如何解决柱塞泵流量波动的问题

流量波动是柱塞泵的主要缺点之一，这是由其运动特性所决定的。由于流量变化引起的压力波动，使吸入和排出管线产生振动，从而影响柱塞泵的使用寿命。每一次往复运动，柱塞的冲程体积等于输送介质的体积，在此假定条件下，柱塞泵在曲轴旋转一周时，排出液体的体积除以曲轴旋转一周所需的时间为柱塞泵每一缸的理论排量，记为Qm；曲轴转动的某一个瞬时的流量为瞬时流量，记为Q（α）。理论上，单位时间内柱塞泵所输送液体的体积与泵的活塞面积、冲程、冲次呈正相关。因此，每一个液缸在排出过程中产生的瞬时排量等于柱塞在该时刻的瞬时速度与柱塞截面积的乘积。求柱塞泵的流量，首先要求柱塞的截面积。多缸柱塞泵的瞬时流量表达式为：

式中，m 为排流过程中的柱塞数，当柱塞泵的活塞数为偶数时，m＝Z／2，当活塞数为奇数时，m＝（Z ±1）／2；当0≤α≤π／Z 时，取正，当π／Z≤α≤2π／Z 时，取负。DW 系列柱塞泵为对称排列，所以先求出单侧的每个液缸在曲柄转角为α 时的瞬时流量。柱塞泵的一个冲程分为吸入、排出两个过程，曲柄转角为0≤α≤π 时，是往复泵的吸入过程；曲柄转角为π≤α≤2π 时，是柱塞泵的排出过程。表10－3 为对置式柱塞泵在曲柄旋转一周时的瞬时流量表达式。

表10-3　对置式柱塞泵的瞬时流量表达式

续表

根据表10－3 所表达的对置式柱塞泵瞬时流量的表达式，利用MATLAB 软件绘制出对置式柱塞泵瞬时流量随曲柄转角α 的变化示意图，如图10－5 所示。

图10-5　对置式往复泵瞬时流量变化示意图(www.xing528.com)

由图10－5 可见，柱塞泵的流量是脉动的、不均匀的。在理论上，其瞬时排量是不均匀的，不均匀程度由瞬时流量和平均流量两个指标来衡量，称为脉动频率。用脉动频率这两个指标可以分别反映理论上瞬时流量的最大值和最小值相较于理论平均流量的变化幅度。单缸柱塞泵的理论平均流量为：

在多缸柱塞泵中，假设液缸的数量为N，那么该柱塞泵的理论平均流量为：

用两个脉动频率数值来反映柱塞泵瞬时流量的变化幅度会显得复杂，因此引入排量不均匀度ηQ 来反映往复泵在排液过程中的不均匀程度。

对液缸数量不同的柱塞泵，其脉动频率和排量不均匀程度是随着液缸数量的增加而变化的，见表10－4。

表10-4　柱塞泵的流量脉动频率和不均匀度

由于柱塞泵的输出流量具有不均匀性，在排出液体的过程中，会引起排出压力的脉动，当排出压力的脉动频率是管路自振频率的整数倍时，将会引起管路的共振。柱塞泵的流量和压力不均匀性会造成动力端的负载不均匀，加大了柱塞泵零部件的磨损程度，缩短了管路的寿命。流量不均匀和压力脉动是由柱塞泵的结构特点决定的，也限制了柱塞泵的发展及应用。由表10－4 可见，随着液缸数量的增加，其流量不均匀程度会有下降，尤其是液缸数量为奇数时，其脉动频率会减小，因此，选择合适的液缸数量及增加空气室，可以减少柱塞泵管路因流量脉动和压力脉动引起的振动。