正确的工作泵

液压系统用于从非常传统到非常现代的任务，如风力涡轮机。以可调、可控的动力传输到各种执行器而闻名，它们有一个共同点:系统的核心是液压泵。

泵的基本设计是活塞、齿轮和叶片。其中，齿轮泵和叶片泵主要用于固定流量应用。如今，压力更高、效率更高的可变排量泵的趋势促使轴向变流量柱塞泵的使用越来越多。那么什么样的泵适合你的应用呢?

15个关键问题
要开始选择过程，请回答以下问题:
•应用程序是什么?是有限责任还是需要高速或高功率密度的精密设备?
•适合您正在构建的系统所需的功率或力是什么?
•使用什么类型的执行器?
•每个功能或多个同时功能和总占空比的速度和功率要求是什么?
•系统运行要求是什么?特别是……
•你会用多大的努力和多长时间来运行这个系统?
•需要多少流量?固定流量还是可变流量?
•设备将在什么环境中运行?
操作温度是多少?
•将使用什么流体，粘度是多少?
泵的工作速度有多快:循环速率/响应时间?
•原动机驱动泵的速度有多快?
•可以容忍什么样的噪音水平?
•您会对系统进行保修吗?保修多长时间?
你们会为这个系统/设备提供售后服务吗?

答案将很快指出所需的泵类型和额定值。例如，如果您的应用程序是一台压力约为3,000 psi的有限负荷原木分离器，那么您的最佳泵选择可能是固定流量的高低齿轮泵，这样系统速度和功率可以与泵紧密匹配。但是，如果您的系统需要在泵全速运行的情况下连续24/7运行，最好选择具有长轴承寿命的泵。表-泵选择参考指南-根据系统功能要求将每种泵类型分为1(首选)到4。

具体选择注意事项
开路或闭路:泵可在开路或闭路应用中运行。在闭路系统中，流量从液压泵出口循环到液压马达，然后直接回流到泵的进口。闭合电路通常用于单一旋转功能的应用，如驱动液压绞车电机或推动轮式电机。对于同时需要多种功能的应用，例如推动车辆和提升铲斗，或用于气缸应用，通常选择开路。在一个封闭的回路中，你从电机给泵进料，如果它与气缸功能一起使用，可能会使泵饿死。变量泵可用于闭式和开式两种回路。

负载匹配功率:可变排量泵的一个关键优势是输出(流向执行器的流量)变化以满足应用要求。如果你想让液压马达以特定的速度运行，泵将提供所需的流量。该泵可手动或电动控制，以提供所需的排量。

变量泵控制选项:三种最流行的机械控制选项是压力补偿器、流量补偿器和扭矩(移动应用)或马力(工业应用)限制器。所有这些都向泵发送液压信号，告诉它该做什么。

压力补偿器控制是最基本的。泵体上安装了一个阀门，用于引导油进出泵内的冲程活塞，以确定合适的斜盘角度。(斜板角度控制位移。)在全角度(最大流量)时，内部阀门通风口冲程活塞。当油被输送到冲程活塞时，它将斜盘推到一个较低的角度，以减少泵的输出流量，并使液压马达或液压缸减速。当阀芯转向将油直接输入和输出冲程活塞时，泵排量保持不变。然后斜盘移动所需的位移角，以保持泵在回路中设定的压力。变量泵总能提供所需的精确流量。您可以将阀门设置在最大压力，但流量将根据需要来避免产生热量并节省能源。

齿轮泵在两个啮合齿轮的齿间输送流体。一个齿轮由传动轴驱动，转动一个空挡。齿轮和叶片泵主要用于固定流量应用;它们是容积泵，为泵元件的每个循环提供相同的容积．

流补偿器控制(有时称为负载敏感控制)可以是负载敏感控制和压力补偿控制。它能感知移动液压马达或液压缸所需的压力，并将信号发送回泵控制器，显示完成工作所需的流量和压力。这使得电路更高效，在移动设备中很常见，可以更有效地使用电源。

扭矩限制控制:(在工业应用中，同样的控制被称为马力限制控制)。这些控制限制了泵能抽取的功率。如果你有一台100马力的柴油发动机以恒定速度运行，这个控制可以让你将扭矩限制器(例如)设置为50马力。这就剩下50%的可用电力来驱动其他功能。在运行中，泵改变排量并保持恒定的输出扭矩。扭矩限制器通常用于想要获得尽可能多的电力而不使电动机或柴油发动机熄火的应用程序。

在叶片泵中，叶片在转子的槽中滑动，转子在椭圆形或偏心壳体中旋转。在旋转过程中，大气压力迫使油进入泵的入口一侧。当封闭的空间或体积减小时，液体从出料口被挤出。

电子控制器用于指示安装在泵上的阀门，该阀门控制所需流量或压力水平的位移。这些控制从简单到复杂都有。虽然这项技术更昂贵，但通过电子方式修改泵的运行可以提高运行效率。

操作参数
操作压力:所有泵的设计和额定在故障和/或断裂前处理特定的最大压力。至少，要选择能够承受将要运行的最大压力的泵。一旦执行器(液压缸或马达)的尺寸确定了电路，那么功率水平就决定了泵的工作压力。

泵的驱动速度:我们依靠大气压力将油推入泵内，以使泵在进口口充满油。泵转得越快，抽进去的油就越多。然而，由于管线尺寸、管线长度和端口尺寸的限制，泵的转速越快，将油送入泵的难度就越大。因此，对于给定的进口条件，泵的额定驱动速度是特定的。大多数变量泵的尺寸为在一个大气压下运行，电动机的最低转速至少为1800转/分钟，柴油发动机的最低转速为2400转/分钟。

温度:通常情况下，流体粘度和温度是相关的。温度的主要问题是油的粘度。过高或过低的温度或粘度(或两者都有)会减少泵内部油膜，导致故障。除了使用油来传递动力外，同样的油也被用来润滑泵。变量柱塞泵具有非常小的公差，允许油膜防止泵遭受磨蚀损坏。

系统温度越高，油粘度越低，对金属间接触的保护能力就越弱。相反，低温和高粘度也会限制油的流动和润滑部件的能力。

工作温度也会影响泵密封材料的类型。泵温度超过105ºC(220ºF)将需要氟碳或其他类型的合适密封，而在-40ºC温度范围内运行的泵将使用丁腈或其他合适的密封。泵额定在高温下以特定粘度运行。

操作时间:泵的寿命很难定义，因为有很多变量在起作用——流体类型、污染、粘度加上压力以及泵的冲程。工业上使用的运行小时额定值是平均轴承寿命。在全功率下，在“X”百分比的泵轴承失效之前，您可以运行多少小时?例如，B10轴承寿命意味着不超过10%的轴承将在列出的时间内失效。B50意味着高达50%可能会失败。

体积:泵的大小取决于所需的输出流量。例如:你想以一定的速度移动驱动器。速度换算成油的量。关键是要看你想要泵做的事情的预期最终结果，比如……
•你需要运行多少阶段?
•气缸或电机的尺寸是多少?

所需的流量可以用gpm或lpm来计算。计算将定义提供所需流量所需的泵速。

柱塞泵的设计包括轴向直列、弯轴和径向。弯轴泵通常用于固定流量，高压应用。辐射式设计现在并不常用。

另一个因素是泵的效率，因为一些泵比其他泵的容量效率更高，因为用于润滑泵的内部泄漏。例如:如果你放入100加仑，你可能会因为内部泄漏而损失3加仑。剩下97加仑可用(泵的容积效率为97%)。

不同的泵可能只有90%的效率。在确定泵的尺寸时，需要考虑的是它的效率，以确保有足够的输出流量。

在工作所需的流量和压力下，需要多少功率来转动泵?系统中除了体积损失外，还有机械损失。在确定驱动泵所需的功率时，容积效率和机械效率共同构成了系统的总体效率。

流体类型和粘度:通常情况下，泵使用矿物油，其粘度等级与工作温度相匹配。对于柱塞泵来说，获得最佳润滑寿命的首选粘度范围是在100F时的30至50 cSt。注意，在选择粘度范围时，还必须考虑系统的其他部件。

流体兼容性也是一个问题。商用飞机中使用的磷酸酯液体要求使用乙烯丙烯密封。此外，水基和可生物降解流体的泵密封选择也存在问题。这些特殊的液体也可以改变泵的额定功率。对于水基流体，泵的额定转速可从1800转降至1200转，泵的工作压力也可降低。

入口条件:如前所述，大气压力迫使油进入泵。如果泵蓄水池位于泵入口下方，则可能造成负真空状态。储层的位置非常关键，进口软管的尺寸和配件的数量，以及从储层罐到泵的入口的直角入口转弯等因素也很关键。活塞泵通常可以在泵入口处处理5英寸的水银真空。如果进气条件不好，泵的运行速度也有限制。通过实验确定了1-1.5米/秒(3-5英尺/秒)的标准推荐速度值，以提供足够的入口流量而没有过大的压降。它还确保流体在流入泵时是相当层流的。湍流会使油分离成气泡，从而造成损坏和噪音。

机箱排水压力:记住，内部漏油是用来润滑泵的油。因此，重要的是让油排出，以防止大量的油积聚在泵的情况下。通常，在泵上有一个排水管将油带回储层。这种排水管限制了泵壳内油的压力，并确保活塞末端的拖鞋和其他部件受到保护。

情况下的排水压力也会受到回到水库的排水管道长度或排水管道尺寸的影响。如果太小，就不会有太多的石油进入储层，反压就会形成。大多数柱塞泵的目标是保持壳体排水压力在10到15 psi。

齿轮泵和叶片泵通常没有单独的箱体排水管。任何从压力侧泄漏出来的油都被重新定向到入口重新泵送。随着泵的磨损，这种泄漏增加，直到泵的输出减少，导致执行器中明显的速度损失。柱塞泵通常在泵的外部有一个单独的箱体排水端口。

轴向变流量柱塞泵被推荐用于处理液压系统中的流量或压力变化。这些泵提供了更高的电力使用效率。当缸体旋转时，流体被泵出，活塞顶着凸轮。在可变位移单元中，凸轮是可移动的，通常称为斜盘。

性能测量:你所关心的输出流量，输出压力，功率和泵的速度。泵制造商的资料包括不同压力和速度下的输出流量图表，可以帮助您获得所需的流量。对于压力，文献将说明您可以连续操作泵的最大高压范围。对于速度，如果你有一个发动机将运行在2400转/分，泵将直接安装在它，那么泵将运行在2400转/分。这些图表将帮助您选择可以提供所需流量的泵。此外，还有图表显示泵的运行速度和提供全流量。如果你不需要那么多的流量，图表还显示了泵在部分流量下可以运行多快。泵效率额定值也提供。通常，图表信息基于实际的性能测试数据。即便如此，确保提供的数据是真实的也是明智的。

降噪:噪音问题将在本文的第二部分中讨论，该部分将在未来的《设计世界》上发表。

派克汉尼汾公司
液压泵事业部。
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