柱塞泵单向阀球与活塞直径比值对工作精度的影响

　　柱塞泵是一种能调节输送液体流量的往复泵,它具有供送能量大,特性曲线很少受温度、粘度和液体的其它物理性质等干扰因素的影响,流量准确可调,运行效率高,吸收性能好,适应范围广等特点,是现代化连续生产提高产品质量的重要配套设备,在石油、冶金、电力、军工等部门中广泛使用。我国在使用和制造计量泵方面起步较晚, 20世纪60年代初开始生产计量泵, 90年代以后,计量泵以每年递增10%以上的速度迅速发展。

　　柱塞泵的活塞直径D和单向阀阀球直径的比例关系是计量泵工作精度的一个重要参数,如图1所示。D /过大,柱塞的工作行程会使排液单向阀钢球迅速升起过高,且活塞回程开始时钢球不能及时下落,导致实际排除的液体流量Q2小于应排除的液体容积Q1,产生计量误差; D /过小,柱塞的工作行程不能使排液单向阀钢球迅速升起合适的高度,且活塞回程不能使进液单向阀钢球迅速升起合适的高度而影响应吸入的流量,同样会产生计量误差。设计制造优良者,泵的工作精度可达0.3%[1]。因此,要减少单向阀阀球直径对计量误差的影响,就必须认真研究该系统中存在的“阀球直径”,“活塞直径”以及“活塞频率”之间的关系。

　　1 阀球直径与活塞直径对柱塞泵精度影响的实验研究

　　1.1 工作精度的定义

　　为了评价柱塞泵工作精度的高低,引用了工作精度(用工作误差来衡量)的概念。

　　工作误差指在规定的外界条件下,在某固定的流量指示值的情况下,输入与输出流量的差值,或者说是各次测量值的离散程度。在数值上可用极限相对误差来表示,其值愈小,说明误差越小.输入量与输出量的复现程度越高,即柱塞泵的工作精度越高。误差E可由下式求出[1]:

　　式中: Qi)第i次测量的流量值; n)测量次数;

次测量的流量值的算术平均值,　　

　　1.2 工作误差的实验数据

　　由式(1)计算不同实验条件下的计量误差,见表1。

　　1.3 工作误差的曲线图

　　将表1所示的试验结果绘制在图2所示的以D /为横坐标、工作误差E为纵坐标的坐标系上,可得不同频率下直径与阀球直径比值(D /对工作误差的影响规律。通过图例直观反映出三种频率f下不同D /的情况下误差最小的D /比值很接近,都在2.8附近。经过拟合曲线图分析,对各条件下的试验数值进行拟合曲线分析,可得D /的最优点。

　　2 对工作误差的研究

　　以频率等于2Hz时为例,结合图2所示的误差曲线图,可得数值分析结果:在活塞直径与钢球直径比值2.2~2.9之间进行分段拟合曲线,可得:设分段条件下二次拟合曲线一般表达式[2]为: y=ax²+bx+c则各段二次拟合曲线结果为: