CN85108384A - 观察正排量泵的泵特性的方法以及使该方法能实施的泵 - Google Patents

Abstract

本发明特别有关于测量在泵腔(2)内至少有一个往复运动活塞的正排量泵它的流量，该泵腔(2)经过输入阀与输入管路相连以及经过输出阀与输出管路相连，并计数出单位时间内泵的循环次数，同时测得它的容积效率，从而推算出泵的真实流量，用位置传感器来监测输出阀的开、闭瞬间，也可用其他传感器来测定活塞经过它端点位置时的瞬间，以此来测量泵真正的容积效率。

Description

本发明是与观察泵特性的方法有关，诸如正排量泵的容积效率，尤其是它的流量和总流量，该泵至少有一个在泵腔作往复运动的驱动活塞，泵腔与输入管路相连。

流体经过输入阀在泵内加压再经过输出阀送到输出管路，上述输入、输出阀在机械上都与活塞无联系。

正排量容积泵的传送流量理论上等于活塞扫过的容积与单位时间内活塞循环次数的乘积，然而真实流量却不同于上述的计算值，实际上，容积流量不会是100%，我们不能确切知道此数值到底小多少，它是随着单位时间内的活塞循环次数和工作状况的变化而变化。

在安装好情况下和工作速度时泵的“容积效率”，此术语指的是输出管路所输送的高压流体总容量与总的活塞扫过容积之比值。

泵的流量就是它输送流体的速度，除非专门指定是吸入流量。输送流量和吸入流量的差异在于流体的可压缩性以及泵所产生的渗漏。由于对“容积效率”知道甚少，所以流量一般都靠与泵串联的流量计来测量，这种解决办法有它的缺点，即在泵压不同性质的其他流体时，需要更换流量计，因为常规流量计不适用于不同品种的流体，不幸，在实际上所要泵压的流体都是性质上有很大差异，它们可以是腐蚀性的、粘性的、绝缘的甚至含有固体颗粒的液体等。

本发明的目的是该泵在工作时，能测定至少一个泵的特性曲线，特别是直接在泵上测得流量，从而免除使用外部设备。

一般讲，根据本发明的方法是把一个能测定泵至少一个运动件其位置随时间变化而变化的装置装在泵上，上述运动件包括一阀和一个或一个以上的活塞。本发明方法包括分析上述装置送来的信号，很好地测得随时间变化的活塞位置特别是端点位置和至少一个阀随时间变化的开或闭的瞬间，所用的装置可从下面的传感器组中选取：音响传感器、加速度传感器、位置传感器、距离传感器、压力传感器，形变传感器以及力传感器。

更有甚者，本发明方法还包含测定至少一个阀开或闭的瞬间时差和活塞通过相当于死点即端点位置之瞬间，并从活塞的运动中计算出相应的容积效率。

当测定的特性曲线为工作时泵的流量时，在同时测得泵的容积效率时，本发明方法基本上还包含有计算出单位时间内泵的循环次数，此容积效率是从测得的至少一个时差所推算出来的。再通过单位时间内活塞循环次数与泵腔容积之乘积来计算出流量，并以所测之容积效率来加以修正。

用此法测得的容积效率值取决于泵的理论排量与真空排量之间的比值。

正排量泵理论上的工作原理是大家熟悉的，活塞的往复运动把泵腔内流体排到输出管路，同时把流体从输入管路吸入到泵腔内，在理想条件下，当活塞换向时，输入和输出阀立即关闭，活塞扫过的整个容积流体被送到输出管路，而得出100%的容积效率。

然而，真实情况不同于此种理想情况，特别当活门延迟关闭时。

而在活塞扫过泵腔时，输入阀开启而输出阀关闭，在活塞行程的终点，活塞停止并转向，在此瞬间，二阀之间应立即交换它们的位置，可是阀都有一定程度的惯性而且流体经阀门流动都会有摩擦，尽管装有复位弹簧，但输入阀不会立即关闭，一定量的流体继续被送到输入管路，这部分容积的流体不起作用损耗掉了，这样就减小了泵的容积效率。

因此，一旦输入阀已关闭，而输出阀又没有立即打开，一开始时，流体压力必然提高，略微高于输出压力，这就必须压缩整个腔内流体，而并不正好是活塞扫过的容积。这可能会使密封垫和活塞密封圈变形而加大了漏渗，这就又损耗了部分容积的流体，随之容积效率进一步减小。

同样，当活塞在腔内移动，把流体排到输出管路，输入阀打开而输出阀关闭，在活塞行程的终点，活塞停止并转向，可是输出阀并不立即关闭，一定量的流体从输出管路吸回到腔内，这部分容积的流体又进一步加大了损耗，导至泵的容积效率减小。

随后又会对泵腔内的流体减压，或许在输入阀打开前会移动密封垫或使泵能恢复原状（机械呼吸），所能达到的压力应该比阀打开前它另一侧的压力略小，这要取决于流体如何引入至输入口，此压力下可能会出现在比压力工况下该流体的饱和压力还小的情况，结果就会形成空穴和水锤现象。

依靠不断监测阀的关闭和开启瞬间以及活塞的位置，就能精确地计算出流体的损耗量并以此推算出泵的容积效率。

于是根据本发明，第一，通过测量活塞在最大行程位置和输出阀关闭之间的瞬间时差所扫过泵腔的部分容积，第二，通过测量活塞在反向端点位置和输入阀打开之间的瞬间时差所扫过泵腔的部分容积，以此来测定容积效率，容积效率的修正是从泵腔的总容积中减去这二部分损耗容积而得到的。

藉助位移传感器，通过测量随时间变化的活塞位置来测定活塞通过它端点位置的瞬间，如果活塞相对于它的二个端点位置的移动是对称的，上述瞬间可以交替测定，因为活塞来回通过予定位置的二个瞬间所走过的路程是等距离的，例如，上述瞬间相当于固定在活塞上的部件移过固定在泵壳上的距离传感器的一刹那。

因此，测定阀开或关的瞬间有多种方法，直接测定如阀门关闭时，用监测阀门对阀座产生的冲击或用声响来监测壳体和阀座之间液体流过所发出的噪音或通过测量阀门位置的变化来测定阀门相对于阀座随着时间的变化而变化。

也可间接通过测量压力随时间而变化指示出上述瞬间的方法来交替地测定阀的关或开的瞬间，此压力可以是泵腔压力也可以输出管路内的压力。

根据流体的压缩性，通过观察泵腔内压力斜率的升降也能获知上述的瞬间，当活塞开始在泵腔内前进，一直到泵腔内压所作用的力超过输出管路压力和阀门弹簧所作用的力时，输出阀才开打。泵腔内压力的增加取决于流体的压缩性，要是流体是可压缩的，那么在泵腔压力达到输出管路压力和阀门弹簧力二者之和以前，活塞必定会移过某一距离，该距离对应之容积就属于损耗容积，它会导致泵容积效率的减小，通过观察泵腔内压力递增的速度就可计算出流体的压缩性。同样，当压力降低，腔内流体压力减小，流体的压缩性可再次测量。此外，由于给定的流体压力有不正常的长时间增长从而使输出阀开启时间过长，这表明泵内的流体混有气泡。

通过测定泵结构的机械变形、压入阀座的阀门、活塞密封系统的变形与漏渗都可产生上述相似的效果。

根据测定泵容积效率的本发明方法所进行的一些测量，例如其流量也可显示出影响工作过程的故障，所以当泵在工作过程中，且在一定速度情况下，阀门关闭时间额外地长，这表明阀门相应的弹簧有毛病，再则，通过观察压力的变化或听声音也能监测到由于阀座上附有固体颗粒，密封的变质或阀座的侵蚀所引起的阀门渗漏。

这样，通过提供一观察正排量泵容积效率的装置，根据本发明的方法就能测得泵的真空流量，也能监测到工作过程中可能出现的故障。

本发明的优点和其他特点通过下面叙述并参考非限止性实例的附图就可很清楚地看出。

图1和图2是正排量泵的剖视图以说明根据本发明方法测量流量的原理，图1是有关吸入阶段的开始，图2有关泵输出阶段的开始。

图3表明本发明方法原理的曲线图表。

图4为了实施本发明方法把传感器装在泵上的剖视图。

图5表明取自三缸式泵压力曲线的实例。

如图1图2所示，泵包含有一壳体1、泵腔2，腔内有马达驱动作往复运动的活塞3，垫料28用作密封，内腔经过输入阀5与输入管4相连，经过输出阀7与输出管6相连，输入阀门5被弹簧9推向与之相配的固定阀座，弹簧紧压在壳体1上的部件10上，同样，输出阀7也被弹簧12推向与之相配的固定阀座上，而弹簧紧压在壳体1的部件13上。

当活塞3从泵腔2开始移出到最大配合端点位置时，压力的减小引起输入阀5打开，而输出阀则在弹簧12和在腔2的输出管路返回的流体共同作用下关闭，所要泵压的流体经输入管4输入并进入腔2以便充满腔体，然而一旦活塞到达相应在腔2最大位移的另一端点位置（图2），活塞就又移回至腔2迫使输出阀打开，而输入阀5在弹簧9和从输入管路流向腔体的流体共同作用下关闭，而相应活塞3扫过的总容积那部分流体都输送到输出管6。

事实上，这二个容积并不是完全相等，这是因为当活塞从最大端点位置E开始移动时，输出阀并未立即关闭，只有活塞到达E′位置以后，即相当于活塞从E移到E′所扫过的这小部分容积的流体是从输出管吸入。同样，活塞从另一端点位置R开始移动，只有活塞到达R′位置时输入阀才关闭，这是比上述部分容积还大的另外一部分容积的流体毫无价值地送回到输入管4。

图3所示的就是包括S₁S₃瞬间的情景，这时阀5阀7打开，即相当于活塞3在E″和R″的位置，特别能看到，在输出阶段一直要到输入阀在瞬间t3关闭之后，腔2的压力才达到高值也就是在瞬间S3时输出阀还打开着，一直到瞬间t5输出阀关闭时，压力才保持高值。

通过测定相对于理论瞬间值t0，t2的输出阀延迟开和闭的瞬间t1和S，而且通过测量时间间隔t1-t0和S3-t2就能更精确地计算出泵每循环一次所送出的实际容积的流体。通过测定每循环一次的容积效率，随后再考虑到泵在单位时间内的循环次数就可推算出它的输出流量。

阀门关闭的瞬间t1、t3、t5和阀门打开的瞬间S1、S3S5可以用各种装置来测定，例如，图4所示能直接利用阀的移动来测定，如：

-一个或多个装在泵壳合适位置上的加速度传感器来监测阀5和7在关闭时压向对应阀座8和11所产生的冲击。

-声响传感器15和16同样装在泵壳上，布置在靠近阀5和阀7的相应部位，上述传感器对从阀门逸出的流体紊流所发出的噪音很敏感，阀关闭时，噪音随即停止。

-位置传感器17和18来测定阀5和7对应于固定阀座8和11的各自位移并指出阀关闭的瞬间（也可阀开启的瞬间）此类传感器可以是超声波型传感器或涡流型传感器。

-应变片29粘贴在弹簧9和12上，根据弹簧压缩的程度指示出阀的位置。

也可通过监测与阀移动有关的压差来测定泵内各种压力所对应的上述各个瞬间，为此目的，可以考虑下述装置。

-泵腔2的内压，此压力既可用装在部件10上的压力传感器直接测量，也可用装在泵壳体1外的应变片20或用装在壳体1和一个装配螺栓之间的力传感器来测量。

-输入压力可用安置于泵输入管路上的压力传感器来测量。

-输出压力可用安置于泵输出管路上的压力传感器来测量。

根据所要测量的形式，从上述装置中选取合适的传感器，此外，在泵腔2内还可按上温度传感器27。

在本例中，活塞在它的端点位置所对应的瞬间t0，t2，t4由装在壳体1上的距离传感器25来测定，它对装在活塞3上环26的接近很敏感，所测定的瞬间位于环26二次连续通过传感器25的时间间隔中间的值。

图4所示的泵是一个多缸装置，包括若干个相同部分A，B……各部分都装有上述的传感器来测定各自的容积效率。

在有三部分A、B、C组成的三缸泵进行测试时就得出图5所示的压力曲线P_A、P_B、P_C，这些曲线表明三个缸腔内各自压力的变动，曲线A表示出泵出口的压力变动，每个泵循环，曲线P有6个峰值，虚线划出的曲线S表示在B部分传感器25输出的脉冲信号，从这些信号就可推算出瞬间t0，t2，t4，也就是对应活塞移到它的端点E和R。在同一B部分上的阀，由压力曲线P_B的拐角上所标出的关闭瞬间t1、t2、t3和开启瞬间S1、S3、S5也都标在图上。相对于瞬间t0、t2、t4的输出阀的开和闭的瞬间，它们之间的相互补偿可用来计算出上述部分的容积效率，其他二部分A和C也可用同样方式进行计算，这样就可测定泵总的容积效率。随后再测定泵的流量。这类泵中，一般说来一个距离传感器25便够了。

更普遍的是分析各个传感器传来的信号（专门的，但不是独占的，辨认出图5所示一个或多个压力曲线的形状）就能测定泵在工作过程中的所有特性，并且还能很迅速、精确地监测到不正常工作状况，特别当弹簧断裂时，就能监测到是否有任何性质的内部漏损和外部漏损，是否有恶劣的入口情况（气穴，空气和气体溶于流体中）等。

在泄漏的情况下，也能测量出泄漏，因而能以很大精度来更正泵的流量。

Claims (18)

1、测定正排量泵工作中至少一个泵特性的方法，该泵包含有泵腔内至少一个作往复运动的活塞，泵腔经过输入阀5与输送流体的输入管路相连，经过输出阀与输出管路相连，上述的阀与活塞机械上都是相互独立的，其特征是能测定至少一个移动件位置随时间变化的装置，并安置在泵上，进而分析上述装置传来的信号。

2、按照权利要求1的方法，其特征是至少测定上述活塞（3）随时间变化的位置和阀（5、7）中至少一个随时间变化的开与关的瞬间，分析所用的传感器传出的信号。

3、按照权利要求1或2的方法，其特征是可从下面选取上述装置：音响传感器、位置传感器、距离传感器、压力传感器、形变传感器和力传感器。

4、按照权利要求2或3的方法，其特征是至少测定上述阀（5、7）中至少一个开、关瞬间的时差，和活塞（3）通过相应于死点的端点位置（E，R）瞬间的时差。

5、按照权利要求4的方法，其特征是用测量流体的压力和活塞的位置来测定泵的特性。

6、按照权利要求4或5的方法，其特征是所测定的特性是泵在工作中输送的流量，此方法基本上包含有计数出单位时间内泵的循环次数，同时测得泵的容积效率，从测定至少一个瞬时差推算出上述的效率以及通过所测容积效率修正后的泵腔（2）容积再乘上单位时间内的循环次数来计算出流量。

7、按照权利要求6的方法其特征是由测量活塞（3）扫过泵腔（2）的部分容积来测定容积效率首先活塞在腔内通过它的最大配合位置（E）的瞬间（tO）与输出阀（7）关闭瞬间（tl）之间所扫过的容积，其次，活塞通过它相反端点位置（R）的瞬间（t2）与输出阀（7）开启瞬间（S3）之间所扫过的容积，用上述活塞扫过的容积减去上述这二小部分容积再除以上述活塞扫过的容积就得出修正后的容积效率。

8、按照权利要求4到7中任一项的方法，其特征是由测量活塞随时间变化的不同位置来测定活塞通过它端点位置的各瞬间（t0，t2，t4）。

9、按照权利要求4到7中任一项的方法，其特征是作为活塞通过予定位置二个依次相续瞬间之间走的都是等距离，以此来测定活塞通过端点位置的瞬间（t0，t2，t4）。

10、按照权利要求4到7中任意一项的方法，其特征是由监测阀门紧压在阀座（8、11）所产生的冲击来测定阀（5、7）关闭的瞬间（t1，t3，t5）。

11、按照权利要求4到7中任一项的方法，其特征是用声响装置监测发自阀（5、7）和阀座（8、11）中间流体的噪音，来测定阀（5、7）开、闭的瞬间（t1、t3、t5……S1、S3，S5）。

12、按照权利要求4到7中任一项的方法，其特征是用测量阀门相对于阀座（8、11）随时间变化的位置来测定阀（5、7）开、闭的瞬间（t1，t3，t5……S1，S3，S5）

13、按照权利要求5到7中任一项的方法，其特征是用测量随时间变化的泵腔内压来测定阀（5、7）开、闭的瞬间（t1，t3，t5……S1，S2，S5）。

14、按照权利要求5到7中任一项的方法，其特征是用测量随时间变化的输入、输出管路以及泵腔内的压力来测定阀（5、7）开、闭的瞬间（t1、t3、t5……S1，S3，S5）。

15、按照权利要求1到14中任一项的方法，其特征是特别用从输出阀7延迟打开的信号来测定流体的可压缩性。

16、按照权利要求1到15中任一项方法的应用，当采用给定流体工作时来监视泵中至少一个部件的工作状况，及其功能和特性。

17、按照权利要求1到15中任一项的方法，根据上述方法在正排量泵上装上尤其使输入和输出阀开、闭瞬间能测定的传感器。

18、按照权利要求7的方法所实施的泵，其特征是装上使活塞的端点位置能测定的传感器（25，26），装上使输出阀（7）的开（S1，S3，S5……）闭（t1，t3，t5）瞬间能测定的传感器。

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