气动隔膜泵的工作特性分析

周永芳,孙 梅

(常德职业技术学院，湖南 常德 415000)

0 引言

本文介绍一种新型输送机械，也是国内目前最新颖的泵类——气动隔膜泵。使用高压空气作为动力源,通过高压空气对泵内隔膜的挤压作用，将压力势能转化为隔膜往复运动的动能。由于其良好的安全特性，工艺介质的广泛性，使其应用环境多样化，使用场合逐渐增多。

1 结构及工作原理

气动隔膜泵的结构一般有泵壳、隔膜、配气阀、连杆、球阀等，如图1所示。膜片的往复变形会引起工作腔容积变化，是一种容积泵，与柱塞泵的工作原理相似。

图1 气动隔膜泵结构图

气动隔膜泵有两个液体腔室与两个气体腔室，按功能也称工作腔与气动腔，呈对称结构。每一个气室和液室之间各装有一块弹性隔膜，2块隔膜片通过联杆相连，使之能同步运动。

隔膜泵的外壳构成一个封闭空间，是泵体的主要运动部件，工艺介质在其中获得动能，主要由隔膜、球阀和连杆组成；配气系统是提供泵体做功的动力源，是将压缩空气的压力势能转化为动能的关键部件，由配气室、配气阀、消声器组成；内部引导阀对配气阀的阀芯轮流加压，推动阀芯运动，并将另一端排空。

介质进口位于泵体底部, 出口位于泵体顶部, 进气口位于泵体中部。高压空气从进气口进入中间腔体，通过配气机构被引入其中一腔。

每个工作腔的进料管和出料管中都安装了单向球阀，膜片做往复运动引起工作腔容积变化，使单向球阀交替开启与关闭，连续不断地吸入和排出物料。

装配隔膜片时，必须安装在连杆两端，用进料管和出料管将两个工作腔相互连接，同时也使物料室被四个止回阀分离隔开。如此设计能够保证机泵在运行时物料仅仅能够在工作腔中运行，而不会进入气体腔中。

气动隔膜泵在工作中有2个冲程。

第1冲程：当气压作用在左侧隔膜背侧时，左隔膜室被压缩，排出管的单向阀受力开启，物料被压缩至液体出口。由于中心连杆的作用，隔膜做同向运动，右侧隔膜被拉向泵中间，右隔膜室产生负压，导致右边工作腔吸料。到达行程终点时，配气机构自动转换气压到相反侧，将压缩空气压入右侧气动腔，推动隔膜向相反方向运动[1]。

第2冲程：右侧隔膜受到高压气体压缩，工艺介质通过单向球阀被压缩至液体出口。同样，左侧工作腔形成真空，介质通过单向球阀被吸入。

以上两个冲程反复交替进行，通过膜片的往复运动完成介质的吸入与排出，实现完整过程。

2 气动隔膜泵的特点

(1)因为用气体作动力，气压大于10 kPa即可工作，由于气源的压力极限，在安全方面，隔膜泵的最大压力将会有所限制。但是，正因如此，流量却可随着背压(出口阻力)变化而主动调节，可用于中高黏度流体。相较于以电机为动力的离心泵，因其工作点以水为基准，要输送黏度较高的流体时，必须配套减速机或变频调速器，使成本提高，但齿轮泵亦是如此。

(2)安全可靠，适用于易燃易爆环境。第一，接地后不产生火花，因为不使用电力，不会有静电以及触电、漏电的可能；第二，工作中不产生热量，机器不会过热；第三，对流体的搅动较小，流体不会过热。并且，在空气压缩时会排出一部分气体，是吸热过程，泵体本身的温度是降低的。

(3)无旋转部件，在处理危害性、腐化性的物料时，隔膜泵可将物料与外界完全隔离，介质不会外露，不会污染环境，不会危害人身安全。

(4)体积小、质量轻、移动性好，占地小且无需地基，安置经济、简便，可用作挪动式物料输送泵。

(5)具有自吸功能，扬程和流量可无级调节，输出压力可通过调整进气压力和流量来实现。

(6)流体输送的类型广泛，能用于从低黏度到高黏度( 10 Pa·s以下)、含颗粒、易挥发、有毒、易燃和腐蚀性等工况。

(7)无需润滑，工作无死点，可以空运行；2个冲程交替进行，能效比高。

(8)通过脉冲的方式运行，当工作完毕或无介质，出口管关闭时，隔膜泵即处于安全停止运行状态，可对其随时开启和闭合，不需要安装旁路系统以及安全阀，操作简单。

泵体的材质一般有不锈钢、塑料、铸铁、铝合金等四种。膜片材料主要有特氟龙、弹性体混合物、丁腈橡胶、氟橡胶、聚醚弹性体等，耐腐蚀性最好的膜片是聚四氟乙烯。球阀的材质主要有不锈钢、聚四氟乙烯、丁腈橡胶等。工作中，需要根据工艺介质的物性特点进行选型。

3 常见故障排除方法

故障1：机泵运转，出口流量小或完全没有介质流出。

处理措施：(1)降低泵的运转速度；(2)检查球阀是否卡涩；(3)检查法兰是否渗漏[2]。

故障2：机泵不工作或循环一次就停止。

处理措施：(1)拆卸清洗或更换空气阀，或使用过滤空气；(2)更换止回阀球、阀座；(3)卸压、清理配液阀；(4)出口管路降压；(5)更换或拆卸消音器；(6)降低泵的运转速度[3]。

故障3：机泵工作不规律。

处理措施：(1)检查、清理、紧固抽吸管路；(2)更换或清理阀球；(3)更换隔膜片。

故障4：出口流体中有气泡。

处理措施：(1)检查膜片是否破损；(2)检查抽吸管路是否松动，法兰是否渗漏，紧固泵体[4]。

故障5：介质流体从空气排放口流出。

处理措施：(1)检查膜片是否破损；(2)检查膜片内外夹板是否完好；(3)检查液体侧的隔板是否松动；(4)更换O型环。

故障6：空气阀结冰。

处理措施：安装空气干燥装置，降低压缩空气的含水量。

故障7：机泵不动作或动作很慢。

处理措施：(1)检查过滤器是否完好无杂质；(2)检查电磁阀，拆卸清理或更换；(3)检查密封零件，如果磨损严重，则必须更换；(4)拆卸或更换消音器；(5)降低泵的运行速度；(6)检查或更换隔膜；(7)清理或更换球阀[5]。

通过以上常见故障排除措施可知，隔膜泵的安装、质量问题对于泵的正常运转影响较大。然而，隔膜泵在连续不间断工作时，膜片的使用寿命较短，需要频繁更换膜片。