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高压煤浆泵隔膜泄漏问题的分析改进

文档作者：张旭亮文档来源：阳泉煤业集团寿阳化工有限责任公司		点击数：	更新时间： 2025年10月03日
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上一篇：工作面排水系统节能控制策略的设计

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高压煤浆泵隔膜泄漏问题的分析改进
张旭亮
(阳泉煤业集团寿阳化工有限责任公司， 山西晋中045000)
摘要：针对一种由德国生产制造的用于水煤浆水冷壁加压气化的高压煤浆泵，分析了其在试生产过程中出现
隔膜泄漏问题的几种形式及泄露原因，提出相应的改进方法并分析其改进效果。
关键词：高压煤浆泵隔膜泄漏分析改进
总第194期 机械管理开发 Total 194
2019 年第6 期________________MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT___________________ No.6,2019
机械分析与设计 D01:10.16525/j.cnki.cnl4-1134/th.2019.06.030
中图分类号:TQ254.3 文献标识码:A
引言
水煤浆水冷壁加压气化工艺是目前煤化工的重
要发展方向之一，高压煤浆杲作为核心设备直接影
响气化装置的长周期稳定运行。在某煤化工企业气
化车间中，高压煤浆泵将煤浆贮槽中的煤浆加压输
送至工作压力为4.5 MPa的气化炉内，通过烧嘴与
氧气混合燃烧，进行不完全反应生成和C0。两套
气化装置各设计配套一台高压煤浆栗。在开车试生
产阶段，该设备出现隔膜泄漏故障。本文着重提出该
杲隔膜出现泄漏的几种形式,并进行分析及改进。
1 高压煤浆泵的结构原理
高压煤浆泵为三缸单作用柱塞隔膜泵，它的结
构由驱动端和液压端组成。液压端主要由活塞杆、活
塞、填料函、缸套、支撑孔板、自动补液排（液）气装
置、隔膜、隔膜室、人口出口单向阀、吸液排液脉动缓
冲器等组成。驱动端由十字头、连杆、曲轴、减速器、
独立悬臂变频电机、减速器、润滑系统、控制系统等
部分组成。每个隔膜室对应一组人口单向球阀和一
组出口单向球阀,ABB变频器控制电机、电机驱动
减速器、曲轴，曲轴旋转使三个活塞呈正弦交替往复
运动，活塞推动液压油，液压油推动隔膜，隔膜吸入、
排出煤浆介质，实现连续平稳输送。
2 隔膜泄露问题的分析与改进
高压煤桨泵作为柱塞隔膜泵的一种，它的优点
是泵的传动液压油与输送介质互不接触，实现软输
送。其中隔离液压油和煤浆介质的双层隔膜是保证
该类设备稳定运行的关键。该泵隔膜在气化装置试
生产过程中发生了隔膜破裂、液压油泄漏、煤浆污染
液压油等问题。
2 . 1 隔膜从液压油侧破裂
该栗隔膜为双层复合橡胶黏结膜, 侧部装有泄
收稿日期：20 19-0 3-0 8
作者简介：张旭亮（1978— ),男，专科，毕业于中北大学机电专
业，现任阳泉煤业集团寿阳化工有限责任公司气化中心副主
任，机电助理工程师，研究方向为机械、电气技术。
文章编号：10 0 3 - 7 7 3X( 2019 )06-0068-02
漏检测铜嘴(5011 )，当双层隔膜有一层破裂，液压油
或煤浆介质即通过检测铜嘴进人隔膜腔上固定的隔
膜泄漏指示器(66),压力表指示泄漏压力，下部压敏
电阻传递压力信号就会远传报警。隔膜中心固定有
补油推杆，隔膜每往复动作一个行程， 一个作用是将
输送介质煤浆吸入、排出，第二个作用是隔膜中心的
补油推杆随隔膜前后运动，拨动补油装置(68)进行
自动补油、排气(油）。出厂原装随机隔膜结构见图1，
隔膜室侧视剖面图。
图1 隔膜室侧视剖面图
补油推杆(618)、压板(622)、双层隔膜(501)、六
角螺帽(5012 )，组成隔膜组，结合部位涂抹液体胶丝
扣紧固。隔膜组左侧为液压油(液压油侧）,右侧为输
送介质煤浆(煤浆侧）。
该泵试生产阶段隔膜泄漏报警，停机开启隔膜
室查找隔膜报警原因，发现隔膜均在液压油侧压板
(622)和六角螺帽(5012)周边破裂，裂口呈弧形，液
压油侧破裂长度约20 ~ 30 mm, 煤浆侧长度约10
mm，裂缝由液压油侧向煤浆侧扩展延伸3 该栗更换
随机隔膜备件后投料运行，在使用30 d 左右，其中一
台泵隔膜又出现同样问题。
从液压油侧开始的隔膜破裂的形式分析：一是
双层隔膜中心压板周围受力比较集中，煤浆栗工作
时单个活塞、液压油、隔膜作同步往复运动，双层橡
胶材质的隔膜在吸人介质、排出介质的行程中，尤其
是排出行程，隔膜受力集中在刚性压板周围，两层隔
膜厚度相同，同时发生形变，高压煤浆泵5.4 MPa左
右的液压油驱动压力，使油侧隔膜先开始破损进而
2019年第6 期张旭亮：高压煤浆泵隔膜泄漏问题的分析改进• 69 •
延伸到煤浆侧;二是该泵设计结构所限，煤浆侧隔膜
在极限位置无支撑，煤浆侧隔膜稍显薄弱，无法减轻
油侧隔膜的受力形变。针对这一情况，对隔膜结构
(如图2 )提出加强加厚的改进措施：
图2 隔膜室俯视剖面图
1) 将六角螺帽(5012)改为扁圆顶结构(5012-1)，
煤浆侧隔膜完全包裹住螺帽，隔膜(501-1)中心加
厚。使煤浆泵工作排液时，液压油侧隔膜中心受力有
效依托于煤浆侧隔膜上，双层隔膜组成抗力结构。
2 ) 煤浆侧隔膜橡胶从中心特别加厚开始，加厚
层弧形过渡延伸，其他部位加厚至少2 mm以上，提
高承受油侧中心推力的能力。煤浆侧隔膜的结构调
整，将隔膜压板周围的局部受力分散到加厚的煤浆
侧隔膜上，可有效减少双层隔膜的受力形变，使双层
隔膜完全能够承受5.4 MPa工作压力下的使用要求。
2 . 2 隔膜从煤浆侧破裂
该泵还出现过隔膜从煤浆侧受损破裂的四种
情况：
1) 煤浆进料管线有块状煤浆，多集中在吸液脉
动缓冲器底部，块状煤浆阻碍煤浆进人隔膜室，使
泵的进液量不足，泵就在有气穴的状态下运行。这
样除栗达不到其性能外，还会在吸液行程隔膜煤浆
侧过度拉伸，隔膜受损破裂。在检修打开隔膜吸液
脉动缓冲器时，发现底部沉积硬块煤浆较多，过流
面积减小，块状煤浆极易卡在进液管线。采取措施：
每次停泵时冲洗煤浆管线，开启吸液脉动缓冲器清
理沉积物。
2 ) 由于原料煤中有铁丝等条状异物，该部分异
物经过磨机钢棒、泵入口球阀挤压击打，异常锋利，
混入煤浆中划破煤浆侧隔膜。采取措施:原料煤上游
除铁器在上煤时必须正常工作，并及时清理除铁器
和筛网异物。
3 ) 在煤浆贮槽有螺栓等异物进入煤浆泵吸液
球阀或排液球阀，阻碍阀门正常关闭。如排液球阀
被卡住，在吸液冲程中的隔膜，不仅是吸人压力，整
个系统的压力也都会施加在隔膜腔内，每一次隔膜
向液压油侧运动就会被完全压入隔膜支撑内，造成
隔膜损坏加剧。采取措施:煤浆槽及搅拌器螺栓等
必须进行紧固并点焊;检修时彻底清理煤浆槽及煤
浆泵进出口球阀;煤浆贮槽及管线严格封闭防止外
物进入。
4 )吸液、排液脉动缓冲器充压不正确或煤浆堵
塞,系统压力得不到缓冲，损伤隔膜。采取措施:吸液
脉动缓冲器隔膜充压必须在进液贮槽高差压力的
1/2 ,排液脉动缓冲器隔膜充压必须在气化系统工作
压力的1/2 ;每次检修清理排液脉动缓冲器隔膜下的
固化煤浆，保持排液脉动缓冲器正常工作，缓解系统
压力波动对高压煤浆泵双层出口隔膜的冲击。
2 . 3 液压油泄漏及煤浆污染液压油
该泵还出现过液压油泄漏污染、油平衡破坏故
障。停机检修拆检发现，隔膜侧部与隔膜室缸壁之间
有煤浆沉积。由于隔膜伸缩往复运动，中心形变最
大，隔膜中心至隔膜边部逐步递减，中心对隔膜边部
产生的是向心拉力。造成隔膜侧部与隔膜腔缸壁之
间有轻微空隙，从而液态煤浆能缓慢渗入隔膜侧部，
来回挤压形成片状固态物，这时隔膜侧部就不能够
贴紧隔膜腔缸壁，密封失效。液压油一支撑孔板边沿
( 图2:470) —a 区（图2 )— 隔膜侧部一煤楽侧，形成
液压油泄漏通道。排液行程:液压油进人输送介质煤
浆中，产生流失，油平衡破坏。吸液行程:煤浆亦可进
入液压油，污染液压油,磨损液压端的活塞缸、活塞
填料。
两步改进措施如下：
1)第一步油侧隔膜支撑孔板背部加工矩形截面
环状沟槽(见图3),加硬度60HV 丁晴橡胶0 型密
封圈密封（图2:456),阻断液压油进人a 区的泄漏
通道。第一步实施后阻断了液压油泄漏通道，但仍会
有煤浆沉积在隔膜侧部，煤浆进入到a 区。
图3 矩形截面环状沟槽
2 )第二步改进煤浆侧隔膜边部结构，隔膜(501 - 1)
增加弧形卷边（见第7 2 页图4 ,隔膜5 0 1 - 2二次改
进图）,使煤浆侧隔膜在缸盖（图1:503)与支撑孔板
(470)的挤压下完全贴紧隔膜腔缸壁，阻止煤浆进入
a 区。
3 改进效果
高压煤浆泵隔膜故障发生在试生产阶段，发现
问题必须先保障生产，之后改进，分步更换。该栗使
用加强加厚隔膜后，隔膜破裂问题得到解决，从
2 0 1 7年初至今再未出现隔膜破裂的（下转第7 2 页）
• 72 • 机械管理开发
jxglkfhjb@ 126.com 第34卷
致。直接转矩控制异步电机运转，保证了皮带运输
机运行的稳定性，保持电机间功率的平衡性，实现无
极调速。
4 结论
1) 矿井皮带输送机常见的液力偶合器或者液体
黏性传动装置控制系统存在工作效率低、电机速度
同步难、寿命短、成本高昂等缺点，因此采用直接转
矩控制皮带异步电机工作。
2 ) 通过理论分析和仿真模拟研究表明，采用直
接控制转矩的方式可优化控制系统，能够提高电机
工作的平衡性，实现无极调速，优化后的控制系统运
行效率高，静态性能好。
参考文献
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与仿真[J].电机与控制学报,2007,11 ( 3) : 221 -226.
(编辑：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 页）
图4 隔膜5 0 1 - 2 二次改进图
情况。加装支撑孔板密封0 型圈，使用二次改进隔
膜后，在历次检修时拆检发现煤浆被阻断在a 区，而
且液压油未泄漏、未污染,油量保持平衡。在采取其
他辅助措施后，该泵在综合作用下，双层隔膜使用寿
命整体提高到了 300 d 以上。
3 结语
在煤化工使用的气化高压煤浆泵中，绝大多数
是由德国某公司生产制造的高压煤浆泵，是第一次
被用在气化装置中用于输送煤桨介质。对该设备隔
膜在进行了一系列改进后，解决了开车阶段出现的
各类问题，充分发挥出了该泵输送流量压力稳定连
续的优点,运行平稳可靠，完全可以满足高温高压气
化装置的使用要求。
(编辑:赵琳琳)
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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