可變溫液壓油流量標準裝置動力系統設計

王俊濤 玄春青 蒲莉萍

摘 要：簡要介紹液壓油流量標準裝置原理、特性等。依據此標準特性確定了動力系統方案，在對液體泵特性分析的基礎上選擇了滿足要求的液體泵并設計了并聯式泵組結構。

關鍵詞：液壓油；流量標準裝置；螺桿泵；離心泵

引言

流量標準裝置主要用于流量計性能的測試，復現流量量值，并最終溯源到國家的基本量基準。動力系統是液體裝置的核心部件，其運行狀態將直接影響裝置的性能[1][2]。潤滑油作為各液壓系統動作傳遞介質在民用、航空、航天等相關工業設備中都有廣泛應用，以航空液壓油為介質的流量計數量非常之大，類型多種多樣。不斷建立各種特性的液壓油流量標準已經成為趨勢。

本文以我站所研制某液壓油流量標準裝置為基礎，根據其特性及要求，設計其動力系統。此動力系統具有較好的可移植性，設計方法對以期對液體流量標準裝置設計加工及使用具有一定的指導意義。

1 裝置介紹

1.1 裝置主要技術指標

（1）變溫范圍：（-20～80）℃；

（2）溫控精度：±1℃；

（3）流量范圍：（0.1～40）m3/h；

（4）不確定度（k=2）：0.05%。

1.2 裝置基本原理

液體流量標準裝置按原理主要分為，靜態質量法、靜態容積法、動態質量法、動態容積法、體積管等，無論哪種原理，性能良好的動力源，穩定的流場是他們共同的要求。本裝置采用靜態質量法原理，其原理框圖如圖1所示。裝置主要由儲油箱，油泵，穩壓罐，被檢表，換向器，衡器以及閥門管路等其它附件組成[1][2][3]。存儲箱為系統供應油液和接收回流油液，油泵為系統介質流動提供動力，穩壓罐起到穩壓作用，溢流閥溢流穩壓保護系統，換向器控制流體方向，衡器稱量介質重量。

圖1 裝置原理圖

2 動力系統設計

2.1 方案

在液體流量標準裝置中，動力驅動系統主要作用是為裝置提供穩定的動力，它是機械部分的主要組成部分。它將原動機（如電動機等）輸入的機械能轉換為壓力能，驅動流體介質在整個裝置內循環流動。

從設計指標看，本裝置流量范圍較大，且具有變溫試驗功能。依據其自身特點及靜態質量法液體流量標準裝置對動力系統的要求，本裝置選用液體泵結合變頻調速器穩作為裝置動力系統。

2.2 泵的選擇

實際應用中，泵的種類多種多樣，按原理主要分為：容積式泵、葉輪式泵、噴射式泵等。液體流量標準裝置對動力系統的主要要求是流量、壓力穩定，額定流量可達裝置設計要求。同時，本裝置亦要求泵能夠滿足變溫需要。

離心泵是葉輪式原理泵，依靠葉輪高速旋轉時產生的離心力帶動液體轉動，并將其甩出，從而達到輸送液體的目的。其主要特點有：流量范圍大；流量和壓力都比較穩，無波動；調節和維修容易，易于實現自動化和遠距離操作，因此購置和修理費用都較低廉；離心泵在起動前需先灌泵或用真空泵將泵內空氣抽出。液體粘度對泵的性能影響較大，當液體粘度增加時，泵的流量、揚程、吸程和效率都會顯著地降低；離心泵在小流量高揚程的情況下應用受到一定的限制.因為小流量離心泵泵體流道很窄，制造困難，同時效率也很低[4][5]。

螺桿泵是一種依靠泵體與螺桿所形成的嚙合空間容積變化和移動來輸送液體或使之增壓的回轉泵。螺桿泵按螺桿數目分為單螺桿泵、雙螺桿泵和三螺桿泵等。其主要特點有：壓力和流量范圍寬闊；運送液體的種類和粘度范圍寬廣；吸入性能好，具有自吸能力；.流量均勻連續，振動小，噪音低；與其它回轉泵相比，對進入的氣體和污物不太敏感；結構堅實，安裝保養容易[4][5]。

根據裝置要求及以上所介紹泵的特點，本裝置選擇離心泵和螺桿泵并聯使用。離心泵主要用于常溫、高溫狀態，在滿足系統要求的情況下有效降低成本。螺桿泵選用單螺桿泵，螺桿泵主要在低溫粘度較大時使用，液壓油粘度受溫度影響較大，低溫時粘度較大，螺桿泵能夠很好滿足低粘度下對介質的輸送，同時，通過控制轉速能夠滿足微小流量要求，單螺桿泵體積相對較小，同時亦可滿足裝置需要。

為了滿足系統需要，本裝置動力系統由三個相互獨立的動力裝置組成，每個動力裝置主要由液壓泵、電機、變頻器等組成。本系統設計時，液壓泵、交流電機作為整體選擇的。根據前文本裝置設計參數及要求，為本裝置選擇兩臺離心泵，一臺螺桿泵。具體類型、參數等信息列于表1中。

表1 泵參數

2.3結構設計

以上對本液壓油裝置動力系統進行了分析選擇，動力系統由三個相互獨立的動力裝置組成，包括兩臺離心泵，一臺螺桿泵，要求它們可以分別單獨使用，根據要求，設計并聯式結構如圖2所示。

圖2 靜態質量法液體流量標準裝置原理圖

多臺泵并聯安裝，吸油口分別與油箱相連（此處不考慮過濾要求），每臺泵的出油口安裝一個單項閥，而后分別與穩壓罐相連。單向閥保證其所串聯泵不工作時，油液不會通過其安裝管路回流。

3 結束語

簡要介紹了液壓油流量標準裝置的特點及對動力系統的要求，確定了泵加穩壓罐的動力系統方案。根據裝置特點及不同泵的特定，分別對常溫、高溫、大流量選擇了離心泵，低溫、小流量選擇了螺桿泵。并設計了并聯式結構，保證每臺泵可單獨使用。經實際檢測分析，本動力系統運行穩定，能夠很好滿足裝置設計需要。

參考文獻

[1]蘇彥勛，梁國偉，盛健.流量計量與測試（第二版），北京.中國計量出版社，2007.

[2]國家質量監督檢驗檢疫總局，JJG164-2000，《液體流量標準裝置國家計量檢定規程》，北京，中國計量出版社，2000.

[3]王池，王自和，張寶珠，孫淮清.《流量測試技術全書》，北京，化學工業出版社，2012.

[4]成大先.《機械設計手冊-液壓傳動》.北京，化學工業出版社，2004.

[5]冀宏，楊華勇，楊叔子等.《液壓氣壓傳動與控制》.湖北 華中科技大學出版社 （2009-09出版） .

[6]范存德.《液壓技術手冊》.遼寧.遼寧科學技術出版社，2004.

作者簡介：王俊濤（1981.6-），男，河南開封，碩士研究生，工程師，主要研究方向：流量計量。