壓濾機(jī)主油缸超壓炸裂的原因分析及解決方法

劉春堯

（安徽中糧生化格拉特乳酸有限公司，安徽蚌埠233010）

1 壓濾機(jī)原理及存在問題

圖1 板框壓濾機(jī)液壓原理

我公司有六臺自動板框壓濾機(jī)，該設(shè)備由壓濾機(jī)濾板、液壓系統(tǒng)、壓濾機(jī)框、濾板傳輸系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)五大部分組成。其工作原理比較簡單：先由液壓施力壓緊板框組，固液混合的懸濁液由中間進(jìn)入，分布到各濾布之間，通過過濾介質(zhì)實(shí)現(xiàn)固、液分離。目前板框壓濾機(jī)是實(shí)現(xiàn)料漿固液分離的機(jī)械，由于它密閉性好、過濾壓力高、便于洗滌、對料漿適應(yīng)性強(qiáng)，因而在水處理、冶金、洗煤、食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其液壓原理如圖1。

運(yùn)行工況：先是油缸活塞向右運(yùn)動將板片壓緊，油缸壓力為20MPa。打開進(jìn)料泵進(jìn)料，過濾后的乳酸溶液進(jìn)一步精制加工，固形物做廢物處理。當(dāng)物料的壓力達(dá)到0.6MPa時(shí)，此時(shí)板片的間隙中已填滿濾渣，對濾渣洗滌、吹干，然后液壓缸活塞向左運(yùn)行松開板片卸渣。

但在壓濾過程中，油缸無桿腔內(nèi)的油壓可能會出現(xiàn)泄漏，當(dāng)油壓泄漏到18MPa時(shí)，高壓油泵自動補(bǔ)壓，達(dá)到20MPa，然后停泵。據(jù)我們統(tǒng)計(jì)約70%的情況下，油缸內(nèi)的壓力穩(wěn)定在理想控制范圍之內(nèi)即18～20MPa上下波動，但在其余的30%時(shí)間內(nèi)，油缸的壓力持續(xù)升高，有時(shí)竟然達(dá)到30MPa以上，超過了油缸25MPa的設(shè)計(jì)壓力。不久前就發(fā)生了一起油缸炸裂事故，幸好未造成人員傷亡。

2 原因分析

究竟是什么原因造成油缸的壓力持續(xù)上升呢？經(jīng)過我們仔細(xì)分析，真相浮出水面：當(dāng)油缸的夾緊壓力達(dá)到20MPa時(shí)，如果全過程油缸內(nèi)的油無泄漏，板片無膨脹，液壓油無膨脹，此時(shí)油缸的壓力等于油缸原先的夾緊壓力加上物料反壓產(chǎn)生的壓力之和，故隨著物料反壓力的逐步升高，施加到油缸的反壓力也隨之升高。如以1.5m*1.5m板片為例，其實(shí)際的內(nèi)腔尺寸為1390mm*1390mm，當(dāng)物料壓力達(dá)到0.6MPa時(shí)，物料施加的反壓力為600KPa*1.39m*1.39m=1159KN，油缸的截面直徑為360mm，根據(jù)二力平衡的原理，則施加到油缸的壓強(qiáng)為：

由于油缸的預(yù)緊壓力為20MPa，物料泵對油缸形成的反壓力為11.4MPa，則壓力之和為31.4MPa。如果由于板片溫度升高或因氣溫原因而油溫升高，則壓力還會升高。如果此時(shí)油壓泄漏到18MPa，泵的壓力恒定，再補(bǔ)壓到20MPa，則油缸的壓力只能達(dá)到20MPa，不會是31.4MPa。

油泵的夾緊力是為了克服泵的反推力來設(shè)定的。以大板框?yàn)槔绻迤盀V布平整，其中無夾渣，在5bar的過濾壓力下，理論計(jì)算油缸夾緊在11.4MPa即可確保板片間無泄漏。但由于舊的板片通常會翹曲變形，濾布上可能會有夾渣不能完全清理干凈等原因，油泵的預(yù)緊壓力通常要略大些，才能確保板片間不會漏料。據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通常油泵的預(yù)緊壓力需達(dá)到160MPa，因此，油壓經(jīng)常泄漏需反復(fù)補(bǔ)壓的液壓缸不會超壓。當(dāng)油缸無泄漏時(shí)，就可能增壓至31.4MPa。

3 解決方法

如何在油缸無泄漏的情況下降低油缸的壓力呢？

（1）降低油缸的初始壓力，或隨著物料壓力的升高逐步提高油缸的打壓壓力。目前可通過DCS控制將物流泵的進(jìn)料壓力與油泵的鎖緊壓力聯(lián)動起來。

（2）在油缸活塞腔壓力表處接一個皮囊式蓄能器，當(dāng)物料的壓力上升時(shí)會壓縮蓄能器充氣空間的容積，此時(shí)活塞桿向左移動，板片所受預(yù)緊力呈下降趨勢，此時(shí)油缸的受力將不再是預(yù)緊力和物料反壓力的合力，而是蓄能器的工作壓力，這樣可確保油缸內(nèi)的壓力不會超壓；反之，當(dāng)油缸內(nèi)的壓力油發(fā)生泄漏時(shí)，蓄能器氣囊內(nèi)的壓縮氮?dú)鈺苿踊钊蛴疫\(yùn)動，保證板片能夠繼續(xù)得到壓緊，減少油泵的開啟頻次。

效果評述：采用氣囊式蓄能器的方法不但可以降低油缸內(nèi)液壓油的壓力，而且其在系統(tǒng)壓力高時(shí)系統(tǒng)對蓄能器沖油，系統(tǒng)壓力低時(shí)蓄能器對液壓缸沖油，更好地穩(wěn)定了液壓缸的壓力。

4 蓄能器參數(shù)的選擇

該蓄能器可視作輔助動力源，容積計(jì)算如下：

當(dāng)油缸最低壓力P1=18MPa，最高壓力P2=20MPa

充氣P0壓力通常?。?.6～0.85）P1

此處取P0=0.7MPa，P1=12.6MPa

據(jù)測算，蓄能器的有效工作容積Vw為0.1L即可，因沖油較為迅速，可視作絕熱過程。

則蓄能器總的容積：

故選擇2.5L的蓄能器即可，氮?dú)鉀_壓12.6MPa?！?/p>