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高壓煤漿泵隔膜泄漏問題的分析改進

文檔作者：張旭亮文檔來源：陽泉煤業(yè)集團壽陽化工有限責(zé)任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月03日
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高壓煤漿泵隔膜泄漏問題的分析改進
張旭亮
(陽泉煤業(yè)集團壽陽化工有限責(zé)任公司， 山西晉中045000)
摘要：針對一種由德國生產(chǎn)制造的用于水煤漿水冷壁加壓氣化的高壓煤漿泵，分析了其在試生產(chǎn)過程中出現(xiàn)
隔膜泄漏問題的幾種形式及泄露原因，提出相應(yīng)的改進方法并分析其改進效果。
關(guān)鍵詞：高壓煤漿泵隔膜泄漏分析改進
總第194期 機械管理開發(fā) Total 194
2019 年第6 期________________MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT___________________ No.6,2019
機械分析與設(shè)計 D01:10.16525/j.cnki.cnl4-1134/th.2019.06.030
中圖分類號:TQ254.3 文獻標(biāo)識碼:A
引言
水煤漿水冷壁加壓氣化工藝是目前煤化工的重
要發(fā)展方向之一，高壓煤漿杲作為核心設(shè)備直接影
響氣化裝置的長周期穩(wěn)定運行。在某煤化工企業(yè)氣
化車間中，高壓煤漿泵將煤漿貯槽中的煤漿加壓輸
送至工作壓力為4.5 MPa的氣化爐內(nèi)，通過燒嘴與
氧氣混合燃燒，進行不完全反應(yīng)生成和C0。兩套
氣化裝置各設(shè)計配套一臺高壓煤漿栗。在開車試生
產(chǎn)階段，該設(shè)備出現(xiàn)隔膜泄漏故障。本文著重提出該
杲隔膜出現(xiàn)泄漏的幾種形式,并進行分析及改進。
1 高壓煤漿泵的結(jié)構(gòu)原理
高壓煤漿泵為三缸單作用柱塞隔膜泵，它的結(jié)
構(gòu)由驅(qū)動端和液壓端組成。液壓端主要由活塞桿、活
塞、填料函、缸套、支撐孔板、自動補液排（液）氣裝
置、隔膜、隔膜室、人口出口單向閥、吸液排液脈動緩
沖器等組成。驅(qū)動端由十字頭、連桿、曲軸、減速器、
獨立懸臂變頻電機、減速器、潤滑系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等
部分組成。每個隔膜室對應(yīng)一組人口單向球閥和一
組出口單向球閥,ABB變頻器控制電機、電機驅(qū)動
減速器、曲軸，曲軸旋轉(zhuǎn)使三個活塞呈正弦交替往復(fù)
運動，活塞推動液壓油，液壓油推動隔膜，隔膜吸入、
排出煤漿介質(zhì)，實現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)輸送。
2 隔膜泄露問題的分析與改進
高壓煤槳泵作為柱塞隔膜泵的一種，它的優(yōu)點
是泵的傳動液壓油與輸送介質(zhì)互不接觸，實現(xiàn)軟輸
送。其中隔離液壓油和煤漿介質(zhì)的雙層隔膜是保證
該類設(shè)備穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。該泵隔膜在氣化裝置試
生產(chǎn)過程中發(fā)生了隔膜破裂、液壓油泄漏、煤漿污染
液壓油等問題。
2 . 1 隔膜從液壓油側(cè)破裂
該栗隔膜為雙層復(fù)合橡膠黏結(jié)膜, 側(cè)部裝有泄
收稿日期：20 19-0 3-0 8
作者簡介：張旭亮（1978— ),男，專科，畢業(yè)于中北大學(xué)機電專
業(yè)，現(xiàn)任陽泉煤業(yè)集團壽陽化工有限責(zé)任公司氣化中心副主
任，機電助理工程師，研究方向為機械、電氣技術(shù)。
文章編號：10 0 3 - 7 7 3X( 2019 )06-0068-02
漏檢測銅嘴(5011 )，當(dāng)雙層隔膜有一層破裂，液壓油
或煤漿介質(zhì)即通過檢測銅嘴進人隔膜腔上固定的隔
膜泄漏指示器(66),壓力表指示泄漏壓力，下部壓敏
電阻傳遞壓力信號就會遠(yuǎn)傳報警。隔膜中心固定有
補油推桿，隔膜每往復(fù)動作一個行程， 一個作用是將
輸送介質(zhì)煤漿吸入、排出，第二個作用是隔膜中心的
補油推桿隨隔膜前后運動，撥動補油裝置(68)進行
自動補油、排氣(油）。出廠原裝隨機隔膜結(jié)構(gòu)見圖1，
隔膜室側(cè)視剖面圖。
圖1 隔膜室側(cè)視剖面圖
補油推桿(618)、壓板(622)、雙層隔膜(501)、六
角螺帽(5012 )，組成隔膜組，結(jié)合部位涂抹液體膠絲
扣緊固。隔膜組左側(cè)為液壓油(液壓油側(cè)）,右側(cè)為輸
送介質(zhì)煤漿(煤漿側(cè)）。
該泵試生產(chǎn)階段隔膜泄漏報警，停機開啟隔膜
室查找隔膜報警原因，發(fā)現(xiàn)隔膜均在液壓油側(cè)壓板
(622)和六角螺帽(5012)周邊破裂，裂口呈弧形，液
壓油側(cè)破裂長度約20 ~ 30 mm, 煤漿側(cè)長度約10
mm，裂縫由液壓油側(cè)向煤漿側(cè)擴展延伸3 該栗更換
隨機隔膜備件后投料運行，在使用30 d 左右，其中一
臺泵隔膜又出現(xiàn)同樣問題。
從液壓油側(cè)開始的隔膜破裂的形式分析：一是
雙層隔膜中心壓板周圍受力比較集中，煤漿栗工作
時單個活塞、液壓油、隔膜作同步往復(fù)運動，雙層橡
膠材質(zhì)的隔膜在吸人介質(zhì)、排出介質(zhì)的行程中，尤其
是排出行程，隔膜受力集中在剛性壓板周圍，兩層隔
膜厚度相同，同時發(fā)生形變，高壓煤漿泵5.4 MPa左
右的液壓油驅(qū)動壓力，使油側(cè)隔膜先開始破損進而
2019年第6 期張旭亮：高壓煤漿泵隔膜泄漏問題的分析改進? 69 ?
延伸到煤漿側(cè);二是該泵設(shè)計結(jié)構(gòu)所限，煤漿側(cè)隔膜
在極限位置無支撐，煤漿側(cè)隔膜稍顯薄弱，無法減輕
油側(cè)隔膜的受力形變。針對這一情況，對隔膜結(jié)構(gòu)
(如圖2 )提出加強加厚的改進措施：
圖2 隔膜室俯視剖面圖
1) 將六角螺帽(5012)改為扁圓頂結(jié)構(gòu)(5012-1)，
煤漿側(cè)隔膜完全包裹住螺帽，隔膜(501-1)中心加
厚。使煤漿泵工作排液時，液壓油側(cè)隔膜中心受力有
效依托于煤漿側(cè)隔膜上，雙層隔膜組成抗力結(jié)構(gòu)。
2 ) 煤漿側(cè)隔膜橡膠從中心特別加厚開始，加厚
層弧形過渡延伸，其他部位加厚至少2 mm以上，提
高承受油側(cè)中心推力的能力。煤漿側(cè)隔膜的結(jié)構(gòu)調(diào)
整，將隔膜壓板周圍的局部受力分散到加厚的煤漿
側(cè)隔膜上，可有效減少雙層隔膜的受力形變，使雙層
隔膜完全能夠承受5.4 MPa工作壓力下的使用要求。
2 . 2 隔膜從煤漿側(cè)破裂
該泵還出現(xiàn)過隔膜從煤漿側(cè)受損破裂的四種
情況：
1) 煤漿進料管線有塊狀煤漿，多集中在吸液脈
動緩沖器底部，塊狀煤漿阻礙煤漿進人隔膜室，使
泵的進液量不足，泵就在有氣穴的狀態(tài)下運行。這
樣除栗達不到其性能外，還會在吸液行程隔膜煤漿
側(cè)過度拉伸，隔膜受損破裂。在檢修打開隔膜吸液
脈動緩沖器時，發(fā)現(xiàn)底部沉積硬塊煤漿較多，過流
面積減小，塊狀煤漿極易卡在進液管線。采取措施：
每次停泵時沖洗煤漿管線，開啟吸液脈動緩沖器清
理沉積物。
2 ) 由于原料煤中有鐵絲等條狀異物，該部分異
物經(jīng)過磨機鋼棒、泵入口球閥擠壓擊打，異常鋒利，
混入煤漿中劃破煤漿側(cè)隔膜。采取措施:原料煤上游
除鐵器在上煤時必須正常工作，并及時清理除鐵器
和篩網(wǎng)異物。
3 ) 在煤漿貯槽有螺栓等異物進入煤漿泵吸液
球閥或排液球閥，阻礙閥門正常關(guān)閉。如排液球閥
被卡住，在吸液沖程中的隔膜，不僅是吸人壓力，整
個系統(tǒng)的壓力也都會施加在隔膜腔內(nèi)，每一次隔膜
向液壓油側(cè)運動就會被完全壓入隔膜支撐內(nèi)，造成
隔膜損壞加劇。采取措施:煤漿槽及攪拌器螺栓等
必須進行緊固并點焊;檢修時徹底清理煤漿槽及煤
漿泵進出口球閥;煤漿貯槽及管線嚴(yán)格封閉防止外
物進入。
4 )吸液、排液脈動緩沖器充壓不正確或煤漿堵
塞,系統(tǒng)壓力得不到緩沖，損傷隔膜。采取措施:吸液
脈動緩沖器隔膜充壓必須在進液貯槽高差壓力的
1/2 ,排液脈動緩沖器隔膜充壓必須在氣化系統(tǒng)工作
壓力的1/2 ;每次檢修清理排液脈動緩沖器隔膜下的
固化煤漿，保持排液脈動緩沖器正常工作，緩解系統(tǒng)
壓力波動對高壓煤漿泵雙層出口隔膜的沖擊。
2 . 3 液壓油泄漏及煤漿污染液壓油
該泵還出現(xiàn)過液壓油泄漏污染、油平衡破壞故
障。停機檢修拆檢發(fā)現(xiàn)，隔膜側(cè)部與隔膜室缸壁之間
有煤漿沉積。由于隔膜伸縮往復(fù)運動，中心形變最
大，隔膜中心至隔膜邊部逐步遞減，中心對隔膜邊部
產(chǎn)生的是向心拉力。造成隔膜側(cè)部與隔膜腔缸壁之
間有輕微空隙，從而液態(tài)煤漿能緩慢滲入隔膜側(cè)部，
來回擠壓形成片狀固態(tài)物，這時隔膜側(cè)部就不能夠
貼緊隔膜腔缸壁，密封失效。液壓油一支撐孔板邊沿
( 圖2:470) —a 區(qū)（圖2 )— 隔膜側(cè)部一煤楽側(cè)，形成
液壓油泄漏通道。排液行程:液壓油進人輸送介質(zhì)煤
漿中，產(chǎn)生流失，油平衡破壞。吸液行程:煤漿亦可進
入液壓油，污染液壓油,磨損液壓端的活塞缸、活塞
填料。
兩步改進措施如下：
1)第一步油側(cè)隔膜支撐孔板背部加工矩形截面
環(huán)狀溝槽(見圖3),加硬度60HV 丁晴橡膠0 型密
封圈密封（圖2:456),阻斷液壓油進人a 區(qū)的泄漏
通道。第一步實施后阻斷了液壓油泄漏通道，但仍會
有煤漿沉積在隔膜側(cè)部，煤漿進入到a 區(qū)。
圖3 矩形截面環(huán)狀溝槽
2 )第二步改進煤漿側(cè)隔膜邊部結(jié)構(gòu)，隔膜(501 - 1)
增加弧形卷邊（見第7 2 頁圖4 ,隔膜5 0 1 - 2二次改
進圖）,使煤漿側(cè)隔膜在缸蓋（圖1:503)與支撐孔板
(470)的擠壓下完全貼緊隔膜腔缸壁，阻止煤漿進入
a 區(qū)。
3 改進效果
高壓煤漿泵隔膜故障發(fā)生在試生產(chǎn)階段，發(fā)現(xiàn)
問題必須先保障生產(chǎn)，之后改進，分步更換。該栗使
用加強加厚隔膜后，隔膜破裂問題得到解決，從
2 0 1 7年初至今再未出現(xiàn)隔膜破裂的（下轉(zhuǎn)第7 2 頁）
? 72 ? 機械管理開發(fā)
jxglkfhjb@ 126.com 第34卷
致。直接轉(zhuǎn)矩控制異步電機運轉(zhuǎn)，保證了皮帶運輸
機運行的穩(wěn)定性，保持電機間功率的平衡性，實現(xiàn)無
極調(diào)速。
4 結(jié)論
1) 礦井皮帶輸送機常見的液力偶合器或者液體
黏性傳動裝置控制系統(tǒng)存在工作效率低、電機速度
同步難、壽命短、成本高昂等缺點，因此采用直接轉(zhuǎn)
矩控制皮帶異步電機工作。
2 ) 通過理論分析和仿真模擬研究表明，采用直
接控制轉(zhuǎn)矩的方式可優(yōu)化控制系統(tǒng)，能夠提高電機
工作的平衡性，實現(xiàn)無極調(diào)速，優(yōu)化后的控制系統(tǒng)運
行效率高，靜態(tài)性能好。
參考文獻
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與仿真[J].電機與控制學(xué)報,2007,11 ( 3) : 221 -226.
(編輯：王慧芳）
Theoretical Analysis and Simulation Research on Motor Control
System of Underground Belt Conveyor in Coal Mine
Qu Bo
( Xiigou Coal Mine, Xishan Jinxing Energy Co., Ltd., Xing County Shanxi 033602)
Abstract： In order to solve the problems of low working efficiency, difficult to synchronize with motor speed and short
life of motor hydraulic coupling and liquid viscous transmission control system, the voltage vector controlled by belt
conveyor motor is analyzed. The service life and power balance of motor are analyzed numerically by means of
simulation software to control three-phase current and rotating speed of motor. The theoretical analysis and simulation
results show that the control system with direct control torque can improve the balance of the motor and realize the
non-polar speed regulation.
Key words: belt conveyor; motor; control system; non-polar speed regulation
(上接第6 9 頁）
圖4 隔膜5 0 1 - 2 二次改進圖
情況。加裝支撐孔板密封0 型圈，使用二次改進隔
膜后，在歷次檢修時拆檢發(fā)現(xiàn)煤漿被阻斷在a 區(qū)，而
且液壓油未泄漏、未污染,油量保持平衡。在采取其
他輔助措施后，該泵在綜合作用下，雙層隔膜使用壽
命整體提高到了 300 d 以上。
3 結(jié)語
在煤化工使用的氣化高壓煤漿泵中，絕大多數(shù)
是由德國某公司生產(chǎn)制造的高壓煤漿泵，是第一次
被用在氣化裝置中用于輸送煤槳介質(zhì)。對該設(shè)備隔
膜在進行了一系列改進后，解決了開車階段出現(xiàn)的
各類問題，充分發(fā)揮出了該泵輸送流量壓力穩(wěn)定連
續(xù)的優(yōu)點,運行平穩(wěn)可靠，完全可以滿足高溫高壓氣
化裝置的使用要求。
(編輯:趙琳琳)
Analysis and Improvement of Diaphragm Leakage in High Pressure
Coal Slurry Pump
Zhang Xuliang
( Shouyang Chemical Co., Ltd. Of Yangquan Coal Mine Group, Jinzhong Shanxi 045000)
Abstract： In view of a kind of high pressure coal slurry pump produced by Germany, which is used in the pressurized
gasification process of coal water slurry water wall, several forms and causes of diaphragm leakage in the trial
production process are analyzed. The corresponding improvement method is put forward and its effect is described.
Key words： high pressure coal slurry pump; diaphragm; leakage; analysis and improvement

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