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液压泵和马达:考虑效率

在基于状态的维护环境中,更换液压泵或马达的决定通常基于轴承剩余寿命或效率下降,以先发生者为准。

尽管预测性维修技术最近取得了进步,但维修专业人员仍无法准确地确定泵或电机的剩余轴承寿命。

另一方面,恶化的效率很容易检测到,因为它通常通过增加循环时间来显示。换句话说,机器会减速。发生这种情况时,并不总是需要对效率损失进行量化。原因是,如果机器减速到其循环时间慢得令人无法接受的程度,则泵或电机将被更换。故事结束了。

然而,在某些情况下,量化泵或电机的实际效率并将其与部件的固有效率进行比较可能是有帮助的,甚至是必要的。为此,了解液压泵和电机的额定效率至关重要。

用于描述液压泵(和马达)的效率分为三类:容积效率、机械/液压效率和总体效率。

容积效率通过将泵在给定压力下输送的实际流量除以其理论流量来确定。理论流量的计算方法是将泵的每转排量乘以泵的驱动速度。因此,如果泵的排量为100cc /rev,并以1000rpm驱动,其理论流量为100升/分钟。

实际必须使用流量计测量流量。如果在测试时,上述泵在207巴(3000磅/平方英寸)下的实际流量为90升/分钟,我们可以说该泵在207巴(90/100 x 100=90%)下的容积效率为90%。

体积效率是我们在现场最常用的方法,通过液压泵磨损或损坏导致的内部泄漏增加来确定液压泵的状态。但如果不参考理论流量,流量计测量的实际流量就没有意义。

泵的机械/液压效率是通过除以理论由发动机驱动所需的扭矩实际驱动它所需的扭矩。100%的机械/液压效率意味着,如果泵在零压力下输送流量,则不需要任何力或扭矩来驱动它。凭直觉,我们知道这是不可能的,由于机械和流体摩擦。

与理论流量一样,可以计算理论驱动扭矩。对于上述泵,国际单位制:100 cc/rev x 207 bar/20 xπ=329牛顿米。但与实际流量一样,必须测量实际驱动扭矩,这需要使用测功机。这不是我们在实地可以或需要做的事情。但是,在本例中,让我们假设实际驱动扭矩为360 Nm。机械/液压效率为91% (329 / 360 x 100 = 91%)。

总体效率是容积效率和机械/液压效率的乘积。所以继续上面的例子,泵的整体效率是0.9 × 0.91 × 100 = 82%。不同类型液压泵的典型总体效率如图所示表1

系统设计者使用泵制造商的容积效率值来计算实际在特定的压力下,给定排量的泵将输出的流量。如前所述,容积效率也用于评估泵的状态,根据磨损或损坏导致的内部泄漏增加。

例如:

考虑一个变数泵最大流速为100升/分钟。如果在全排量下对其进行流量测试,且测量的流量为90升/分钟,则计算的容积效率为90%(90/100 x 100)。但如果同一台泵在相同的压力和油温下进行流量测试,但一半排量(50升/分钟),泄漏损失仍为10升/分钟,因此计算的容积效率为80%(40/50 x 100)。

第二次计算其实并没有错,但它要求合格:此泵是80%的效率在位移的一半。由于10升/分钟的泄漏损失几乎是恒定的,因此在相同条件下测试的同一台泵在100%排量(100升/分钟)下的效率为90%,在10%排量(10升/分钟)下的效率为0%!

当根据实际流量测试计算容积效率时,需要注意的是,泵内的各种泄漏路径通常是恒定的。这意味着,如果测试泵流量低于全排量(或最大转速),则计算效率将发生偏差,除非泄漏被视为一个恒定的、必要的调整。

为了帮助理解为什么在给定的压力和温度下泵的泄漏几乎是恒定的,可以把不同的泄漏路径看作是固定的孔。通过节流孔的流速取决于节流孔的直径(和形状)、压降和流体粘度。这意味着,如果这些变量保持不变,内部泄漏率保持不变,与泵的排量或轴转速无关。

总效率用来计算泵在给定流量和压力下所需的驱动功率。例如,使用上表中的总体效率,让我们以SI为单位计算外部齿轮泵和弯曲轴柱塞泵在207bar流量为90升/分钟时所需的驱动功率:

  • 外部齿轮泵:90 × 207 / 600 × 0.85 = 36.5 kW
  • 弯轴活塞泵:90 x 207/600 x 0.92=33.75 kW

正如您所期望的,对于相同的输出流量和压力,更高效的泵需要更少的驱动功率。通过更多的数学运算,我们可以快速计算每个泵的热负荷:

  • 驱动功率(不存在)100%高效泵将是:90 × 207 / 600 × 1 = 31.05 kW。

因此,在这个流量和压力下,每个泵的热负荷或热损失功率是

  • 外啮合齿轮泵:36.5 - 31.05 = 5.5 kW
  • 弯轴柱塞泵:33.75 - 31.05 = 2.7 kW

毫不奇怪的是,一个有齿轮泵和马达的系统需要一个更大的热交换器,而不是一个有活塞泵和马达的同等系统(所有其他东西都相同)。

表1



关于作者

布兰登·凯西(Brendan Casey)是液压超市网站(HydraulicSupermarket.com)的创始人水力学内部秘密防止液压故障液压制造容易,先进的液压控制,液压故障排除的权威指南.他拥有MBA学位,是流体动力专家,在移动和工业液压设备的设计、维护和维修方面有20多年的经验。访问他的网站:www.HydraulicSupermarket.com。

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