齒輪油泵代替柱塞泵功能技術(shù)情況分析

因受定排量的結(jié)構(gòu)限制，通常認(rèn)為齒輪油泵僅能作恒流量液壓源使用。然而，附件入螺紋聯(lián)接組合閥方案對(duì)于提高其功能、降低系統(tǒng)成本及提高系統(tǒng)可靠性是有效的，因而，齒輪油泵的性能可接近價(jià)昂、復(fù)雜的柱塞泵。

例如在泵上直接安裝控制閥，可省去泵與方向之間管路，從而控制了成本。較少管件及連接件可減少泄漏，從而提高了工作可靠性。而且泵本身安裝閥可降低回路的循環(huán)壓力，提高其工作性能。下面是一些可提高齒輪泵基本功能的回路，其中有些是實(shí)踐證明可行的基本回路，而有些則屬創(chuàng)新研究。

卸載回路

卸載元件將在大流量泵與小功率單泵結(jié)合起來。液體從兩個(gè)泵的出口排出，起到達(dá)到預(yù)定壓力和(或)流量。這時(shí)，大流量泵便把流量從其出口循環(huán)到入口，從而減少了該泵對(duì)系統(tǒng)的輸出流量，即將磁的功率減少至略高于高壓部分工作的所需值。流量降低的百分比取決于此時(shí)未卸載排量占總排量的比率，組合或螺紋聯(lián)接卸載閥減少乃至消除了管路、孔道和輔件及其它可能的泄漏。

簡單的卸載元件由人工操縱。彈簧使卸載閥接通或關(guān)閉，當(dāng)給閥一操縱信號(hào)時(shí)，閥的通斷狀態(tài)好被切換。杠桿或其它機(jī)械機(jī)構(gòu)是操縱這種閥的簡單方法。

導(dǎo)控(氣動(dòng)或液壓)卸載閥是操縱方式的一種改進(jìn)，因?yàn)榇藶殚y可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。其大的進(jìn)展是采用電氣或電子關(guān)控制電磁閥，它不僅可用遠(yuǎn)程控制，而且可用微機(jī)自動(dòng)控制，通常認(rèn)為這種簡單的卸載技術(shù)是應(yīng)用的情況。

人工操縱卸載元件常用于為快速運(yùn)作而需大流量及快速運(yùn)作而需大流量及為控制而減少流量的回路，例如快速伸縮的起重臂回路?；芈返男遁d無操縱信號(hào)作用時(shí)，回路一直輸出大流量。對(duì)于常開閥，在常態(tài)下回路將輸出小流量。壓力傳感卸載是普遍的方案。彈簧作用使卸載閥處于其大流量位置?；芈穳毫_(dá)到溢流閥預(yù)調(diào)值時(shí)，溢流閥開啟，卸載閥在液壓下和作用下切換至其小流量位置。壓力傳感卸載閥基本上是一個(gè)達(dá)到系統(tǒng)壓力即卸的自動(dòng)卸載元件，普遍用于測(cè)程儀分裂和液壓虎鉗中。

流量傳感卸載回路中的卸載閥也是由彈簧將其壓向大流量位置。該閥中的固定節(jié)流孔尺寸按設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)速度所需流量確定。若發(fā)動(dòng)機(jī)速度超出此范圍，則節(jié)流小孔壓降將增加，從而將卸載閥移位至小流量位置。因此大流量泵相鄰的元件做成可對(duì)大流量節(jié)流的尺寸，故此回路能耗少、工作平穩(wěn)且成本較低。這種回路的典型應(yīng)用是，限定回路流量達(dá)范圍以提高整個(gè)系統(tǒng)的性能，或限定機(jī)器高速行駛期間的回路壓力。常用于垃圾運(yùn)載卡車等。

壓力流量傳感卸載回路的卸載閥也是由彈簧壓向大流量位置，無論達(dá)到預(yù)定壓力還是流量，都會(huì)卸載。設(shè)備在空轉(zhuǎn)或正常工作速度下均可完成高壓工作。此特性減少了不必要的流量，故降低了所需的功率。因?yàn)榇朔N回路具有較寬的負(fù)載和速度變化范圍，故常用于挖掘設(shè)備。

具有功率綜合的壓力傳感卸載回路，它由兩組略加變化的壓力傳感卸載泵組成，兩組泵由同一原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)磁接受另一卸載泵的導(dǎo)控卸載信號(hào)。此傳感方式稱之為交互傳感，它可使一組泵在高壓下工作而另一級(jí)泵大流量下工作。兩只溢流閥可按每個(gè)回路特殊的壓力調(diào)整，以使一臺(tái)或兩臺(tái)泵卸載。此方案減少了功率需求，故可采用小容量價(jià)廉原動(dòng)機(jī)。

優(yōu)先流量控制

不論泵的轉(zhuǎn)速、工作壓力或支路需要的流量大小，定值一次流量控制閥總可保證設(shè)備工作所需的流量。定值一次流量閥(比例閥)將一次控制與液壓泵結(jié)合起來，省去管路并消除外泄漏，故降低了成本。此種齒輪泵回路的典型應(yīng)用是汽車起重機(jī)上?？梢姷降霓D(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，它省去了一個(gè)泵。

負(fù)載傳感流量控制閥的功能與定值一次流量控制的功能十分相近：即無論泵的轉(zhuǎn)速、工作壓力或支路抽需流量大小，均提供一次流量。但所示方案，僅通過一次油口向一次油路提供所需流量，直至其大調(diào)整值。此回路可替代標(biāo)準(zhǔn)的一次流量控制回路而獲得大輸出流量。因無載回路的壓力低于定值一次流量控制方案，故回路溫升低、無載功耗小。負(fù)載傳感比列流量控制閥與一次流量控制閥一樣，其典型應(yīng)用是動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

旁路流量控制

對(duì)于旁路流量控制，不論泵的轉(zhuǎn)速或工作壓力高低，泵總按預(yù)定大值向系統(tǒng)供液，多余部分排回油箱或泵的入口。此方案限制了系統(tǒng)的流量，使其具有性能。其優(yōu)點(diǎn)是，通過回路規(guī)模來控制大調(diào)整流量，降低成本;將泵和閥組合成一體，并通過泵的旁通控制，使回路壓力降至低，從面減少管路及其泄漏。

旁路流量控制閥可與限定工作流量(工作速度)范圍的中團(tuán)式負(fù)載傳感控制閥一起設(shè)計(jì)。此種型式的齒輪泵回路，常用于限制液壓操縱以使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)速度的垃圾載卡車或動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵回路中，也可用于固定式機(jī)械設(shè)備。

干式吸油閥

干式吸油閥是一種氣控液壓閥，它用于泵進(jìn)油節(jié)流，當(dāng)設(shè)備的液壓空載時(shí)，僅使極小流量通過泵;而在有負(fù)載時(shí)，全流量吸入泵。這種回路可省去泵與原動(dòng)機(jī)間的離合器，從而降低了成本，還減少了空載功耗，因通過回路的極小流量保持了設(shè)備的原動(dòng)機(jī)功率。另外，還降低了泵在空載時(shí)的噪聲。干式吸油閥回路可用于由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的任何車輛中開關(guān)式液壓系統(tǒng)，例如垃圾裝填卡車及工業(yè)設(shè)備。

液壓泵方案的選擇

目前，齒輪油泵的工作壓力已接近柱塞泵，組合負(fù)載傳感方案為齒輪泵提供了變量的可能性，這意味著齒輪泵與柱塞泵之間原有清楚的界限變得愈來愈模糊了。合理選擇液壓泵方案的決定因素之一，是整個(gè)系統(tǒng)的成本，與價(jià)昂的柱塞泵相比，齒輪泵以其成本較低、回路簡單、過濾要求低等特點(diǎn)，成為許多應(yīng)用場合切實(shí)可行的選擇方案。

淺談排污泵排水自動(dòng)化

在水電站基坑開挖及其它深挖工程施工時(shí)，由于基坑滲水，必須利用排污泵將大量積水抽上地面排到下游河床中去，將積水控制在低水位線(底閥處)以上。若再多抽水，水泵體內(nèi)就會(huì)因充滿大量氣體而空轉(zhuǎn)不上水，從而會(huì)危害水泵的安全運(yùn)行，造成能源的損耗。在施工實(shí)踐中，為了能確?？刂频退唬仨氁?/p>

①調(diào)節(jié)水泵閥門來控制流量，以避免水抽干后泵體內(nèi)進(jìn)氣;

②關(guān)閉水泵閥門，水位低于低限制水位線時(shí)就人為停機(jī)。

基于以上兩種情況，本著利用現(xiàn)有的設(shè)備，只添加一些附件和電路，使輕載水泵能全載運(yùn)行，從而達(dá)到既可自動(dòng)控制減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的目的，又能節(jié)約能源消耗并減少工程投資。

1 排污泵自動(dòng)化控制元器件

1.1 磁鋼浮子式水位信號(hào)器

浮子是一個(gè)內(nèi)裝永磁鐵的可浮動(dòng)的塑料球。水位的升降使浮子相應(yīng)地產(chǎn)生變化，磁鐵的磁力使導(dǎo)管內(nèi)的干簧接點(diǎn)動(dòng)作，發(fā)出相應(yīng)的水面信號(hào)，水位信號(hào)器原理見圖1。

1.2 示流信號(hào)器

示流信號(hào)器的原理見圖2。

當(dāng)管中流量大于信號(hào)器規(guī)定的動(dòng)作流量值時(shí)，靶及靶桿受力并帶動(dòng)微動(dòng)開關(guān)，使其常閉接點(diǎn)斷開，常開接點(diǎn)閉合，發(fā)出正常信號(hào);當(dāng)管中水流量減小時(shí)，靶桿上的作用力矩也減小。當(dāng)流量小到低于信號(hào)器動(dòng)作整定值時(shí)，微動(dòng)開關(guān)常閉接點(diǎn)閉合、常開接點(diǎn)斷開發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

1.3 水位自動(dòng)檢測(cè)與顯示電路

1.3.1 水位檢測(cè)電路圖

若水位的相應(yīng)變化能通過信號(hào)燈顯示出來，則為水泵的開停機(jī)提供了良好的監(jiān)測(cè)作用。圖3即為水位自動(dòng)控制與顯示電路圖。

1.3.2 水位自動(dòng)檢測(cè)與顯示電路原理

當(dāng)水位的變化使水位信號(hào)器中的浮子移動(dòng)到下限水位位置時(shí)，浮球中的磁鐵靠近下限水位干簧管0G，干簧管中的鐵鎳合金片受磁力影響，常開接點(diǎn)閉合。見圖1和圖3。

路，OZJ繼電器線圈通電，繼電器吸合，OZJ常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，電流經(jīng)A點(diǎn)→1ZJ常閉

當(dāng)水位到達(dá)低水位時(shí)，浮子的磁鐵靠近低水位干簧管1G，1G常開接點(diǎn)閉合。電流經(jīng)A點(diǎn)→1C

信號(hào)燈亮表示水位處于低水位。依此類推，2G閉合時(shí)，1XD信號(hào)燈滅，2XD中水位信號(hào)燈亮，表示水位處于中水位。3G閉合時(shí)，2XD信號(hào)燈滅，3XD高水位信號(hào)燈亮，提醒運(yùn)行人員注意設(shè)備安全。

2 水位自動(dòng)控制

2.1 排污泵自動(dòng)、手動(dòng)排水示意圖(見圖4)。

(1)潛水泵自動(dòng)控制電路，見圖5。

潛水泵自動(dòng)排水簡單可靠，可實(shí)現(xiàn)無人值班看守運(yùn)行，適用于滲水、積水量不大的低洼地區(qū)。

(2)潛水泵自動(dòng)、手動(dòng)排水工作原理控制電路見圖5。

合上HK開關(guān)，拉開ZK開關(guān)即為手動(dòng)排水，原理簡單，不再贅述。

2.2 有底閥灌水的離心泵自動(dòng)控制

(1)有底閥的離心泵自動(dòng)灌水示意圖見圖6。

做一水箱專為離心泵灌水，使水泵泵體內(nèi)時(shí)刻充滿水。水泵的吸水管徑在300 mm以下的小型水泵，可在吸水管上設(shè)置底閥，開泵前向吸水管中灌水啟動(dòng)，設(shè)備和方法都較簡單。由于吸水管水頭損失較大，且底閥易被雜質(zhì)、泥沙等堵塞而關(guān)不嚴(yán)，影響灌水啟動(dòng)，需經(jīng)常清理，故只適用于小型水泵。每臺(tái)離心泵出水管上一般都安置逆止閥，當(dāng)揚(yáng)程在20 m以下時(shí)，可以不設(shè)逆止閥。

(2)水箱澆灌水自動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)見圖7。

為確保水箱內(nèi)有足夠量的水為離心泵灌水，水箱的體積以至少能灌滿一臺(tái)離心泵為準(zhǔn)，可采用防腐處理過的開口油箱即可。

工作原理：電流經(jīng)C相→TA按鈕→ZK開關(guān)→C1→C常閉→ZJ1線圈→A相，中間繼電器ZJ1通電吸合后常開接點(diǎn)閉合，接通接觸器C線圈，電流經(jīng)C相→TA按鈕→ZJ1常開(已閉合)→ZJ0常閉→C線圈→RJ常閉→A相。同時(shí)，接觸器常開觸點(diǎn)閉合自保，鎖定自?；芈?接觸器常閉觸點(diǎn)斷開，切斷ZJ線圈回路，ZJ1繼電器斷電，常開、常閉接點(diǎn)回原位。由此不難看出，接觸器C常閉的作用是避免ZJ1常開接點(diǎn)啟動(dòng)接觸器C時(shí)間過長而設(shè)置的，以免在此時(shí)按停止按鈕時(shí)松開后又再次啟動(dòng)。

(3)有底閥的離心泵水位自動(dòng)控制與顯示電路設(shè)計(jì)見圖8。

(4)有底閥的離心泵自動(dòng)控制電路原理見圖9。

和0XD信號(hào)燈斷電，繼電器斷電，銜接回歸原位，下限水位信號(hào)燈滅。1ZJ常閉接點(diǎn)的斷開，使得2號(hào)電機(jī)回路中2C線圈回路切斷，2號(hào)電機(jī)不能運(yùn)行。

1ZJ常開觸點(diǎn)的閉合發(fā)生下列動(dòng)作：

(a)電流經(jīng)A點(diǎn)→1ZJ常開(已閉合)→0ZJ常閉→2ZJ常閉→1SJ常閉→1ZJ線圈→0點(diǎn)，低水位

控制線路自鎖;

(b)1號(hào)電機(jī)控制回路電流經(jīng)C點(diǎn)→1TA按鈕→1ZJ常開(閉合)→0ZJ常閉→1C線圈→1RJ常閉→A點(diǎn)。

1ZJ常開接點(diǎn)啟動(dòng)1號(hào)電機(jī)，1C接觸器吸合后，自保觸點(diǎn)閉合，自鎖回路，(注：1ZJ常開接點(diǎn)1 s后會(huì)斷開，因此，1ZJ常開觸點(diǎn)只閉合1 s)。

1SJ時(shí)間繼電器通電延時(shí)1 s后，1SJ常開接點(diǎn)閉合，自鎖回路;1SJ常閉觸點(diǎn)斷開切斷1ZJ線圈回路。

依此類推，中水位干簧管常開接點(diǎn)2G閉合時(shí)，和上述情況相似，分別會(huì)使2XD信號(hào)燈亮顯示中水位和啟動(dòng)2號(hào)離心泵電機(jī)運(yùn)行。

綜上所述，水位到達(dá)下限水位時(shí)停1號(hào)電機(jī);水位到達(dá)低水位時(shí)啟動(dòng)1號(hào)泵電機(jī)，停2號(hào)泵電機(jī);水位到達(dá)中水位時(shí)啟動(dòng)2號(hào)泵電機(jī)。

另外，從電路圖中還可看出，當(dāng)1號(hào)泵上水量小或流量中斷時(shí)，示流信號(hào)器1SLX常閉接點(diǎn)閉合。電流經(jīng)A點(diǎn)→1C常開(已閉合)→1SLX常閉→1DL→0點(diǎn)，電鈴1DL報(bào)警、鳴叫。2號(hào)泵流量小或不上水時(shí)，電鈴2DL報(bào)警鳴叫。

(5)帶底閥的離心泵自動(dòng)控制失靈時(shí)，可改為手動(dòng)操作。這時(shí)只需拉下HK開關(guān)，按常規(guī)方法進(jìn)行手工操作。

2.3 無底閥的離心泵排水自動(dòng)化

2.3.1 真空吊水分析

吸水管不設(shè)底閥，水頭損失小，常用真空泵啟動(dòng)。真空泵引水啟動(dòng)迅速，效率較高，適用于各種規(guī)模的水泵。尤其是大型水泵和吸水管較長的水管。水泵引水時(shí)間一般為3～5 min。

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，有不少大型的給水泵站、排水泵站用的是水環(huán)式真空泵真空引水方式。這種方式中采用了真空罐、水封罐、汽水分離器、自動(dòng)排氣閥、電接點(diǎn)真空壓力表等設(shè)備。通過對(duì)它們的剖析不難看出，真空度越高，引水管中的水位被提得越高。盡管如此，由于離心泵泵體、進(jìn)水管中難免漏氣，實(shí)際上并不是很理想。筆者認(rèn)為，去掉真空罐、水封罐、自動(dòng)排氣閥后的真空泵仍能保持原有的排氣流量，保持其氣、水混合物在離心泵體內(nèi)的比值。

為了檢測(cè)氣、水的各自流量，制作了一個(gè)氣、水檢測(cè)器。該檢測(cè)器節(jié)省投資、安裝方便，適用于工地排水。結(jié)構(gòu)簡圖見圖10。

圖10中氣管、水管有一定高度差。氣管到積水水面的高度應(yīng)大于真空泵的吸程，以保證氣、水的正常分離。當(dāng)從離心泵里的氣、水混合物經(jīng)過氣、水檢測(cè)器時(shí)，根據(jù)氣、水分離原理，氣體的比重輕，大部分從氣管道中經(jīng)過;水的比重比較大，絕大部分從水管中通過。氣道中的示流器檢測(cè)氣體流量;水管道中的示流器檢測(cè)水的流量。其氣體流量加水量就是氣、水混合體的總流量。

氣體流量臨界值是指在離心泵內(nèi)充滿水、氣的情況下，離心泵內(nèi)葉片旋轉(zhuǎn)能抽上水時(shí)，氣體在氣水混合物中所占的小百分比。不同型號(hào)的水泵有其不同的氣體流量臨界值，需要在實(shí)踐中測(cè)定。

氣、水檢測(cè)器的原理就是氣體流量大于整定動(dòng)作流量時(shí)，示流器1SLX的電接點(diǎn)閉合或斷開，

出信號(hào)，水流量大于整定動(dòng)作流量時(shí)，2SLX的電接點(diǎn)閉合或斷開，發(fā)出信號(hào)見圖11。它們的組合接點(diǎn)回路的開、斷會(huì)發(fā)出開啟離心泵的信號(hào)。

2.3.2 真空泵吊水示意圖(見圖12)

此電路和上一節(jié)中所講的差不多，只不過多加了兩個(gè)電磁閥線圈。在開啟離心泵前先開啟真空泵抽出離心泵中的空氣，當(dāng)空氣和水的混合體被抽上來時(shí)，由于真空泵的吸程較氣管的高度低，所以氣體和水在氣水檢測(cè)器中分離。氣體經(jīng)過氣體管道，水經(jīng)過水管道后被真空泵抽入氣體分離器。氣體分離器中的水是專為真空泵密封和冷卻用的。

圖12中的電磁閥只在真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)打開，而在離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)關(guān)閉。

真空泵開啟后，電磁閥1DCF通電打開閥門，真空泵吊水，氣、水經(jīng)過氣、水檢測(cè)器時(shí)發(fā)出開1號(hào)離心泵信號(hào)，1號(hào)離心泵啟動(dòng)運(yùn)行。

同理，當(dāng)積水水位到達(dá)中水位時(shí)，2ZJ常開接點(diǎn)的閉合開啟真空泵，電磁閥2DCF打開，氣、水經(jīng)過氣、水檢測(cè)器時(shí)發(fā)出開啟2號(hào)離心泵的信號(hào)，2號(hào)離心泵啟動(dòng)運(yùn)行，見圖13。

當(dāng)自動(dòng)控制失靈時(shí)，可拉下HK開關(guān)，合上1SK，開啟真空泵吊水，后開啟1號(hào)離心泵。同理，合上2SK，開啟真空泵吊水，再開啟2號(hào)離心泵就達(dá)到了手動(dòng)控制的目的。

2.3.3 真空泵吊水自動(dòng)控制及1號(hào)離心泵、2號(hào)離心泵自動(dòng)控制線路設(shè)計(jì)(見圖14)

當(dāng)積水水位到達(dá)低水位時(shí)，1ZJ常開接點(diǎn)的閉開啟真空泵，如在3～5 min內(nèi)1號(hào)泵不開啟時(shí)電鈴報(bào)警。真空泵開啟后，電磁閥1DCF通電打開閥門，真空吊水、氣、水經(jīng)過氣、水檢測(cè)器時(shí)發(fā)出開1號(hào)離心泵信號(hào)，1號(hào)離心泵啟動(dòng)進(jìn)行。

同理，當(dāng)積水水位到達(dá)中水位時(shí)，2ZJ常開接點(diǎn)的閉合開啟真空泵，電磁閥2DCF打開，氣、水經(jīng)過氣、水檢測(cè)器時(shí)發(fā)出開啟2號(hào)離心泵的信號(hào)，2號(hào)離心泵啟動(dòng)運(yùn)行，見圖13。

當(dāng)自動(dòng)控制失靈時(shí)，可拉下HK開關(guān)，合上1SK，開啟真空泵吊水，后開啟1號(hào)離心泵。同理，合上2SK，開啟真空泵吊水，再開啟2號(hào)離心泵就達(dá)到了手動(dòng)控制的目的。

工地排水是每一個(gè)工地*的重要工序，消耗能源大、投入人力多，對(duì)排水控制電路要求簡單、可靠。以上介紹的自動(dòng)控制原理，能節(jié)省勞力投入，在控制電路出故障時(shí)能很方便地改為人工操作，以保證排水工作不間斷，因此，節(jié)電效果明顯。

以一枯為例，某一泵點(diǎn)設(shè)置了一臺(tái)8(20.3 cm)泵，流量為400 m\+3/h，揚(yáng)程40 m，電機(jī)功率為55kW，通常情況下，控制閥門的出水量24 h運(yùn)轉(zhuǎn)?；訚B水量為150 m\+3/h。由于閥門關(guān)小了，水泵負(fù)載減輕，實(shí)測(cè)電機(jī)運(yùn)行電流60 A左右，折合功率，按此推算，每臺(tái)8(20.3 cm)泵每月可節(jié)約13 500 kW·h電。年節(jié)約達(dá)162 000 kW·h。節(jié)電效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

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