液压隔膜计量泵是石油工业、化学工程和水处理工程中较为常见和重要的单元设备之一。目前，隔膜计量泵行业在国内外发展已日趋成熟，对计量泵及系统开展了许多相关的研究。但在隔膜计量泵的使用中，经常遇到的问题是该泵受补油系统的影响使其自吸能力大大降低。为此，张艳红在文献中分析隔膜式计量泵隔膜片损坏原因基础上，对该泵的补油系统进行了改进；柴立平、李强等在文献中对隔膜计量泵进行了改良设计并提高了汽蚀性能；苗长山等对高压计量泵单向阀的密封元件结构接触破坏和泄漏进行了有限元分析，来减小高压隔膜计量泵的密封泄漏问题，提高计量精度。本文在分析内部流动原理的基础上，通过采用阶梯式活塞结构对隔膜计量泵进行强制补油，从而解决提高隔膜计量泵自吸能力这一难题。
一、东莞南方水泵厂的隔膜计量泵工作原理
如图1(a)所示传统隔膜计量泵由动力端提供动力，作用在阶梯式活塞上，使其做往复运动，进而使隔膜压力腔体内容积发生变化，隔膜计量泵从而完成吸入与排出过程。本文提供的阶梯式活塞结构是一种分步式强制补油系统，即阶梯式活塞向后运动时使柱塞腔形成真空，带动隔膜的运动，使隔膜压力腔形成真空，进而打开进口阀使介质被吸入。此时，阶梯式活塞与泵缸体之间形成一真空腔体，当腔体内压力小于补油单向阀调节压力时，机械油进入真空腔体内；当阶梯式活塞向前推动时隔膜受到柱塞腔内容积的变化而向前运动，进而将介质通过排出阀排出。此时，真空腔体内的机械油被补进隔膜压力腔内，这样分步式强制补油方式能够解决隔膜计量泵高自吸难题，如图1(b)所示。
二、南方水泵厂分析隔膜计量泵的流体动力学
在隔膜计量泵设计过程中，要求得到准确的吸上真空度，本文通过建立补油单向阀调节压力与栗吸上真空之间的关系，可准确计算阶梯式活塞强制性补油隔膜计量泵的吸上真空度。
1、隔膜计置泵内流动分析
为了便于对隔膜计量泵内部流动进行分析，本文采用3个假设：a)流体不可压缩；b)不考虑由于机械摩擦而导致腔体内部温度的变化；c)阶梯式活塞的运动与流体运动同步。
设隔膜两侧间的压力差为AP；当流体吸入过程中，进口压力为P1；出口压力为隔膜压力腔内的压力为P3；真空腔体内的压力为P4。
2、曲柄运动广东南方水泵隔膜计量泵的吸入速度和加速度
以曲柄连杆为例来计算隔膜计量泵的吸入速度和加速度，如图2所示。
三、试验研究
为了对隔膜计量泵进行试验研究，本文提供了一种简易的实验装置如图3所示，通过用透明软管与泵进口相连，通过车间里行车来提髙透明软管的高度，通过慢慢调节其高度直至隔膜计量泵恰好不能正常工作，并记录下来，此时就近似认为隔膜计量泵的吸上真空度就是标定值。
试验结果表明：在设计工况流量Q=1700L/h条件下，通过标记透明软管，再用卷尺测出其正常运行情况下的最大的吸上高度，即为隔膜计量泵的自吸髙度，测得其自吸髙度可以达到Ha'=6.44m，这与传统结构型式的隔膜计量泵Hs'=4.96m相比提髙了1.48m。
四、结论
本文提供了一种基于阶梯式活塞结构的强制性补油系统，以提高隔膜计量泵自吸能力，并应用力学原理得到了阶梯式活塞与缸体所形成的真空腔压力与吸上真空度之间的关系，为真空腔体的设计提供了理论依据。通过对隔膜计量泵的试验研究表明，在设计工况条件下，试验结果与设计要求相比误差小于1%。
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