一種清洗機(jī)械用柱塞泵的性能試驗

孫敢 黃建清 季國煒

摘 要：本文采用同一系列不同型號的柱塞泵，在往復(fù)式液泵性能試驗臺上進(jìn)行試驗，研究轉(zhuǎn)速及排出壓力對柱塞泵容積效率及泵效率的影響。結(jié)果表明，存在一個最佳轉(zhuǎn)速區(qū)間，泵容積效率和總效率均保持較高數(shù)值，流量隨轉(zhuǎn)速增大而線性增大;存在一個最佳壓力區(qū)間，泵效率數(shù)值較高并緩慢增長。

關(guān)鍵詞：柱塞泵;性能試驗;容積效率;泵效率

中圖分類號：TH321文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）04-0057-03

Abstract： In this paper， a series of different types of plunger pumps were used to conduct tests on the performance test bench of reciprocating liquid pumps to study the effects of rotating speed and discharge pressure on the volumetric efficiency and pump total efficiency of plunger pumps. The results show that there is an optimal speed range in which the pump volume efficiency and efficiency remain high and the flow rate increases linearly with the increase of speed. There exists an optimal pressure range in which the pump efficiency value is high and increases slowly.

Keywords： plunger pump;performance test;volumetric efficiency;pump efficiency

高壓水射流清洗技術(shù)是近年發(fā)展起來的一門新興科學(xué)，其是利用高壓水發(fā)生設(shè)備產(chǎn)生高壓水，通過噴嘴將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨染奂乃淞鲃?，能完成清洗、切割、破碎等各種工藝的技術(shù)。柱塞泵是一種在高壓水射流清洗機(jī)械中廣泛應(yīng)用的液泵，其性能的好壞直接影響清洗工作能否順利完成。本文通過對一種柱塞泵進(jìn)行試驗，旨在全面掌握高壓清洗機(jī)械用柱塞泵的性能。

1 試驗材料與方法

試驗是在往復(fù)式液泵性能試驗臺[1]上進(jìn)行的，試驗臺如圖1所示。同時，采用蘇州農(nóng)業(yè)藥械有限公司自主產(chǎn)品三缸精細(xì)陶瓷柱塞泵進(jìn)行試驗，泵型號及性能參數(shù)如表1所示。

本文從轉(zhuǎn)速和排出壓力兩個參量著手，進(jìn)行液泵性能試驗。BZ335、BZ835型號的泵用于轉(zhuǎn)速試驗，BZ835、BZ850型號的泵用于排出壓力試驗。用變頻器調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行轉(zhuǎn)速試驗。用調(diào)壓卸荷閥調(diào)節(jié)柱塞泵出水口壓力，進(jìn)行排出壓力試驗。

2 試驗中的主要參數(shù)分析

2.1 泵的流量

單位時間內(nèi)，在泵出口處實際測得的液體體積稱為泵的流量[2]。本試驗中，因設(shè)備或電網(wǎng)等原因，柱塞泵并不是在額定轉(zhuǎn)速下工作，所以并不能用1 440 r/min轉(zhuǎn)速下額定流量直接參與計算。根據(jù)經(jīng)驗，應(yīng)換算成實際轉(zhuǎn)速下的理論值。換算公式如下：

2.2 泵的容積效率

泵的流量與理論流量之比稱為容積效率[2]。工程中，一般用容積效率來表示液泵工作腔容積的利用率。本文中，用實際流量[Q′]與實際轉(zhuǎn)速理論流量值[Q]的比值表示泵的容積效率。公式如下：

2.3 泵的效率

泵的效率是綜合衡量泵的能量損失的指標(biāo)。往復(fù)泵的總效率等于有效功率與軸功率的比值[3]。在液泵的能量試驗中，只要測得實際流量[Q]和排出壓力[P]，則可求得有效功率[Ne]，如式（3）所示，然后用式（4）計算泵總效率：

3 試驗結(jié)果

3.1 轉(zhuǎn)速對柱塞泵性能的影響

有規(guī)律地改變變頻器頻率數(shù)值，對BZ835、BZ335進(jìn)行轉(zhuǎn)速試驗，記錄扭矩儀面板顯示試驗轉(zhuǎn)速[n′]、軸功率[N]，測量不同轉(zhuǎn)速下往復(fù)泵實際流量[Q]，并經(jīng)換算，整理得BZ835、BZ335轉(zhuǎn)速試驗表，如表2和表3所示。

由表2和表3可知：在一定轉(zhuǎn)速區(qū)間（如BZ835轉(zhuǎn)速在869～1 636 r/min），泵流量隨著轉(zhuǎn)速呈線性增大關(guān)系，轉(zhuǎn)速增大到一定程度，流量增加幅度減小。容積效率和泵效率均隨著轉(zhuǎn)速的增大而減小，在一定區(qū)間（如BZ335在868～1 488 r/min），曲線比較平緩;若轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大（如BZ835轉(zhuǎn)速在1 636～1 927 r/min），關(guān)系曲線開始大幅變化，容積效率和泵效率明顯減小。

3.2 壓力對液泵性能的影響

保持變頻器頻率數(shù)值在50Hz，對BZ835、BZ850進(jìn)行壓力試驗，記錄扭矩儀面板顯示試驗轉(zhuǎn)速[n′]、軸功率[N]，有規(guī)律地改變排出壓力表讀數(shù)，測量不同壓力下往復(fù)泵流量[Q]，經(jīng)換算，整理得BZ835、BZ850壓力試驗表，如表4和表5所示。

由表4和表5分析可知：隨著排出壓力的增大，泵容積效率線性減小，但變化比較平緩，總能保持較高效率范圍。在較小壓力區(qū)間（如泵BZ835在1～3 MPa）內(nèi)，泵效率隨壓力變化的關(guān)系比較明顯;壓力較大（如泵BZ850在3～8 MPa）時，曲線趨于平緩，泵效率增大較小;若壓力值繼續(xù)增大（如BZ835在7 MPa，BZ850在8 MPa）時，泵效率開始降低;軸功率隨著排出壓力的增大而線性增大，且變化關(guān)系比較明顯。由此可知，排出壓力對軸功率的影響較大，若需要提高柱塞泵排出壓力，則要提高泵輸入功率;存在一個壓力區(qū)間，該范圍內(nèi)泵效率保持在較高值，并呈緩慢增大趨勢。

4 結(jié)論

①存在一個最佳轉(zhuǎn)速區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)柱塞泵容積效率和泵效率均保持較高數(shù)值，流量在此區(qū)間內(nèi)隨轉(zhuǎn)速增大而線性增大。要增減一臺柱塞泵的流量，在該泵最佳轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，只需增減轉(zhuǎn)速即可實現(xiàn)。

②存在一個最佳壓力區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)柱塞泵效率數(shù)值較高并緩慢增長;在液力端能夠承受的壓力區(qū)間內(nèi)，要提高柱塞泵排出壓力，只要提高軸功率即可達(dá)到目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]周立新，傅錫敏，龔艷.往復(fù)泵液泵試驗臺的研制[J].農(nóng)業(yè)裝備，2007（12）：16-17

[2]《往復(fù)泵設(shè)計》編寫組.往復(fù)泵設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[3]朱俊華.往復(fù)泵及其他類型泵[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.