母7、阀盖9、压缩弹簧14、打压接头（图中未示）等组成。阀箱内的进（出）料阀为弹簧加载的锥形阀结构，阀座3和阀锥体2均为耐磨的合金钢材料制造的，并经过表面硬化处理，耐磨损、抗冲击。阀座3与阀箱体1配合面为锥面，可以保证其紧密贴合，受液体冲击时无漂浮现象。阀座3与阀锥体2之间有锥形阀橡胶6密封，通过进料压力和弹簧力打开或关闭阀锥体2，以实现进料或者排料的目的。阀座3可以通过打压接头进行拆卸。阀箱体1侧面设有放料口（图中未示），用于检修时排放料浆。在双缸双作用隔膜泵的进出料阀箱中，有时采用球形阀结构阀箱。如图2-13所示。其阀座为耐磨的合金钢材料并覆有高耐磨橡胶制造的，耐磨抗冲击。阀球用铬钢材料制成，耐磨损。阀座与阀球配合面为球形面，可以保证其贴合紧密。球形阀结构简单，互换性强，装拆方便。球形阀的阀球通过球自重以及液体压力闭合、开启密封阀座口，以实现排料、进料的目的。阀球在运动中拌有旋转运动，磨损均匀。阀球启、闭最大升程靠定位板控制其向上运动位置。阀座安装有液压拆卸接头，可以用液压方式进行拆卸，简便易行。阀箱侧面设计有液压拆卸阀座接口和放料口，放料口用于检修时排放物料。在吸入冲程过程中进料阀箱允许泥浆通过吸入管道到达隔膜室。在排出冲程过程中进料阀箱不允许泥浆通过隔膜室到达吸入管道。在排出冲程过程中出料阀箱允许泥浆通过隔膜室到达排出管道。在吸入冲程过程中出料阀箱不允许泥浆通过出料管道到达隔膜室。 1阀箱体 2阀锥体 3阀座 6阀橡胶 1阀座 2阀箱体 3阀盖 8钢球7阀螺母 9阀盖 14弹簧图212 进出料阀箱结构 图213 球形阀3、 隔膜泵的动力端 三缸单作用隔膜泵动力端有下述三种结构。（1）三拐四支撑曲轴结构动力端把泵传动的圆周运动转换为连杆和十字头的直线运动。图214是三拐四支撑曲轴结构图。它由箱体1、介杆2、导板3、十字头4、连杆5、箱盖6、三拐曲轴7、连杆轴承8和曲轴支撑轴承9等组成。所谓三拐四支撑曲轴结构，即为曲轴有三个曲柄，曲柄错位角为1200；采用四个双列调心滚柱轴承支撑定位。其两端支撑轴承通过两个锥形紧固套装配在曲轴上；而中间两个支撑轴承是通过两组半套装配到曲轴上的。三拐曲轴7的输入端通过传动系统的齿式联轴器与减速器连接。三拐曲轴的转动带动装在曲柄上的连杆5往复摆动。连杆5是动力端曲柄连杆机构中连接曲柄和十字头的部件。连杆的运动是平面运动。连杆5与十字头4用销轴连接，十字头在滑道里做往复运动，滑道具有导向作用。十字头4的另一端用螺纹与介杆2连接，介杆2与液力端的活塞杆相连接，并用卡箍锁固。从而，将动力端的动力传递给液力端。介杆2上设有挡油盘使清洁的冲洗液流回油箱。在箱体1的两侧设有活塞杆、十字头与导板的安装检查窗口，以便于观察、维修。1箱体 2介杆 3导板 4十字头 5连杆 6箱盖 7三拐曲轴 8、9轴承图214 三拐四支撑结构动力端结构图箱体1是动力端主要部件之一，它由箱体、箱盖、轴承盖等组成。箱体的主要作用是曲轴的支撑和定位；十字头运动的支撑和导向；液力端活塞缸、腔体等的支撑和定位。箱体在工作中承受或传递隔膜泵的作用力和力矩。箱体毛坯根据需要有铸造毛坯和焊接毛坯两种。两种毛坯都需要进行退火处理和渗漏试验。三拐曲轴7是把原动机的旋转运动转化为活塞往复运动的重要部件。工作中，它将承受周期性的交变载荷，产生交变的扭转应力和弯曲应力。三拐曲轴结构见图215。这种型式的曲轴，曲柄错角为1200，采用三拐四支撑结构，由于支撑增多，可以减少曲轴变形和主轴颈倾角，刚度和强度较好，可承受较大的活塞力。三拐曲轴结构的动力端特点是结构简单、紧凑，利于调整，缩短了箱体宽度，减少了零部件数量，但三拐曲轴的毛坯和加工困难。图215 三拐曲轴结构示意图（2）三单拐曲轴结构三单拐曲轴结构动力端结构如图216所示。它与三拐曲轴结构动力端的区别是：由三个单拐曲轴代替一根三拐曲轴。三个单拐曲轴通过二组鼓形齿式联轴器连接起来。在连接过程中要保证三个曲柄的错位角为1200。每一个曲轴都由二个双列调心滚柱轴承支撑定位。三单拐曲轴结构动力端的特点是：曲轴承受交变扭转应力和弯曲应力的能力与三拐四支撑结构大体相当，结构可靠，曲轴加工较三拐曲轴容易得多。但零部件数量增多，箱体宽度加大，装配调整困难。1箱体 3介杆及冲洗装置 4、5滑板、导板 9中间单曲轴 10、11、16、17、23、25轴承 13主动单曲轴 21右单曲轴 14连杆 18十字头部装图216 三单拐曲轴结构动力端结构图（3）三偏心轮结构图2-17为三偏心轮式动力端结构图。它是由介杆1、十字头部装2、连杆3、偏心轮轴4、左偏心轮5、左旋齿轮6、中间偏心轮7、右旋齿轮8、右偏心轮9、平键10、11等组成。中间偏心轮7与左偏心轮5、右偏心轮9分别用平键10、11连接；连接后要确保三个偏心轮的偏心圆盘在圆周方向错位1200，偏心圆盘上均安装滚动轴承作为连杆3大头的轴承。然后，左、右、中偏心轮与偏心轮轴4过盈配合装配。左偏心轮5和右偏心轮9的正心外圆用精密螺栓与左右齿圈6、8装配，装配后的齿圈形成人字齿圈，该人字齿圈与主动轴上的人字齿轮啮合，以接受动力。偏心轮轴4由两个双列调心滚柱轴承支撑定位。，主动轴由两个单列滚柱轴承定位，轴向游动，以利于齿轮啮合对中。三偏心轮结构的特点是：偏心轮系铸造而成，毛坯简单，节省成本，相对于曲轴来说，加工容易得多；避免了曲轴加工、热处理、磨削等困难，使工艺简化。但这种结构径向尺寸较大，显得笨重。 1介杆 2十字头部装 3连杆 4偏心轮轴 5左偏心轮平键 6左旋齿轮 7中间偏心轮 8右旋齿轮 9右偏心轮 10、11平键图217 三偏心轮结构动力端结构图4、液压控制系统液压控制系统布置图见图218。由液压泵站1、控制仪表及充气系统2、推进液系统3、润滑系统4、冲洗系统5、超压保护及排气系统6等组成。通过各系统的正常工作，保证设备的正常运转。图219为液压控制系统原理图。图219所示为双缸双作用隔膜泵。1液压泵站 2控制仪表及充气系统 3推进液系统 4润滑系统 5冲洗系统 6超压保护及排气系统图218 液压控制系统布置图图219 液压控制系统原理图4.1液压泵站液压泵站结构图见图220。液压泵站主要由油箱1、空气滤清器3、油泵电机组4（冲洗系统用）、推进液泵组5、旋塞阀和液位计等组成。液压泵站安装在箱体的下方，见图2-18序号1。隔膜泵用油牌号不同，该液压泵站主要是为推进液系统、冲洗系统提供液压油。为保证油箱内的清洁，应定时清理油箱。初次使用时每隔三个月半年清理一次油箱，以后每隔一年清理一次油箱。三单曲轴结构和双缸双作用隔膜泵的液压控制系统中没有液压泵站，不设独立的油箱。1油箱 2回油管 3空气滤清器 4冲洗系统油泵电机组 5推进液系统油泵电机组图220 液压泵站4.2推进液系统4.2.1推进液系统的组成推进液系统由供气系统、二位三通电磁气阀、两位两通阀组、蓄能器组件、油泵电机组及一些液压元件等组成。（参考图2-21）。推进液系统的油泵电机组安装在箱体的侧面，气阀及两位两通阀组安装在箱体上面的支架上。见图2-18序号1、3。蓄能器组件是液压系统的重要部件，主要起储蓄能量、稳定压力、减少能耗、吸收油压脉冲、缓和冲击等作用。隔膜泵采用大口径、螺纹连接、容积为4升的NXQ2-L型囊式蓄能器。使用前需要予充氮气，其予充压力为0.4Mpa。具体充气方法详见第六章。供气系统要求空气压力应在0.40.45Mpa之间，用以控制二位三通电磁气阀开闭；而二位三通电磁气阀控制两位两通阀的通断；两位两通阀组控制推进液油进入或排出隔膜室。4.2.2推进液系统的作用 推进液系统的作用是：保证橡胶隔膜在正常运动范围内凸凹运动。由于隔膜室内的推进液过多或不足引起隔膜超出正常运动范围时，推进液系统将及时向隔膜室内排出或补充推进液油，以保证隔膜在正常运动范围内运动。推进液系统在隔膜泵中起着重要作用，它不仅可以延长隔膜的使用寿命，更主要的是提高设备运转率。推进液系统设计成一个蓄压系统。系统中有大量有压力的推进液油可被使用。压力是由油泵电机组和蓄能器产生的。蓄能器中油的压力高低决定推进液系统中油泵电机组的停止和启动。该系统与冲洗系统同用一个油箱。 4.2.3推进液油泵电机组启、停条件 推进液油泵电机组通过液压泵站里的吸油管吸油，并经过网式过滤器过滤后，将液压油通过单向阀组分别送入两位两通阀组和蓄能器（参考图2-21）。在隔膜泵工作时，当蓄能器中油的压力低于0.5MPa时启动油泵电机；当压力达到1MPa时停止油泵电机。从而在蓄能器中保证一定数量的油随时提供给隔膜室。在蓄能器和隔膜室之间设有两位两通阀组控制液压油进入或排出隔膜室， 4.2.4推进液系统补、排油工作原理推进液系统补、排油的工作原理是机、电、气、液的相互转化、相互作用的过程。由图2-21所示。橡胶隔膜在隔膜室10中随活塞通过推进液压力做往复运动，橡胶隔膜上装有一导杆11，导杆11上装有一个磁环12，导杆11、磁环12随隔膜一起做往复运动，当隔膜室中的油量不正常时，隔膜就会超出正常运动范围，导杆11上的磁环12就会运动到信号发生器5（或6）的位置，信号发生器5（或6）检测到磁环12的磁力线时，就会发出补油或排油信号给PLC，PLC指挥二位三通电磁气阀8动作，切断压缩空气导通两位两通阀9内的通道，使隔膜室中的油量得到补充或泄放，使橡胶隔膜经过油量的调整始终处于最佳的工作范围，以保证吸、排料浆的正常进行。1油泵电机组 2过滤器 3单向阀 4蓄能器 5补油信号发生器 6排油信号发生器 7供气系统 8二位三通电磁气阀 9二位二通阀组 10隔膜室 11导杆 12磁环图221 推进液系统原理图4.2.5气阀、两位两通阀组及补、排油图222为气阀及两位两通阀组结构图，主要由两位两通阀组1及二位三通电磁气阀3和连接管路等组成。 1两位两通阀组 3二位三通电磁气阀 1阀体 2密封块 3密封圈 4导向套 5弹簧 6小隔膜 7喷嘴 8阀杆 9单向阀图222 气阀及两位两通阀组结构图 图223两位两通阀组结构图图223为两位两通阀组结构图。它是由补油阀和排油阀组成的阀组。主要由两位两通阀体1、弹簧5和小隔膜6、喷嘴7、阀杆8、单向阀9等组成。两位两通阀组的上方有进气孔，将空气存放在小隔膜6内，依靠空气压力和弹簧5使两位两通阀内的阀杆8与喷嘴7始终闭合。如前所述，两位两通阀组控制液压油进入或排出隔膜室， 而两位两通阀的开启和闭合是由空气压力控制的，供气系统提供的压缩空气经过气动三联件滤清后进入二位三通电磁气阀，二位三通电磁气阀的通断控制两位两通阀的开启和闭合，进而实现对隔膜室的补排油。二位三通电磁气阀的通断控制两位两通阀的开启和闭合，进行补排油工作。气路上压力表显示空气压力。正常状态下，二位三通电磁气阀处于开路状态，空气通过两位两通阀的上部进入阀内，压缩小隔膜6，使两位两通阀内的阀杆8与喷嘴7闭合。当需要进行补油动作时，补油电磁气阀闭合，两位两通阀内空气泄掉，阀杆8与喷嘴7打开，推进液油经喷嘴7、单向阀9进入隔膜腔内。这里应该提醒大家，由于工作压力高，只有在隔膜吸入冲程时才能补油。隔膜排出冲程时，由于隔膜腔内油压大于推进液油压，补油无效，但由于单向阀9的作用，推进液油也无法从腔内溢出。当需要排油动作时，排油电磁气阀闭合，两位两通阀内空气泄掉，隔膜室内的推进液油经喷嘴7排出。同样，排油总是在隔膜排出冲程时进行。二位三通电磁气阀的闭合时间也就是补油或排油的时间，而二位三通电磁气阀的闭合时间由PLC程序控制。推进液系统与控制仪表系统的空气压力开关、推进液压力开关连接，以显示推进液系统的供气压力和推进液系统压力。4.3.冲洗系统1过滤器 2油流指示器 3油泵电机组图224 冲洗系统结构示意图冲洗系统见图224，主要由油泵电机组3过滤器1、油流指示器2、三通分配器、四通分配器和输油管路等组成。冲洗系统安装在箱体的侧面。见图2-18序号5。冲洗系统的主要作用是连续对活塞、活塞杆、介杆进行冲洗、润滑冷却。冲洗系统使用冲洗油泵电机组在油箱（该系统与推进液系统公用一个油箱）中吸出液压油，通过过滤器1、油流指示器2、三通分配器、四通分配器和输油管路，不间断的冲洗活塞杆、活塞和介杆达到润滑和冷却作用，保证活塞在缸筒中良好的运动。由于单缸单作用和双缸双作用泵的缸筒数量不同，因此冲洗点也不同。冲洗系统没有压力要求，只要油流指示器2中有油液流动即可。通过油流指示器2可以观察油液流动情况。冲洗系统的输油管路和回油管路形成密封环路系统连续进行冲洗。4.4润滑系统动力端润滑系统见图225。由油泵电机组1、双筒网片式过滤器2、耐震压力表3、分配器（一）4、节流阀5、分配器（二）6和高压铰接式三通接头等组成。分配器（一）4、分配器（二）6分别安装在动力端箱体两侧；节流阀5则安装在通往润滑点的管路上。而油泵电机组1安装在与推进液油泵电机组同一箱体侧面上。见图2-18序号4。该润滑系统的作用主要是为主、被动轴轴承、十字头轴承、连杆轴承、中间支撑轴承、十字头与导板运动副间提供强制润滑。压力表3在吸油管路上可以显示润滑油压力。润滑压力应不低于0.1Mpa。双筒网片式过滤器2有两个过滤筒，一个工作，一个备用，且装有手动扳手；当润滑压力低于0.1Mpa时，首先考虑双筒网片式过滤器2是否堵塞，如若堵塞，可旋转双筒网片式过滤器2上的手动扳手使另一个过滤筒工作，就可以保证润滑压力。双筒网片式过滤器2避免了因过滤筒堵塞而停机。该润滑系统不使用液压泵站油箱中的油，而使用箱体中的油。1油泵电机组 2双筒网片式过滤器 3耐震压力表 4分配器（一） 5节流阀 6分配器（二）图225 润滑系统示意图