CN110671313A - 一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统及其检测方法，该系统包括压力采集模块、数据存储模块、分析判断模块、控制模块、显示模块和告警模块等多个功能模块，通过直接在活塞隔膜泵的隔膜室、进料管道和出料管道内设置压力变送器，利用该系统的功能模块对压力信号进行自动采集、分析和处理，快速准确确定故障点位并关闭活塞隔膜泵，发出故障告警和检修提示，极大地提高了单向阀故障检测的及时性和准确性，有利于快速及时进行故障检修作业，使浆体物料管道输送的停机时间尽量最小，从而提高了管道输送浆的效率。

Description

一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及故障检测领域，特别是涉及一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统及其检测方法。

背景技术

浆体的管道运输是一种通过管道将液体或液固混合的浆料进行输送的运输方式。该管道运输方式能够高效、可靠地输送浓度各异的浆料、流体。它具有场地适应性强、不污染环境、能够连续作业、受外界干扰小等优点，因此广泛应用工业中远距离浆体物料的输送。

随着我过经济的持续增长，国内矿山、有色、化工、输调水等领域不断发展壮大，用于矿浆输送、冶金尾矿、氧化铝输送和大型输调水工程等方面的活塞隔膜泵也得到了大量的应用。隔膜泵作为管道输送固液两相介质输送的理想设备，是在往复式活塞泵的基础上，增加隔膜室演变而来，实现了输送介质与活塞的隔离，它综合了活塞泵压力高、坚固耐用、结构简单的优点，并突出了自身的自动化程度、连续运转等技术。例如，云南大红山管道公司主要输送介质为大红山磁铁矿，通过管道一次性输送到昆钢本部，管道全长330公里，其中A线全长69公里，B线全长70公里，C线全长101公里，D线全长18公里，E线全长72公里，全程共设有五个加压泵站(19台GEHO正排量活塞隔膜泵)、七个压力检测站、三个终端脱水站和一个矿浆分流站。

实际应用中，由于多种原因导致单向阀经常出现卡死、击穿等现象。目前在隔膜泵市场，无论是进口产品还是国产设备，对于单向阀故障的检测系统，绝大多数都是采用对隔膜腔内推进液油压的检测来实现，该系统由于监测的部位及介质不够直接，容易出现误判，比如说推进液系统故障、活塞密封损坏、漏油等都会出现推进液油压的波动。因此，无法准确地分析出是哪个单向阀出现了卡死、击穿等故障，不能及时停机对单向阀进行检修更换，给设备本身和工艺系统带来较大危害，也影响了管道输送浆体的效率。

发明内容

本发明的目的在于；针对现有技术的缺点和不足，提出一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统及其检测方法，进一步提高了单向阀故障检测的及时性和精准性，缩短了故障检修维护的时间，增大了管道输送浆体的利用率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统，包括压力采集模块、数据存储模块、分析判断模块、控制模块、显示模块、告警模块；

所述压力采集模块用于读取隔膜室内的第一压力值、进料管道内的第二压力值(即为进料压力值)、出料管道内的第三压力值(即为出料压力值)；

所述数据存储模块用于存储所述压力采集模块采集到的压力值；

所述分析判断模块用于判断第一压力值的曲线变化情况，以及将第一压力值与第二压力值、第三压力值进行对比分析；

所述控制模块用于控制活塞隔膜泵电源开关的连通或断开；

所述显示模块用于动态显示第一压力值、第二压力值、第三压力值及其变化曲线，显示入口单向阀、出口单向阀的运行状态及告警信息；

所述告警模块用于一旦入口单向阀或/和出口单向阀发生故障，进行声音告警和闪烁显示告警。

上述方案中，该系统包括压力采集模块、数据存储模块、分析判断模块、控制模块、显示模块和告警模块等多个功能模块，通过直接在活塞隔膜泵的隔膜室、进料管道和出料管道内设置压力变送器，利用该系统的功能模块对压力信号进行自动采集、分析和处理，快速准确确定故障点位并关闭活塞隔膜泵，发出故障告警和检修提示，极大地提高了单向阀故障检测的及时性和准确性，有利于快速及时进行故障检修作业，使浆体物料管道输送的停机时间尽量最小，从而提高了管道输送浆的效率。

进一步地，所述第一压力值、第二压力值、第三压力值分别由设置在隔膜室内的第一压力变送器、设置在进料管道内第二压力变送器、设置在出料管道内的第三压力变送器检测得到。

安装于计算机的活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统通过网络连接上述压力变送器，压力采集模块实时读取采集第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器测量的压力值。

进一步地，所述第一压力值在入口单向阀和出口单向阀完好的情况下呈周期性高低变化，第一压力值在进料阶段最低、在出料阶段最高；或者所述第一压力值在入口单向阀或/和出口单向阀击穿或卡死的情况下为一个恒定值。

上述，当单向阀出现故障时，主要存在如下异常现象：

一、出口单向阀击穿：在管道出口压力的作用下，浆体均通过出口单向阀的击穿泄露点返回隔膜室，这时隔膜室内的压力高于正常的入口压力，无论活塞向前还是向后运动，在出口压力的作用下入口单向阀不会被打开，该隔膜室内压力都显示为出口压力；出口单向阀卡死，等同于隔膜室与出口管道导通，无论活塞向前还是向后运动，在出口压力的作用下入口单向阀不会被打开，该隔膜室内压力同样显示为出口压力。

二、入口单向阀击穿：无论活塞向前还是向后运动，隔膜室的浆体会通过入口单向阀的击穿泄露点返回进口管道，在出口管道高压作用下，出口单向阀不会被打开，该隔膜室内压力近似或等于入口压力。入口单向阀卡死，等同于隔膜室与入口管道导通，浆体会通过入口单向阀的卡死泄露点返回进口管道，在出口管道高压作用下出口单向阀不会被打开，该隔膜室内压力等于入口压力。

上述分析可知：当单向阀完好、未受损时，入口管道及出口管道压力为一个恒定值，隔膜室内压力在进料阶段最低，出料阶段最高，压力呈现周期性高低变化。

当出口单向阀卡死或击穿时在管道出口压力的作用下，无论活塞向前还是向后运动，入口单向阀均不动作，此时隔膜室内压力为一个恒定值，该压力值远大于入口压力值，接近或等于出口压力值。

当入口单向阀卡死或击穿时，无论活塞向前还是向后运动，出口单向阀均不动作，该隔膜室的浆体通过其他两个隔膜室进入出口管道(一般采用的是三缸活塞隔膜泵)，此时该隔膜室内压力为一个恒定值，该压力值接近或等于入口压力值。

进一步地，所述第二压力值为0.8～1.2Mpa，所述第三压力值为18～22Mpa。

进一步地，所述第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器的测量范围均为0～35Mpa。

上述实现中，管线主泵正常运行时入口压力约为1Mpa，出口压力约为20Mpa，主泵最高设计压力为：24.4Mpa，压力变送器选择0-35Mpa为宜。

为实现本发明的发明创造目的，本方案还提供了一种基于上述活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统实施的检测方法，包括如下步骤：

S1：压力采集模块采集得到第一压力值、第二压力值和第三压力值，设定第一压力值、第二压力值和第三压力值分别表示为P₁、P₂和P₃；

S2：分析判断模块判断P₁是否呈周期性高低变化，如果P₁呈周期性高低变化，则系统不作故障处理，否则系统进行故障处理。

进一步地，步骤S2中所述系统进行故障处理的流程如下：

S2.1：分析判断模块将P₁与P₂进行对比分析，如果P₁的范围为P₂-1～P₂+1Mpa，则判断入口单向阀卡死或击穿，否则执行步骤S2.5；

S2.2：步骤S2.1中入口单向阀卡死或击穿时，所述控制模块断开活塞隔膜泵电源开关；所述显示模块显示入口单向阀故障及告警闪烁信息，提示工作人员进行及时检修；所述告警模块发出入口单向阀故障的告警声音及向显示模块发出进行闪烁显示告警的指令；

S2.3：分析判断模块将P₁与P₃进行对比分析，如果P₁的范围为P₃-2～P₃+2Mpa，则判断出口单向阀卡死或击穿，否则所述控制模块直接断开活塞隔膜泵电源开关，由所述告警模块发出其它非正常运行故障的声音及闪烁显示告警；

S2.4：步骤S2.3中出口单向阀卡死或击穿时，所述控制模块断开活塞隔膜泵电源开关；所述显示模块显示出口单向阀故障及告警闪烁信息，提示工作人员进行及时检修；所述告警模块发出出口单向阀故障的告警声音及向显示模块发出进行闪烁显示告警的指令。

上述检测方法中，当入口单向阀卡死或击穿时，其隔膜室内压力(即第一压力值P₁)为一个恒定值，该P₁值接近或等于入口压力值(即第二压力值P₂)，这里的P₁接近或等于P₂，因此，我们在方案中将P₁落入P₂附近即判断入口单向阀卡死或击穿，P₂附近指的范围为P₂-1～P₂+1Mpa；当出口单向阀卡死或击穿时，其隔膜室内压力(即第一压力值P₁)为一个恒定值，该P₁值接近或等于出口压力值(即第三压力值P₃)，这里的P₁接近或等于P₃，因此，我们在方案中将P₁落入P₃附近即判断出口单向阀卡死或击穿，P₃附近指的范围为P₃-2～P₃+2Mpa。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

通过直接在活塞隔膜泵的隔膜室、进料管道和出料管道内设置压力变送器，利用单向阀故障自动检测系统对压力信号进行自动采集、分析和处理，快速准确确定故障点位并关闭活塞隔膜泵，发出故障告警和检修提示，提高了单向阀故障检测的及时性和精准性，缩短了故障检修维护的时间，增大了管道输送浆体的利用率。

附图说明

图1为一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统的结构示意图；

图2为本发明活塞隔膜泵单的结构示意图；

图3为本发明第一压力值的变化曲线示意图；

图4为本发明第二压力值的变化线性示意图；

图5为本发明第三压力值的变化线性示意图。

图中标记：1-入口单向阀，2-出口单向阀，3-第一压力变送器，4-第二压力变送器，5-第三压力变送器，6-隔膜室，7-主泵活塞结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1、图2所示，一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统，包括压力采集模块、数据存储模块、分析判断模块、控制模块、显示模块、告警模块；

所述压力采集模块用于读取隔膜室6内的第一压力值、进料管道内的第二压力值(即为进料压力值)、出料管道内的第三压力值(即为出料压力值)；

所述数据存储模块用于存储所述压力采集模块采集到的压力值；

所述分析判断模块用于判断第一压力值的曲线变化情况，以及将第一压力值与第二压力值、第三压力值进行对比分析；

所述控制模块用于控制活塞隔膜泵电源开关的连通或断开；

所述显示模块用于动态显示第一压力值、第二压力值、第三压力值及其变化曲线，显示入口单向阀1、出口单向阀2的运行状态及告警信息；

所述告警模块用于一旦入口单向阀1或/和出口单向阀2发生故障，进行声音告警和闪烁显示告警。

上述方案中，该系统包括压力采集模块、数据存储模块、分析判断模块、控制模块、显示模块和告警模块等多个功能模块，通过直接在活塞隔膜泵的隔膜室6、进料管道和出料管道内设置压力变送器，利用该系统的功能模块对压力信号进行自动采集、分析和处理，快速准确确定故障点位并关闭活塞隔膜泵，发出故障告警和检修提示，极大地提高了单向阀故障检测的及时性和准确性，有利于快速及时进行故障检修作业，使浆体物料管道输送的停机时间尽量最小，从而提高了管道输送浆的效率。

进一步地，所述第一压力值、第二压力值、第三压力值分别由设置在隔膜室6内的第一压力变送器3、设置在进料管道内第二压力变送器4、设置在出料管道内的第三压力变送器5检测得到。

安装于计算机的活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统通过网络连接上述压力变送器，压力采集模块实时读取采集第一压力变送器3、第二压力变送器4、第三压力变送器5测量的压力值。

进一步地，所述第一压力值在入口单向阀1和出口单向阀2完好的情况下呈周期性高低变化，第一压力值在进料阶段最低、在出料阶段最高；或者所述第一压力值在入口单向阀1或/和出口单向阀2击穿或卡死的情况下为一个恒定值。

上述，当单向阀出现故障时，主要存在如下异常现象：

一、出口单向阀2击穿：在管道出口压力的作用下，浆体均通过出口单向阀2的击穿泄露点返回隔膜室6，这时隔膜室6内的压力高于正常的入口压力，无论活塞向前还是向后运动，在出口压力的作用下入口单向阀1不会被打开，该隔膜室6内压力都显示为出口压力；出口单向阀2卡死，等同于隔膜室6与出口管道导通，无论活塞向前还是向后运动，在出口压力的作用下入口单向阀1不会被打开，该隔膜室6内压力同样显示为出口压力。

二、入口单向阀1击穿：无论活塞向前还是向后运动，隔膜室6的浆体会通过入口单向阀1的击穿泄露点返回进口管道，在出口管道高压作用下，出口单向阀2不会被打开，该隔膜室6内压力近似或等于入口压力。入口单向阀1卡死，等同于隔膜室6与入口管道导通，浆体会通过入口单向阀1的卡死泄露点返回进口管道，在出口管道高压作用下出口单向阀2不会被打开，该隔膜室6内压力等于入口压力。

上述分析可知：当单向阀完好、未受损时，入口管道及出口管道压力为一个恒定值，隔膜室6内压力在进料阶段最低，出料阶段最高，压力呈现周期性高低变化。

当出口单向阀2卡死或击穿时在管道出口压力的作用下，无论活塞向前还是向后运动，入口单向阀1均不动作，此时隔膜室6内压力为一个恒定值，该压力值远大于入口压力值，接近或等于出口压力值。

当入口单向阀1卡死或击穿时，无论活塞向前还是向后运动，出口单向阀2均不动作，该隔膜室6的浆体通过其他两个隔膜室6进入出口管道(一般采用的是三缸活塞隔膜泵)，此时该隔膜室6内压力为一个恒定值，该压力值接近或等于入口压力值。

进一步地，所述第二压力值为0.8～1.2Mpa，所述第三压力值为18～22Mpa。

进一步地，所述第一压力变送器3、第二压力变送器4、第三压力变送器5的测量范围均为0～35Mpa。

上述实现中，管线主泵正常运行时入口压力约为1Mpa，出口压力约为20Mpa，主泵最高设计压力为：24.4Mpa，压力变送器选择0-35Mpa为宜。

实施例2

如图3、图4所示，在实施例1的基础上，本方案还提供了一种基于上述活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统实施的检测方法，包括如下步骤：

S1：压力采集模块采集得到第一压力值、第二压力值和第三压力值，设定第一压力值、第二压力值和第三压力值分别表示为P₁、P₂和P₃；

S2：分析判断模块判断P₁是否呈周期性高低变化，如果P₁呈周期性高低变化，则系统不作故障处理，否则系统进行故障处理。

进一步地，步骤S2中所述系统进行故障处理的流程如下：

S2.1：分析判断模块将P₁与P₂进行对比分析，如果P₁的范围为P₂-1～P₂+1Mpa，则判断入口单向阀1卡死或击穿，否则执行步骤S2.5；

S2.2：步骤S2.1中入口单向阀1卡死或击穿时，所述控制模块断开活塞隔膜泵电源开关；所述显示模块显示入口单向阀1故障及告警闪烁信息，提示工作人员进行及时检修；所述告警模块发出入口单向阀1故障的告警声音及向显示模块发出进行闪烁显示告警的指令；

S2.3：分析判断模块将P₁与P₃进行对比分析，如果P₁的范围为P₃-2～P₃+2Mpa，则判断出口单向阀2卡死或击穿，否则所述控制模块直接断开活塞隔膜泵电源开关，由所述告警模块发出其它非正常运行故障的声音及闪烁显示告警；

S2.4：步骤S2.3中出口单向阀2卡死或击穿时，所述控制模块断开活塞隔膜泵电源开关；所述显示模块显示出口单向阀2故障及告警闪烁信息，提示工作人员进行及时检修；所述告警模块发出出口单向阀2故障的告警声音及向显示模块发出进行闪烁显示告警的指令。

上述检测方法中，当入口单向阀1卡死或击穿时，其隔膜室6内压力(即第一压力值P1)为一个恒定值，该P1值接近或等于入口压力值(即第二压力值P2)，这里的P1接近或等于P2，因此，我们在方案中将P1落入P2附近即判断入口单向阀1卡死或击穿，P2附近指的范围为P2-1～P2+1Mpa；当出口单向阀2卡死或击穿时，其隔膜室6内压力(即第一压力值P1)为一个恒定值，该P1值接近或等于出口压力值(即第三压力值P3)，这里的P1接近或等于P3，因此，我们在方案中将P1落入P3附近即判断出口单向阀2卡死或击穿，P3附近指的范围为P3-2～P3+2Mpa。

上述实施例1和实施例2是以云南大红山管线GEHO三缸主泵为例，电机转动带动减速机转动，从而带动主泵动力端三拐曲轴转动，通过连杆、十字头将旋转运动转为直线运动，带动活塞做往复运动。活塞借助推进液油使隔膜向右运动，在进料浆体压力的作用下，入口单向阀打开，出口单向阀关闭，浆体进入填满隔膜室。当活塞向左运动时，活塞借助推进液油使隔膜向左运动，同时出口单向阀打开，进口单向阀关闭，浆体排出泵外。由于浆体接触不到活塞等运动部件，减少了这些部件的磨损，同时通过推进液灵敏、可靠的自动补排油系统，保证了橡胶隔膜的长寿命，使隔膜泵成为固液两相介质管道化输送的理想设备。

每个隔膜室浆体输送分为两个阶段：出料阶段和进料阶段。每一个进、出料的过程都需要入口单向阀、出口单向阀各动作一次，现用隔膜泵冲程次为51spm，每一个冲次对应一个进、出料过程。可以计算出设备一天时间内入口单向阀、出口单向阀需要动作约72000次，尤其在单向阀闭合的瞬间，单向阀的冲刷破坏力非常大。现用单向阀寿命一般在1200小时左右，在接近单向阀使用寿命前期，阀芯、阀座会受到浆体的冲刷而发生泄漏；如果单向阀制造本身出现问题或者在使用过程中由于浆体中含有大颗粒杂质，导致单向阀卡死、击穿，备件提前更换，增加运行成本。因此，采用本发明的对活塞隔膜泵单向阀可能出现的故障进行实时准确地检测，并及时进行检测维护，尽量减少了浆体管道输送作业停机的时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，皆应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统，其特征在于：包括压力采集模块、数据存储模块、分析判断模块、控制模块、显示模块、告警模块；

所述压力采集模块用于读取隔膜室内的第一压力值、进料管道内的第二压力值、出料管道内的第三压力值；

所述数据存储模块用于存储所述压力采集模块采集到的压力值；

所述分析判断模块用于判断第一压力值的曲线变化情况，以及将第一压力值与第二压力值、第三压力值进行对比分析；

所述控制模块用于控制活塞隔膜泵电源开关的连通或断开；

所述显示模块用于动态显示第一压力值、第二压力值、第三压力值及其变化曲线，显示入口单向阀、出口单向阀的运行状态及告警信息；

所述告警模块用于一旦入口单向阀或/和出口单向阀发生故障，进行声音告警和闪烁显示告警。

2.如权利要求1所述的一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统，其特征在于：所述第一压力值、第二压力值、第三压力值分别由设置在隔膜室内的第一压力变送器、设置在进料管道内第二压力变送器、设置在出料管道内的第三压力变送器检测得到。

3.如权利要求1所述的一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统，其特征在于：所述第一压力值在入口单向阀和出口单向阀完好的情况下呈周期性高低变化，第一压力值在进料阶段最低、在出料阶段最高；或者所述第一压力值在入口单向阀或/和出口单向阀击穿或卡死的情况下为一个恒定值。

4.如权利要求1所述的一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统，其特征在于：所述第二压力值为0.8～1.2Mpa，所述第三压力值为18～22Mpa。

5.如权利要求2所述的一种活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统，其特征在于：所述第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器的测量范围均为0～35Mpa。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的活塞隔膜泵单向阀故障自动检测系统实施的检测方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1：压力采集模块采集得到第一压力值、第二压力值和第三压力值，设定第一压力值、第二压力值和第三压力值分别表示为P₁、P₂和P₃；

S2：分析判断模块判断P₁是否呈周期性高低变化，如果P₁呈周期性高低变化，则系统不作故障处理，否则系统进行故障处理。

7.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于：步骤S2中所述系统进行故障处理的流程如下：

S2.1：分析判断模块将P₁与P₂进行对比分析，如果P₁的范围为P₂-1～P₂+1Mpa，则判断入口单向阀卡死或击穿，否则执行步骤S2.5；

S2.2：步骤S2.1中入口单向阀卡死或击穿时，所述控制模块断开活塞隔膜泵电源开关；所述显示模块显示入口单向阀故障及告警闪烁信息，提示工作人员进行及时检修；所述告警模块发出入口单向阀故障的告警声音及向显示模块发出进行闪烁显示告警的指令；

S2.3：分析判断模块将P₁与P₃进行对比分析，如果P₁的范围为P₃-2～P₃+2Mpa，则判断出口单向阀卡死或击穿，否则所述控制模块直接断开活塞隔膜泵电源开关，由所述告警模块发出其它非正常运行故障的声音及闪烁显示告警；

S2.4：步骤S2.3中出口单向阀卡死或击穿时，所述控制模块断开活塞隔膜泵电源开关；所述显示模块显示出口单向阀故障及告警闪烁信息，提示工作人员进行及时检修；所述告警模块发出出口单向阀故障的告警声音及向显示模块发出进行闪烁显示告警的指令。

Images