基于膜压机机械结构的常见故障处理及分析

2020-11-25魏金国

商品与质量 2020年34期

魏金国

中核辽宁核电有限公司辽宁葫芦岛 125100

核电厂在设计上需要使用高压高纯的气体，例如安注箱需要高压氮气来提供压力，保证冷却剂注入一回路，这就需要一种可靠效率高的压缩机来使气体升压，核电厂常用的压缩机为膜片式压缩机，简称膜压机，膜压机能使需要被压缩的气体不接触润滑剂，不受沾污，因此可以用于高纯气体的升压。膜压机具有很大的压缩比，压力范围广，密封性好，能将常压下的气体升压至十几兆帕，设计上气缸的表面积与容积的比值大，具有良好散热性和动力平衡性，安全性高。

常用的膜压机为双缸单级压缩机，采用饮用水系统的水来冷却润滑油和排气，压缩系统采用油压的方式，由配油盘、缸盖和膜片组成，缸盖与配油盘上各有一凹型曲面，膜片被夹紧于缸盖与配油盘中间，缸盖与膜片夹紧后形成的空间叫气腔，与配油盘形成的空间叫油腔。膜片在气腔与油腔作往复振动[1]，相当于活塞。气腔缸盖顶部有进气和排气阀孔，通过进气管道上的逆止阀保障进气孔只进不出，电机通过皮带带动飞轮，驱动曲轴连杆机构带动活塞运行，压缩油缸内的油将压力传递给膜片，进而传递给需要升压的气体，完成压缩机的吸、排气过程。在加压过程一部分油缸中油液会通过活塞环与缸壁及环槽的间隙泄漏返回到油箱中，造成一定油压损失，为了弥补这个缺点，排净压缩气体，在结构上设计了补偿油泵，补偿油泵在活塞吸气时将略高于泄漏量的油注入油缸，排尽气体后多余的油通过控制油压的调压阀（或随动阀）流回到油箱中。由于膜片在工作中必须保持清洁，不允许有压坑、划痕、腐蚀和杂质，因此通常用于高纯气体的升压。

膜压机上排气压力控制、调节排油压力的装置，设计上有两种形式，压力可调型和压力固定型，氮气膜压机一般采用压力固定型，称为随动阀；含氢废气膜压机采用压力调节型，称为调压阀。调压阀是利用弹簧的弹力控制油缸的油压，拧动调节螺钉即可调节压力，达到目标值后通过锁母锁死调节螺钉。设计上油缸油压要高于排气压力才能保证气体正常升压，随着机器运行，需要定期检查，压力不满足要求要手动调节调压阀；随动阀相比调压阀操作简单，不用手动调节，出厂时已设定好，运行可靠，有效防止人为误操作，随动阀工作机理是利用平衡时排油压力等于排气压力与膜片变形压力之和，停机时膜片向下变形使油路关闭，当启机后，活塞动作使得油压大于气压加变形力时，膜片向上变形，使气体升压，放油回路打开，油量释放，缸体油压降低，膜片逐渐恢复向下变形，直至油路完全关闭，三个力达到新的平衡，保证油压略高于气压。膜压机还配置了相应的压力、温度等监控仪表，全程由PLC 控制，操作简单，运行稳定安全。

在实际工作中，任何机械设备都会一些出小问题的，基于膜压机的设计结构，在调试运行中也出现了一些故障和不足，根据现场工作经验，膜压机故障有以下三个方面：

1 膜片安装不当导致膜片损坏

膜片是膜压机最关键的设备，也是极其敏感的设备。压缩缸体和随动阀都安装有膜片，材料一般为不锈钢金属材质，膜片是由气侧膜片、中间膜片和油侧膜片组合成的，随动阀属于成套设备，到达电站后，不会拆检，在现场和厂家安装过程中，要使用特定的工器具来安装拆卸，过程中膜片和气腔曲面易损坏造成漏气，不能使用蛮力敲打。三张膜片容易区分，无定位孔是气侧膜片，两定位孔中间有一个小孔的是油侧膜片，两定位孔中间有一道气槽是中间膜片。小孔和气槽可以将油侧膜片和气侧膜片破裂后的介质压力信号传递到控制柜，当压力高于停机值时，从而触发停机，并在报警画面上显示相应报警信息。发生停机后，在问题没有处理好不允许继续运行，更换膜片时检查气腔曲面是否清洁，配油盘上小孔是否堵塞。配油盘的两定位销可以套在膜片的定位孔，膜片安装顺序是油、中、气。

2 升压慢、振动噪音大

膜压机升压慢、振动噪音大有以下5 个原因：

2.1 油缸内有气体

膜压机在正常运行时，油缸活塞与膜片之间的油腔全是润滑油，当存在气体时，因为气体能够被压缩，在膜压机运行时，气体的存在导致膜片的动作行程缩短，降低膜压机的气体升压速率。气体主要来自于两个方面，一个是因为润滑油箱油位低于最低液位刻度，补偿油泵在吸油时也将油表面上含气油液吸入；其二是当油箱润滑油加的过多，连杆或者配重击打油面，使空气进入油内，经补偿油泵进入缸内。因此在加润滑油和平时巡检中要格外关注油位，保持在正常刻度范围内中间偏上的位置，这样不仅有利于为油缸提供油压，还有利于膜压机内各摩擦表面的润滑。当油缸内存在气体时，也可以通过打开油压表下面的放油阀来放掉气体，具体做法是启动压缩机，当看到左、右缸油压表回油塑料管（油压表下）中的油均匀流出，气泡消失后，说明气体已排出，此刻关闭放油阀。

2.2 膜片失效

随动阀的膜片是金属材质，长时间动作，会造成一定的磨损，造成膜片弹性降低、油路密封性差，弹性降低会使得膜片变形压力降低，这样油压和气压相近，压缩气体效率降低，长时间不升压，膜压机振动大。油路密封性差，则造成油压损失，同样降低压缩效率[2]。因此正常使用时，膜片的表面必须保持清洁，不允许有压坑、划痕、腐蚀和杂质，尤其是在膜压机安装好后，要对相关管路进行吹扫，安装时房间内清洁度要符合要求，定期更换润滑油，避免油对膜片的损害。

2.3 补偿油泵失效

膜压机有两个油回路，一个是润滑油回路，靠电机带动齿轮油泵来提供压头，保证机器内各部件的润滑，压力小，只有0．2-0．4Mpa，压力太低会触发停机，一路是油缸油压保障回路，当补偿油泵供油量不足，会使压缩机效率降低，气体压力长时间不上升，由于补偿油泵不易拆卸，因此检查时，可以先外表观察一下，补偿油泵为柱塞泵，动作时有强烈的振动感，像脉冲一样，触摸补偿油泵的出口油管，感觉一下振动，然后可开拆开出口油管接头，看看出油是否正常，最简单的方法是用手指去堵一下，正常是堵不住的，检查后没问题，再检查补偿油泵上的进、排油阀阀口是否堵塞或严重磨损，有问题则清洗或更换后再检查一下。

2.4 过滤器失效

膜压机对油的品质有很高的要求，在机组长时间运行中，润滑油的品质会逐渐降低，由于是闭式循环，所以要依靠过滤器来过滤到油中的固体杂质，从油箱出来的油会经过齿轮油泵和补偿油泵，在泵的入口和出口会装有过滤器，其中齿轮泵入口过滤器与油箱底部连接，拆检困难，需要将油全部放掉，正常情况是更换润滑油时检查过滤器，如失效堵塞及时更换。

2.5 进气、排气阀漏气或堵塞

由于管道内的杂质导致阀门堵塞可以将阀门拆下进行吹扫，漏气则现象非常明显，原因可能是密封垫圈放置不正，拆下重新装上即可。

3 膜压机无法正常启动

这种情况首先要检查各类报警参数有误异常，在线有没有做好，在线方面主要是补水阀和排气阀有没有打开，由于膜压机采用水冷的形式冷却，所以对水的流量和压力有着非常高的要求，当流量低于报警值时会报警，一定时间后触发停机，而排气阀是因为膜压机启动是空载启动，其次就是补偿油泵是否卡涩，补偿油泵为柱塞泵，长时间停机后，柱塞泵上油渍会造成柱塞卡涩，需要手工除去油渍并施加一个初始力克服卡涩，启机正常运行之后则不会出现这个问题[3]。