液壓隔膜計量泵是石油工業、化學工程和水處理工程中較為常見和重要的單元設備之一。目前，隔膜計量泵行業在國內外發展已日趨成熟，對計量泵及系統開展了許多相關的研究。但在隔膜計量泵的使用中，經常遇到的問題是該泵受補油系統的影響使其自吸能力大大降低。為此，張艷紅在文獻中分析隔膜式計量泵隔膜片損壞原因基礎上，對該泵的補油系統進行了改進；柴立平、李強等在文獻中對隔膜計量泵進行了改良設計并提高了汽蝕性能；苗長山等對高壓計量泵單向閥的密封元件結構接觸破壞和泄漏進行了有限元分析，來減小高壓隔膜計量泵的密封泄漏問題，提高計量精度。本文在分析內部流動原理的基礎上，通過采用階梯式活塞結構對隔膜計量泵進行強制補油，從而解決提高隔膜計量泵自吸能力這一難題。

一、東莞南方水泵廠的隔膜計量泵工作原理

如圖1(a)所示傳統隔膜計量泵由動力端提供動力，作用在階梯式活塞上，使其做往復運動，進而使隔膜壓力腔體內容積發生變化，隔膜計量泵從而完成吸入與排出過程。本文提供的階梯式活塞結構是一種分步式強制補油系統，即階梯式活塞向后運動時使柱塞腔形成真空，帶動隔膜的運動，使隔膜壓力腔形成真空，進而打開進口閥使介質被吸入。此時，階梯式活塞與泵缸體之間形成一真空腔體，當腔體內壓力小于補油單向閥調節壓力時，機械油進入真空腔體內；當階梯式活塞向前推動時隔膜受到柱塞腔內容積的變化而向前運動，進而將介質通過排出閥排出。此時，真空腔體內的機械油被補進隔膜壓力腔內，這樣分步式強制補油方式能夠解決隔膜計量泵高自吸難題，如圖1(b)所示。

二、南方水泵廠分析隔膜計量泵的流體動力學

在隔膜計量泵設計過程中，要求得到準確的吸上真空度，本文通過建立補油單向閥調節壓力與栗吸上真空之間的關系，可準確計算階梯式活塞強制性補油隔膜計量泵的吸上真空度。

1、隔膜計置泵內流動分析

為了便于對隔膜計量泵內部流動進行分析，本文采用3個假設：a)流體不可壓縮；b)不考慮由于機械摩擦而導致腔體內部溫度的變化；c)階梯式活塞的運動與流體運動同步。

設隔膜兩側間的壓力差為AP；當流體吸入過程中，進口壓力為P1；出口壓力為隔膜壓力腔內的壓力為P3；真空腔體內的壓力為P4。

2、曲柄運動廣東南方水泵隔膜計量泵的吸入速度和加速度

以曲柄連桿為例來計算隔膜計量泵的吸入速度和加速度，如圖2所示。

三、試驗研究

為了對隔膜計量泵進行試驗研究，本文提供了一種簡易的實驗裝置如圖3所示，通過用透明軟管與泵進口相連，通過車間里行車來提髙透明軟管的高度，通過慢慢調節其高度直至隔膜計量泵恰好不能正常工作，并記錄下來，此時就近似認為隔膜計量泵的吸上真空度就是標定值。

試驗結果表明：在設計工況流量Q=1700L/h條件下，通過標記透明軟管，再用卷尺測出其正常運行情況下的最大的吸上高度，即為隔膜計量泵的自吸髙度，測得其自吸髙度可以達到Ha'=6.44m，這與傳統結構型式的隔膜計量泵Hs'=4.96m相比提髙了1.48m。

四、結論

本文提供了一種基于階梯式活塞結構的強制性補油系統，以提高隔膜計量泵自吸能力，并應用力學原理得到了階梯式活塞與缸體所形成的真空腔壓力與吸上真空度之間的關系，為真空腔體的設計提供了理論依據。通過對隔膜計量泵的試驗研究表明，在設計工況條件下，試驗結果與設計要求相比誤差小于1%。

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