齒輪油泵代替柱塞泵功能技術情況分析

因受定排量的結構限制，通常認為齒輪油泵僅能作恒流量液壓源使用。然而，附件入螺紋聯接組合閥方案對于提高其功能、降低系統成本及提高系統可靠性是有效的，因而，齒輪油泵的性能可接近價昂、復雜的柱塞泵。

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，其中有些是實踐證明可行的基本回路，而有些則屬創新研究。

卸載回路

卸載元件將在大流量泵與小功率單泵結合起來。液體從兩個泵的出口排出，起到達到預定壓力和(或)流量。這時，大流量泵便把流量從其出口循環到入口，從而減少了該泵對系統的輸出流量，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未卸載排量占總排量的比率，組合或螺紋聯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閉，當給閥一操縱信號時，閥的通斷狀態好被切換。杠桿或其它機械機構是操縱這種閥的簡單方法。

導控(氣動或液壓)卸載閥是操縱方式的一種改進，因為此為閥可進行遠程控制。其大的進展是采用電氣或電子關控制電磁閥，它不僅可用遠程控制，而且可用微機自動控制，通常認為這種簡單的卸載技術是應用的情況。

人工操縱卸載元件常用于為快速運作而需大流量及快速運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。回路的卸載無操縱信號作用時，回路一直輸出大流量。對于常開閥，在常態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。回路壓力達到溢流閥預調值時，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達到系統壓力即卸的自動卸載元件，普遍用于測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。該閥中的固定節流孔尺寸按設備的發動機速度所需流量確定。若發動機速度超出此范圍，則節流小孔壓降將增加，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大流量節流的尺寸，故此回路能耗少、工作平穩且成本較低。這種回路的典型應用是，限定回路流量達范圍以提高整個系統的性能，或限定機器高速行駛期間的回路壓力。常用于垃圾運載卡車等。

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，無論達到預定壓力還是流量，都會卸載。設備在空轉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。因為此種回路具有較寬的負載和速度變化范圍，故常用于挖掘設備。

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，兩組泵由同一原動機驅動，每臺磁接受另一卸載泵的導控卸載信號。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泵大流量下工作。兩只溢流閥可按每個回路特殊的壓力調整，以使一臺或兩臺泵卸載。此方案減少了功率需求，故可采用小容量價廉原動機。

優先流量控制

不論泵的轉速、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用是汽車起重機上常可見到的轉向機構，它省去了一個泵。

負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，直至其大調整值。此回路可替代標準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。負載傳感比列流量控制閥與一次流量控制閥一樣，其典型應用是動力轉向機構。

旁路流量控制

對于旁路流量控制，不論泵的轉速或工作壓力高低，泵總按預定大值向系統供液，多余部分排回油箱或泵的入口。此方案限制了系統的流量，使其具有性能。其優點是，通過回路規模來控制大調整流量，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)范圍的中團式負載傳感控制閥一起設計。此種型式的齒輪泵回路，常用于限制液壓操縱以使發動機達速度的垃圾載卡車或動力轉向泵回路中，也可用于固定式機械設備。

干式吸油閥

干式吸油閥是一種氣控液壓閥，它用于泵進油節流，當設備的液壓空載時，僅使極小流量通過泵;而在有負載時，全流量吸入泵。這種回路可省去泵與原動機間的離合器，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備的原動機功率。另外，還降低了泵在空載時的噪聲。干式吸油閥回路可用于由內燃機驅動的任何車輛中開關式液壓系統，例如垃圾裝填卡車及工業設備。

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，是整個系統的成本，與價昂的柱塞泵相比，齒輪泵以其成本較低、回路簡單、過濾要求低等特點，成為許多應用場合切實可行的選擇方案。

淺談排污泵排水自動化

在水電站基坑開挖及其它深挖工程施工時，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，水泵體內就會因充滿大量氣體而空轉不上水，從而會危害水泵的安全運行，造成能源的損耗。在施工實踐中，為了能確保控制低水位，必須要：

①調節水泵閥門來控制流量，以避免水抽干后泵體內進氣;

②關閉水泵閥門，水位低于低限制水位線時就人為停機。

基于以上兩種情況，本著利用現有的設備，只添加一些附件和電路，使輕載水泵能全載運行，從而達到既可自動控制減輕勞動強度的目的，又能節約能源消耗并減少工程投資。

1 排污泵自動化控制元器件

1.1 磁鋼浮子式水位信號器

浮子是一個內裝永磁鐵的可浮動的塑料球。水位的升降使浮子相應地產生變化，磁鐵的磁力使導管內的干簧接點動作，發出相應的水面信號，水位信號器原理見圖1。

1.2 示流信號器

示流信號器的原理見圖2。

當管中流量大于信號器規定的動作流量值時，靶及靶桿受力并帶動微動開關，使其常閉接點斷開，常開接點閉合，發出正常信號;當管中水流量減小時，靶桿上的作用力矩也減小。當流量小到低于信號器動作整定值時，微動開關常閉接點閉合、常開接點斷開發出報警信號。

1.3 水位自動檢測與顯示電路

1.3.1 水位檢測電路圖

若水位的相應變化能通過信號燈顯示出來，則為水泵的開停機提供了良好的監測作用。圖3即為水位自動控制與顯示電路圖。

1.3.2 水位自動檢測與顯示電路原理

當水位的變化使水位信號器中的浮子移動到下限水位位置時，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常開觸點閉合，常閉觸點斷開，電流經A點→1ZJ常閉

當水位到達低水位時，浮子的磁鐵靠近低水位干簧管1G，1G常開接點閉合。電流經A點→1C

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

2 水位自動控制

2.1 排污泵自動、手動排水示意圖(見圖4)。

(1)潛水泵自動控制電路，見圖5。

潛水泵自動排水簡單可靠，可實現無人值班看守運行，適用于滲水、積水量不大的低洼地區。

(2)潛水泵自動、手動排水工作原理控制電路見圖5。

合上HK開關，拉開ZK開關即為手動排水，原理簡單，不再贅述。

2.2 有底閥灌水的離心泵自動控制

(1)有底閥的離心泵自動灌水示意圖見圖6。

做一水箱專為離心泵灌水，使水泵泵體內時刻充滿水。水泵的吸水管徑在300 mm以下的小型水泵，可在吸水管上設置底閥，開泵前向吸水管中灌水啟動，設備和方法都較簡單。由于吸水管水頭損失較大，且底閥易被雜質、泥沙等堵塞而關不嚴，影響灌水啟動，需經常清理，故只適用于小型水泵。每臺離心泵出水管上一般都安置逆止閥，當揚程在20 m以下時，可以不設逆止閥。

(2)水箱澆灌水自動控制電路設計見圖7。

為確保水箱內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離心泵為準，可采用防腐處理過的開口油箱即可。

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

(3)有底閥的離心泵水位自動控制與顯示電路設計見圖8。

(4)有底閥的離心泵自動控制電路原理見圖9。

和0XD信號燈斷電，繼電器斷電，銜接回歸原位，下限水位信號燈滅。1ZJ常閉接點的斷開，使得2號電機回路中2C線圈回路切斷，2號電機不能運行。

1ZJ常開觸點的閉合發生下列動作：

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

控制線路自鎖;

(b)1號電機控制回路電流經C點→1TA按鈕→1ZJ常開(閉合)→0ZJ常閉→1C線圈→1RJ常閉→A點。

1ZJ常開接點啟動1號電機，1C接觸器吸合后，自保觸點閉合，自鎖回路，(注：1ZJ常開接點1 s后會斷開，因此，1ZJ常開觸點只閉合1 s)。

1SJ時間繼電器通電延時1 s后，1SJ常開接點閉合，自鎖回路;1SJ常閉觸點斷開切斷1ZJ線圈回路。

依此類推，中水位干簧管常開接點2G閉合時，和上述情況相似，分別會使2XD信號燈亮顯示中水位和啟動2號離心泵電機運行。

綜上所述，水位到達下限水位時停1號電機;水位到達低水位時啟動1號泵電機，停2號泵電機;水位到達中水位時啟動2號泵電機。

另外，從電路圖中還可看出，當1號泵上水量小或流量中斷時，示流信號器1SLX常閉接點閉合。電流經A點→1C常開(已閉合)→1SLX常閉→1DL→0點，電鈴1DL報警、鳴叫。2號泵流量小或不上水時，電鈴2DL報警鳴叫。

(5)帶底閥的離心泵自動控制失靈時，可改為手動操作。這時只需拉下HK開關，按常規方法進行手工操作。

2.3 無底閥的離心泵排水自動化

2.3.1 真空吊水分析

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

據有關資料統計，有不少大型的給水泵站、排水泵站用的是水環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、自動排氣閥、電接點真空壓力表等設備。通過對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、進水管中難免漏氣，實際上并不是很理想。筆者認為，去掉真空罐、水封罐、自動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的比值。

為了檢測氣、水的各自流量，制作了一個氣、水檢測器。該檢測器節省投資、安裝方便，適用于工地排水。結構簡圖見圖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大于真空泵的吸程，以保證氣、水的正常分離。當從離心泵里的氣、水混合物經過氣、水檢測器時，根據氣、水分離原理，氣體的比重輕，大部分從氣管道中經過;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氣體流量;水管道中的示流器檢測水的流量。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充滿水、氣的情況下，離心泵內葉片旋轉能抽上水時，氣體在氣水混合物中所占的小百分比。不同型號的水泵有其不同的氣體流量臨界值，需要在實踐中測定。

氣、水檢測器的原理就是氣體流量大于整定動作流量時，示流器1SLX的電接點閉合或斷開，

出信號，水流量大于整定動作流量時，2SLX的電接點閉合或斷開，發出信號見圖11。它們的組合接點回路的開、斷會發出開啟離心泵的信號。

2.3.2 真空泵吊水示意圖(見圖12)

此電路和上一節中所講的差不多，只不過多加了兩個電磁閥線圈。在開啟離心泵前先開啟真空泵抽出離心泵中的空氣，當空氣和水的混合體被抽上來時，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器中分離。氣體經過氣體管道，水經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轉時打開，而在離心泵運轉時關閉。

真空泵開啟后，電磁閥1DCF通電打開閥門，真空泵吊水，氣、水經過氣、水檢測器時發出開1號離心泵信號，1號離心泵啟動運行。

同理，當積水水位到達中水位時，2ZJ常開接點的閉合開啟真空泵，電磁閥2DCF打開，氣、水經過氣、水檢測器時發出開啟2號離心泵的信號，2號離心泵啟動運行，見圖13。

當自動控制失靈時，可拉下HK開關，合上1SK，開啟真空泵吊水，后開啟1號離心泵。同理，合上2SK，開啟真空泵吊水，再開啟2號離心泵就達到了手動控制的目的。

2.3.3 真空泵吊水自動控制及1號離心泵、2號離心泵自動控制線路設計(見圖14)

當積水水位到達低水位時，1ZJ常開接點的閉開啟真空泵，如在3～5 min內1號泵不開啟時電鈴報警。真空泵開啟后，電磁閥1DCF通電打開閥門，真空吊水、氣、水經過氣、水檢測器時發出開1號離心泵信號，1號離心泵啟動進行。

同理，當積水水位到達中水位時，2ZJ常開接點的閉合開啟真空泵，電磁閥2DCF打開，氣、水經過氣、水檢測器時發出開啟2號離心泵的信號，2號離心泵啟動運行，見圖13。

當自動控制失靈時，可拉下HK開關，合上1SK，開啟真空泵吊水，后開啟1號離心泵。同理，合上2SK，開啟真空泵吊水，再開啟2號離心泵就達到了手動控制的目的。

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

以一枯為例，某一泵點設置了一臺8(20.3 cm)泵，流量為400 m\+3/h，揚程40 m，電機功率為55kW，通常情況下，控制閥門的出水量24 h運轉。基坑滲水量為150 m\+3/h。由于閥門關小了，水泵負載減輕，實測電機運行電流60 A左右，折合功率，按此推算，每臺8(20.3 cm)泵每月可節約13 500 kW·h電。年節約達162 000 kW·h。節電效果明顯，經濟效益可觀。

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