一种具有自动保护功能的隔膜泵及其自动保护方法

摘要

本发明提出一种具有自动保护功能的隔膜泵及其自动保护方法，通过设置用于监测隔膜泵中隔膜油腔内油压的第一压力传感器、用于监测隔膜泵中泵送出口管道内浆体压强的第二压力传感器、用于监测隔膜泵中泵送入口管道内浆体压强的第三压力传感器、用于监测隔膜泵中活塞冲次的冲次检测传感器来实时监测隔膜泵的隔膜油压、浆体压力、活塞冲次等参数，并基于所述参数的变化来自动判定隔膜泵的阀室、隔膜、单向阀、活塞缸等易损部件工作是否异常，从而实现了隔膜泵的自我保护功能，提高了隔膜泵各易损部件的最大使用寿命周期，并降低了隔膜泵的维修成本，有效的提高了隔膜泵的工作效率。

说明书

技术领域

本发明涉及隔膜泵技术领域，更具体的涉及一种具有自动保护功能的隔膜泵及其自动保护方法。

背景技术

隔膜泵是上世纪七十年代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，从而创造了一项全新的先进输送技术和设备。具有易损件寿命高、维修简便、连续运转效率高、运行成本低、高效节能环保等诸多新优点和新特点。隔膜泵是传统活塞泵、渣浆泵、离心泵、油隔泵的理想更新换代产品，属于石化、煤化工、氧化铝生产以及高浓度、高磨蚀固液两相介质长距离管道化输送的核心装备，也是其他泵类所无法替代的。但是隔膜泵属于一种高附加值高技术含量的产品，目前世界上只有荷兰等少数几个国家可以制造生产，使得其价格比较昂贵，一旦在使用过程中发生损坏，不但维修成本高、维修周期长，而且会严重的影响整个浆体管道输送系统的生产效率，因此在隔膜泵的运行过程中需要保护其易损部件不受损害，最大限度的提高隔膜泵的使用寿命，而如何实现隔膜泵的自我保护功能、提高其使用寿命一直属于该技术领域的技术难题。

发明内容

本发明基于上述现有技术问题创新的提出一种具有自动保护功能的隔膜泵及其自动保护方法，通过设置若干传感器实时监测隔膜泵的隔膜油压、浆体压力、活塞冲次等参数，并基于所述参数的变化来自动判定隔膜泵的阀室、隔膜、单向阀、活塞缸等易损部件工作是否异常，从而实现了隔膜泵的自我保护功能，提高了隔膜泵各易损部件的最大使用寿命周期，并降低了隔膜泵的维修成本，有效的提高了隔膜泵的工作效率。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种具有自动保护功能的隔膜泵，包括：动力传递机构、活塞杆4、活塞缸5、隔膜油腔6、隔膜10、隔膜室11、出口阀室15、出料单向阀16、泵送出口管道17、入口阀室20、进料单向阀21和泵送入口管道22，所述动力传递机构连接于所述活塞杆4，所述活塞杆4在所述活塞缸5内伸缩移动，所述活塞缸5与所述隔膜油腔6相连通，所述隔膜油腔6内填充有液压油，所述隔膜油腔6与所述隔膜室11通过所述隔膜10相隔离，所述隔膜室11的出料口连接于所述出口阀室15，所述出料单向阀16设置于所述出口阀室15内，所述出口阀室15的出料口连接于所述泵送出口管道17，所述隔膜室11的进料口连接于所述入口阀室20，所述进料单向阀21设置于所述入口阀室20内，所述入口阀室20的进料口连接于所述泵送入口管道22，还包括有控制单元和至少一种下述传感器：用于监测隔膜油腔6内油压的第一压力传感器14、用于监测泵送出口管道17内浆体压强的第二压力传感器19、用于监测泵送入口管道22内浆体压强的第三压力传感器24、用于监测活塞冲次的冲次检测传感器25，所述控制单元连接于所述传感器并基于传感器的监测数据自动保护隔膜泵的运行。

进一步的根据本发明所述的隔膜泵，其中所述第一压力传感器14设置于连通所述隔膜油腔6内部且带有针孔阀13的管路上，所述第一压力传感器14的数据输出端连接于所述控制单元，所述控制单元中设置有自动保护模块，所述自动保护模块中存储有隔膜泵正常工作时隔膜油腔内部的标准工作油压，同时所述自动保护模块具有比较判定功能，通过比较第一压力传感器14监测到的油压数值与所述标准工作油压之间的关系，自动判定所述隔膜泵的运行是否发生异常，并当发生异常时控制隔膜泵自动停机。

进一步的根据本发明所述的隔膜泵，其中所述自动保护模块中存储的标准工作油压为2700-2900kpa，当第一压力传感器14监测到的油压数值小于2700kpa或大于2900kpa时，所述自动保护模块控制隔膜泵自动停机。

进一步的根据本发明所述的隔膜泵，其中在所述泵送出口管道17上安装有第一气体稳定器18，所述第二压力传感器19设置于所述第一气体稳定器18上，并基于第一气体稳定器内的气体压强与泵送出口管道17内的浆体压强间的动态平衡来监测泵送出口管道17内的浆体压强，所述第二压力传感器19的数据输出端连接于所述控制单元，所述控制单元中设置有自动保护模块，所述自动保护模块中存储有隔膜泵正常工作时泵送出口管道17内的标准浆体压强，同时所述自动保护模块具有比较判定功能，通过比较第二压力传感器19监测到的浆体压强数值与所述标准浆体压强之间的关系，自动判定所述隔膜泵的运行是否发生异常，并当发生异常时控制隔膜泵自动停机。

进一步的根据本发明所述的隔膜泵，其中在所述泵送入口管道22上安装有第二气体稳定器23，所述第三压力传感器24设置于所述第二气体稳定器23上，并基于第二气体稳定器内的气体压强与泵送入口管道22内的浆体压强间的动态平衡来监测泵送入口管道22内的浆体压强，所述第三压力传感器24的数据输出端连接于所述控制单元，所述控制单元中设置有自动保护模块，所述自动保护模块中存储有隔膜泵正常工作时泵送入口管道22内的标准浆体压强，同时所述自动保护模块具有比较判定功能，通过比较第三压力传感器24监测到的浆体压强数值与所述标准浆体压强之间的关系，自动判定所述隔膜泵的运行是否发生异常，并当发生异常时控制隔膜泵自动停机。

进一步的根据本发明所述的隔膜泵，其中所述自动保护模块中存储的标准浆体压强为800-1000kpa，当第二压力传感器19或第三压力传感器24监测到的浆体压强小于800kpa或大于1000kpa时，所述自动保护模块控制隔膜泵自动停机。

进一步的根据本发明所述的隔膜泵，其中所述冲次检测传感器25设置于所述动力传递机构中，并基于动力传递机构中的曲轴转动周期监测活塞的冲次，所述冲次检测传感器25的数据输出端连接于所述控制单元，所述控制单元中设置有自动保护模块，所述自动保护模块中存储有隔膜泵正常工作时各种泵速条件对应的标准活塞冲次，同时所述自动保护模块具有比较判定功能，通过比较冲次检测传感器25监测到的活塞冲次数与所述标准活塞冲次之间的关系，自动判定所述隔膜泵的运行是否发生异常，并当发生异常时控制隔膜泵自动停机。

进一步的根据本发明所述的隔膜泵，其中所述隔膜泵同时包括所述第一压力传感器14、第二压力传感器19、第三压力传感器24和冲次检测传感器25，所述控制单元同时连接于各传感器，并基于各传感器的监测数据自动保护隔膜泵的运行。

进一步的根据本发明所述的隔膜泵，其中所述动力传递机构包括偏心轮1、连杆2和十字头3，所述偏心轮1连接于连杆2，所述连杆2活动连接于所述十字头3的一端，所述十字头3的另一端连接于所述活塞杆4；所述隔膜10上设置有检测杆9，所述隔膜油腔6与所述检测杆9对应的位置设置有排油开关7和补油开关8，所述隔膜室11通过隔膜压盖12封闭。

一种基于本发明所述隔膜泵进行的隔膜泵自动保护方法，至少包括以下步骤之一：

步骤一、通过控制单元读取所述第一压力传感器14监测到的隔膜油腔6内的油压数值，当所述油压数值偏离控制单元中存储的标准工作油压范围时，由所述控制单元控制隔膜泵自动停机；

步骤二、通过控制单元读取所述第二压力传感器19监测到的泵送出口管道17内的浆体压强数值，当所述浆体压强数值偏离控制单元中存储的标准浆体压强范围时，由所述控制单元控制隔膜泵自动停机；

步骤三、通过控制单元读取所述第三压力传感器24监测到的泵送入口管道22内的浆体压强数值，当所述浆体压强数值偏离控制单元中存储的标准浆体压强范围时，由所述控制单元控制隔膜泵自动停机；

步骤四、通过控制单元读取所述冲次检测传感器25监测到的活塞冲次数，当所述活塞冲次数偏离控制单元中存储的对应泵速条件下的标准活塞冲次范围时，由所述控制单元控制隔膜泵自动停机。

通过本发明的技术方案至少能够达到以下技术效果：

1）、本发明所述隔膜泵具有自我保护功能，最大限度的提高了其中隔膜、单向阀、活塞缸等易损部件的使用寿命，大大降低了隔膜泵的维修率和维修成本，提高了隔膜泵的工作效率。

2）、本发明所述隔膜泵通过创新布置传感器来实现自动保护功能，且并不会对隔膜泵自身的结构和运行造成任何影响，而且可优选的通过PLC实现了运行异常的自动保护功能，使用操控简单，可推广性强。

附图说明

附图1为本发明所述具有自动保护功能的隔膜泵的整体结构示意图。

图中各附图标记的含义如下：

1-偏心轮，2-连杆，3-十字头，4-活塞杆，5-活塞缸，6-隔膜油腔，7-排油开关，8-补油开关，9-检测杆，10-隔膜，11-隔膜室，12-隔膜压盖，13-针孔阀，14-第一压力传感器，15-出口阀室，16-出料单向阀，17-泵送出口管道，18-第一气体稳定器，19-第二压力传感器，20-入口阀室，21-进料单向阀，22-泵送入口管道，23-第二气体稳定器，24-第三压力传感器，25-冲次检测传感器，26-浆体，27-氮气，28-油箱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。

如附图1所示，本发明所述的隔膜泵整体包括偏心轮1、连杆2、十字头3、活塞杆4、活塞缸5、隔膜油腔6、排油开关7、补油开关8、检测杆9、隔膜10、隔膜室11、隔膜压盖12、针孔阀13、第一压力传感器14、出口阀室15、出料单向阀16、泵送出口管道17、第一气体稳定器18、第二压力传感器19、入口阀室20、进料单向阀21、泵送入口管道22、第二气体稳定器23、第三压力传感器24和冲次检测传感器25。所述偏心轮1、连杆2和十字头3组成动力传递机构，用于将旋转运动转化成直线运动，为活塞提供动力能，所述偏心轮1连接于连杆2，所述连杆2活动连接于十字头3的一端，所述十字头3的另一端连接于活塞杆4，所述活塞杆4在所述活塞缸5内伸缩移动，所述活塞缸5与所述隔膜油腔6相连通，在所述隔膜油腔6内填充有液压油，所述液压油由油箱28供应，所述隔膜油腔6与所述隔膜室11通过隔膜10相隔离，在所述隔膜10上设置有检测杆9，且所述检测杆9处于所述隔膜油腔6内，在所述隔膜油腔的侧壁与所述检测杆对应的位置设置有排油开关7和补油开关8，所述检测杆9根据隔膜油腔内油量的多少启动排油开关7和补油开关8，从而保证隔膜油腔内的油量满足使用要求。当活塞杆4进行伸缩移动时，引起隔膜油腔内液压油的压强变化，进而由隔膜油腔内的液压油带动隔膜10向隔膜室11内腔进行伸缩挤压运动，从而对隔膜室内腔中的浆体产生泵送作用。所述隔膜室11由隔膜压盖12封闭。所述隔膜室11的出料口连接于出口阀室15，在所述出口阀室15内设置有出料单向阀16，所述出口阀室15的出料口连接于泵送出口管道17，在所述泵送出口管道17上安装有第一气体稳定器18，所述第一气体稳定器18用于对所述泵送出口管道内的输送浆体进行减震，所述第一气体稳定器18内填充有氮气27，且氮气的压强与泵送出口管道内输送的浆体26的压强处于动态平衡状态，通过调整所述氮气的压强能够控制所述泵送出口管道内浆体的输送量，因此所述第一气体稳定器内气体的压强能够反映泵送出口管道内输送浆体的压强。所述隔膜室11的进料口连接于入口阀室20，在所述入口阀室20内设置有进料单向阀21，所述入口阀室20的进料口连接于泵送入口管道22，在所述泵送入口管道22上安装有第二气体稳定器23，所述第二气体稳定器23用于对所述泵送入口管道内的输送浆体进行减震，所述第二气体稳定器23内填充有氮气，所述第二气体稳定器23同第一气体稳定器一样，内部填充有氮气，且氮气的压强与泵送入口管道内的输送浆体压强处于动态平衡状态，因此所述第二气体稳定器内气体的压强能够反映泵送入口管道内输送浆体的压强。

本发明创新的引入传感检测部件实时监测隔膜泵的隔膜油压、浆体压力、活塞冲次等参数，保证隔膜泵具有自动保护功能，优选的所述传感检测部件至少包括以下设置方式之一：

方式一：在所述隔膜油腔6上设置有用于检测隔膜油腔内油压的第一压力传感器14，优选的所述第一压力传感器14设置于连通隔膜油腔内部的、带有针孔阀13的管路上，通过所述第一压力传感器14能够实时检测隔膜油腔6内部的油压，所述第一压力传感器的数据输出端连接于隔膜泵的控制单元，当第一压力传感器14检测到的隔膜油腔6内部的油压处于非正常工作范围时，所述控制单元控制隔膜泵自动停机，实现自动保护目的。优选的在所述控制单元中设置有自动保护模块，所述自动保护模块中存储有隔膜泵正常工作时隔膜油腔内部的正常工作油压，优选的处于2700-2900kpa，所述自动保护模块具有比较判定功能，通过比较第一压力传感器14检测到的油压数值与其内存储的标准范围2700-2900kpa之间的关系，自动判断所述隔膜泵是否发生异常，并当发生异常时控制隔膜泵自动停机，实际中当隔膜泵的活塞或隔膜发生异常时会引起隔膜油腔6内油压的下降，此时第一压力传感器14检测到的油压将低于2700kpa，当隔膜泵中的进料单向阀或出料单向阀发生异常如击穿时，隔膜油腔内的油压将大于2900kpa，一般多数在3000kpa以上。因此无论对单缸、双缸、三缸还是多缸的隔膜泵，通过对隔膜油腔内的油压进行传感检测，即可准确的获知隔膜泵中的隔膜、活塞、单向阀等常见易损部件是否处于异常工作状态，大大降低了由这些易损部件的工作异常导致的隔膜泵损坏几率，实现了隔膜泵的自动保护功能。

方式二：在所述第一气体稳定器18上设置有第二压力传感器19，在所述第二气体稳定器23上设置有第三压力传感器24，如上所述气体稳定器通过气体与浆体间的压强动态平衡来对输送浆体进行减震，因此第二压力传感器19能够间接的监测泵送出口管道17内浆体的压强，第三压力传感器24能够间接的监测泵送入口管道22内浆体的压强，所述第二压力传感器19和第三压力传感器24的数据输出端连接于隔膜泵的控制单元，当第二压力传感器19和/或第三压力传感器24监测到的压强处于非正常工作范围时，所述控制单元控制隔膜泵自动停机，实现自动保护功能，优选的在所述控制单元中设置有自动保护模块，所述自动保护模块中存储有隔膜泵正常工作时第二压力传感器19应该感测到的泵送出口管道17内的浆体压强范围和第三压力传感器24应该感测到的泵送入口管道22内的浆体压强范围，优选的所述正常压强范围处于800-1000kpa。所述自动保护模块具有比较判定功能，通过比较第二压力传感器19或第三压力传感器24检测到的压强数值与其内存储的相对应的标准压强范围800-1000kpa之间的关系，自动判断所述隔膜泵是否发生异常，并当发生异常时控制隔膜泵自动停机。实际中当隔膜泵中的进料单向阀或出料单向阀发生异常如击穿时，将会导致泵送入口管道或泵送出口管道内浆体输送压强的变化，从而使得所述第三压力传感器24或第二压力传感器19监测到的压强数值偏离标准范围，多数情况下如果进料单向阀或出料单向阀被击穿的话，第三压力传感器24或第二压力传感器19监测到的压强会超出1000kpa，一般在1200kpa以上，所述自动保护模块据此可以判断单向阀发生异常并控制隔膜泵自动停机。因此通过对隔膜泵进出料管道内的浆体压强进行监测即可准确的获知隔膜泵中的单向阀是否发生常见的击穿异常，大大降低了由单向阀击穿导致的隔膜泵损坏几率，实现了隔膜泵的自动保护功能。

方式三：在所述隔膜泵上可进一步优选的设置冲次检测传感器25，所述冲次检测传感器25用于监测单位时间内隔膜泵中活塞杆的冲次数，所述冲次检测传感器25的数据输出端连接于隔膜泵的控制单元，当冲次检测传感器25检测到的活塞杆的冲次处于非正常工作范围时，所述控制单元控制隔膜泵自动停机，实现自动保护目的。优选的在所述控制单元中设置有自动保护模块，所述自动保护模块中存储有隔膜泵正常工作时在各种泵速条件下活塞杆的正常冲次数，所述自动保护模块具有比较判定功能，通过比较冲次检测传感器25检测到的冲次数与其内存储的标准冲洗范围之间的关系，自动判断所述隔膜泵是否发生异常，并当发生异常时控制隔膜泵自动停机，实际中当隔膜泵的单向阀或隔膜等发生异常时都会引起活塞杆的冲次数偏离标准范围，比如在正常情况下泵速89%时对应的标准冲次数为44次，当进料单向阀或出料单向阀被击穿后，活塞杆的冲次将达到50次左右，该冲次被冲次检测传感器25监测到并传输给自动保护模块时，自动保护模块据此判定单向阀发生异常并控制隔膜泵自动停机。冲次检测传感器25优选的可以设置于动力传递单元中，如设置于偏心轮机构上，其对冲次的检测可根据单位时间内偏心轮的转动周数进行，因为偏心轮每转一周对应于活塞杆的一个冲次，同时单向阀工作一次，因此当单项阀在工作中被击穿的话将会导致活塞缸的冲次发生变化。因此通过对活塞杆的冲次进行传感检测，即可准确的获知隔膜泵中的隔膜、单向阀等常见易损部件是否处于异常工作状态，大大降低了由这些易损部件的工作异常导致的隔膜泵损坏几率，实现了隔膜泵的自动保护功能。

本发明所提供的上述三种类型的传感检测部件的设置以及三种隔膜泵自动保护方式在实际使用中可灵活进行选择，可在隔膜泵中选择设置其中一种传感器，亦可在一台隔膜泵中同时设置三种传感器，并基于上述三种方式同时检测隔膜泵的工作状态，以精准的判断隔膜泵的易损部件是否出现故障，最大限度的提高其使用寿命，进而提高隔膜泵的工作效率。

本发明通过实时监测隔膜泵的压力、冲次等参数，并通过压力、冲次等参数的变化来准确的判定隔膜泵的隔膜、单向阀、活塞等常见易损部件是否出现异常正常，从而有效地保护了隔膜泵的各个部件，最大限度的提高了隔膜泵的使用寿命周期和工作效率，大幅降低了隔膜泵的维修成本。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。