往复式计量泵工作原理及故障分析

王明旭 于海章 刘勇先

（辽阳石化分公司尼龙厂醇酮一车间 辽宁辽阳）

一、往复泵简介

往复泵是一种发展较早的动力机械，它适合输送流量较小、压力较高的各种介质。理论上，往复泵的流量和排出压力无关，因此，在流量要求较高的地方都会使用往复式计量泵，可以精确且可调节地输送各种介质。输送介质的稳定性是此类泵的关键指标，正是由于输送介质的不稳定，常造成化工厂一些事故的发生。曾发生过副反应器开始反应少，之后突然剧烈反应的现象，造成精馏塔翻塔盘的事故，这便是计量泵输送的物料流量不稳定造成的。虽然往复泵很小，但也非常关键，特别是在化学反应很难控制的地方尤其重要。

二、工作原理、特点及分类

1.工作原理

往复泵由输送液体的泵缸和从原动机将能量传递给泵缸部分组成。一部分是直接输送液体，把机械能转化为液体压力能的液力端（泵头），另一部分是将原动力的能量传给液力端的传动端（驱动机构）。液力端主要包括缸体、活塞、（柱塞）、吸入阀和排出阀等部件。传动端主要包括曲柄、连杆十字头等部件。有的传动机构采用蜗轮蜗杆机构来解决由圆周运动到直线运动的问题。在传动机构驱动活塞向泵头运动的过程中，使泵头内的压力上升，使泵头内的出口阀开启，入口阀关闭，把泵头内的物料输送出去。在传动机构驱动活塞向泵头相反的方向运动的过程中，使泵头内的压力上下降，使泵头内的出口阀关闭，入口阀开启，把管道内的物料吸入泵头内。就这样的反复运动，不断的把要输送的物料吸入排除。

2.工作特点

往复泵的流量与往复泵活塞的直径和活塞的行程、泵的转速有关，与泵的扬程无关，所以往复泵不能用出口阀来调节流量，用行程调节器来调节行程大小或者用改变电机的转速来调节流量大小。由于往复泵的出口阀是间歇动作的，因此流量存在脉动现象。为了解决这个问题有的采用多缸或双作用，减小流量脉动。为保证生产更加平稳一般在计量泵的出口管线上都会安装稳压器平衡压力波动。

3.分类

往复泵的种类很多，按往复泵的工作机构可分为活塞（柱塞）泵和隔膜泵；按往复泵的作用特点可分为单作用泵、双作用泵、差动泵；按液缸数可分为单缸泵、双缸泵、多缸泵等。

根据传动端的结构特点分类可分为：曲柄连杆、直轴偏心轮机构、行程调节机构等。根据动力分类可分为：机动泵，包括电机驱动的泵和内燃机驱动的泵；直接作用泵，包括蒸汽、气、液压直接驱动的泵；手动泵。根据排出的压力大小分类可分为：低压泵≤4 MPa；中压泵 4～32 MPa；高压泵 32～100 MPa；超高压泵＞100 MPa。

三、常见故障

1.达不到规定的流量和压力

原因一般是进口管线内有空气或蒸汽聚集，泵进口管线连接螺栓松动，电机或驱动机速度低，缸盖或罚盖漏，阀座或阀磨损，安全阀部分打开或不能保持压力，活塞环、柱塞、缸套磨损，旁通阀开启或不能保持压力，NPSHA不足，液体介质在内部回流以及外部杂质堵塞泵内通道。

2.NPSHA过低

进口管线部分堵塞，进口管线过长，有缩口，或过细，介质蒸汽压力过高，介质温度过高或大气压太低。

3.泵排不出液体

未灌泵，进口管线有气体，进口管线堵塞，进口阀门开度不合适，进口总管螺栓松动，泵缸阀门速度过高。

4.汽蚀

NPSHA过低，盘根处泄漏过多，NPSHH太高，液体未进入入口管线。

5.缸盖或阀盖泄漏

超过规定压力，垫片或O形环损坏，缸盖或阀盖连接螺栓松动。

6.曲轴箱油中进水

空气中水分凝结，曲轴箱盖密封坏，空气呼吸器堵塞，连杆的盘根漏。

7.曲轴箱漏油

油位和油温高，连杆盘根坏，曲轴箱盖松、密封环坏。

8.泵驱动机过负荷

泵转速高，低电压或其他电气故障，出口压力过高，出口管线堵塞，出口管线上阀门关闭或节流，活塞或柱塞的规格不合适，盘根压盖压的太紧，动静件摩擦。

9.盘根（活塞杆或柱塞）泄漏

活塞杆或柱塞杆磨损，盘根损坏，盘根规格不对。

10.泵阀门噪声过大

阀弹簧断裂，泵气蚀，空气进入进口管线或蹦进口总管螺栓松动。

11.进出口管线振动

进口管线过长或过细，进口管线弯头过多，管线支撑不正确，操作压力和转速超过额定值，盘根磨损，NPSHA不足。

12.泵运动时噪声大

活塞或柱塞松脱，阀门噪声，气蚀。进口管进入空气，进口总管螺栓松动，连杆大头连接螺栓松动，十字头销及套磨损或松脱，连杆轴承磨损，十字头磨损，主轴承端部窜量过大，泵配管系统有冲击，管线支撑不正确，配管对中不良，误差过大。或配管尺寸过小。

13.曲轴断裂、弯曲，及其他重大事故

泵启动时出口阀门关闭，油液位低或油含杂质，主轴承损坏。活塞或柱塞撞缸，空气进入管线系统。液缸中液体结冰。

14.泵阀门故障

正常磨损。泵气蚀，介质中有颗粒，阀的零部件不能抗腐蚀，安装问题，阀座及阀板清洗不干净。

15.柱塞故障

热冲击，盘根太紧，介质太脏，盘根压盖和柱塞摩擦。

四、故障分析及处理

2005年催化剂泵P214改造时，新上了两台隔膜式计量泵，在调试过程中计量泵不上量，检查电机正常运转，调速机构灵活没有问题，检查柱塞的运行情况正常，液压油箱油量满足要求，检查进出口阀组、阀板、阀座没有问题，检查出入口管线没有问题，检查油压安全阀、回油阀进油阀等均没有问题。

往复运动过程中回油阀全开回油量不足，说明没有进油，后检查进油系统，发现进油管处有水冻凝堵塞了管道，导致新的计量泵不上量。该泵运行一段时间后，流量突然变小。现场检查行程没有问题，油箱液位也正常，诊听出入口阀组没有声音，观察回油管线没有回油，说明没有建立油压。重点检查油系统，解体后发现柱塞填料压盖脱落，液压腔不能建立起油压，导致泵不上量。

P213隔膜式计量泵输送的介质是铬酸酐水溶解形成的铬酸，在溶解的过程中有未溶解的颗粒。运行中发现该泵不上量，检查了出入口阀，阀球声音很小，阀球、阀座没有磨损，把入口阀组拆下，打开入口阀发现没有液体流出，初步断定为入口管线堵塞。拆下入口管线，发现入口管线过滤网堵塞，有大量铬酸颗粒，导致计量泵不上量。

P102隔膜式计量泵在停车检修过程中处理了入口管线，装置开车时发现泵不上量，而且流量曲线一直在低位运行。将行程调节器调大，柱塞行程正常，流量仍没有变化。现场检查出入口阀组，阀球声音正常。液压油没有乳化，回油阀和进油阀也正常。后检查入口管线，发现入口阀没有全开，开大入口阀后流量立即增大。

P102隔膜式计量泵输送的物料为进料罐底部的环己烷和水的混合物，为防止进料泵把水带到反应器，在快进入冬季的时候，装置投用了蒸汽伴热系统，即同时把该泵入口管线的伴热也投用了。投用前该泵运行正常，投用后泵的流量波动非常大，检查阀组没有问题，传动系统正常。经分析认为，可能是工艺辅助系统问题，发现来料温度达50℃，高于平时的30℃，介质中环己烷极易气化。当温度达到50℃时，会产生大量的环己烷气体。把泵的底排阀打开，排出大量的气体，说明是伴热装置将物料加热，使物料中的环己烷大量气化，停止伴热并排除气体后试泵，泵运转正常。

P102隔膜式计量泵在运转中流量突然减小，检查容易出现问题的出入口阀组，阀球动作正常，液压系统回油阀正常。检查柱塞的行程，发现行程小于正常状态，于是调节卧式N型轴的行程调节器，柱塞行程没有变化，说明行程调节器故障。拆下行程调节器，发现N型轴的固定端盖螺栓脱落，重新将螺栓安装上，运转正常。

P307隔膜式计量泵电机过载，检查行程不是在高位运行，盘车有卡涩现象。把柱塞和十字头脱离，还是有卡涩现象，说明传动系统有故障。拆下蜗轮、蜗杆等部件，发现蜗杆轴承损坏，更换轴承重新组装后，连接柱塞和十字头运行正常。

五、总结

计量泵的工作是否正常，首先检查传动系统，然后检查液压体统，最后检查工艺系统。在检查传动系统故障时，应注意是否有杂音及卡涩现象，运转是否灵活。检查液压系统时，检查入口油阀组、出口油阀组，动作是否灵活，密封面是否符合要求，油压安全阀调定的压力是否合适，高了容易使油压过高，是膜片降低使用寿命，同时管线的液击增大。低了容易使液压油大量排出，膜片的变形量很小使工艺介质流量减小。工艺系统检查时，先检查工艺系统的过滤网是否堵塞，工艺介质中是否有容易气化的物料，工作温度是否超标，工艺管道是否有泄漏部位。工艺侧进出口阀组检查，检查密封面是否完好。