对泵的容积效率与真实排量的认识

看了ihydrostatic电子杂志，有一篇关于泵容积效率的思考文章很有意义：

“在书上，对于容积效率的计算公式也只包含了泄漏量与名义流量。没有考虑油液弹性模量则容积效率的结果不同。高压下，油液的可压缩特性就不应被忽略了，油液受压时就像弹簧一样会被压缩。设想一下，本来理想状态下应该要排出整一管的柱塞腔油液，然而由于油液的可压缩性，受压后一定比例的体积将会损失，自然也就不能排出理想中的量了，容积效率当然也会随之降低。现代泵设计总是想办法减少柱塞腔的闭死体积，也有这个因素。”

——上述讨论很有价值，但是还可以进一步探究原因。下面是我的感悟：

一、泵容积效率问题

泵容积效率，理论上是泵高压下实测输出流量与理想条件、无泄漏状态下输出流量之比的百分数。

容积效率反映一个泵的性能质量水平。

主要考察泵在高压运行下产生的内泄漏的影响是多少问题。

对于柱塞泵泵容积效率测试，可依据JB/T7043-2006《液压轴向柱塞泵》试验方法进行，其试验回路如下：

在试验回路上，对于流量计的设置有两种位置可供选择，一个可设置在高压区紧挨着被试泵高压出口位置，另一个设置在回油低压区即紧挨着油箱的位置。

为什么有两种位置选择？因为两种位置对测试项目的结果各有利弊。其中，对泵容积效率存在一定影响。

实际上，试验方法对测试泵的容积效率会测不准。

一是油的可压缩性影响，在JB/T7043标准回路中，对输出流量测试有两个位置，一个是泵出口采用高压流量计，另一个是加载阀出口后回油低压流量计。但是，测试过程会发现，这两个位置的流量测试结果不一样。为什么？

对于设置在泵出口高压流量计位置，因为液压油特别是混入空气的液压油其容积弹性在高压下显著降低，高压下被压缩的容积，使输出流量有所减少，因此，测试结果有差别。

相对来说，在加载阀出口的回油路上的低压流量计，油的可压缩性影响更小，其测量的泵流量接近真实值。因为油从吸油口的入口压力一般不会超过0.3MPa，而回油压力也接近于低压状态，这两种状态的油的可压缩影响因素基本相同，因此，接近与排除油容积弹性模量的影响。不过在这个位置上，从泵出口至加载阀之间的产生的泄漏因素对容积效率影响更大。在泵出口的流量计需要系数修正测试结果。

不管怎样，这两个测试结果都存在偏差，只是回油测试结果偏差更小而已。

二、泵空排量

本质上来说，容积效率因泵的输出流量受到压力变化影响，这就涉及到泵的排量问题，真正的泵排量到底是多少？我们对泵的真实排量有没有方法测量？

其实方法是有的，只是大家很少了解它，这就是国家标准GB/T 7936 -2012《液压泵和马达  空载排量测定方法》。（对应ISO8426-2008《 Hydraulic Fluid Power – Positive Displacement Pumps And Motors – Determination Of Derived Capacity》）

该标准规定了在稳态工况和规定的连续轴转速下容积式液压泵空载排量的测定方法。目的在于统一容积式泵空载排量的测定方法，以便于不同的泵的性能能进行比较。

泵空载排量的定义：泵每转排出的液体体积。该值由泵在规定的试验条件下，用在不同的出口压力下的测量数据计算得出。”

可见真实泵排量或者容积大小，不仅仅要测试它，还要计算它。

为什么泵真实排量需要计算才能获得？

因为测量空载排量时，其一试验台的空载压力不可能是零，所以测出的空载排量实际上是“有载排量”；

其二，试验台之间存在差异，有的空载压力低一些，有的空载压力高一些，不同的试验台测量同一个被试泵会得到不同的排量结果。

所以，标准计算方法统一了容积式泵空载排量的测定，便于不同的泵的性能可比较。

空载排量的计算方法，如下：

可通过画图法确定真实泵排量：

可见，真正的排量是测不准的。需要通过多次不同压力下测试，并排除油温误差、测量误差或其它误差等因素。用计算方法逼近零压力空排量，才能推断在压力为零时真正的排量。

另外，值得注意的是最近有美国专家提出该标准所提供计算公式可能有矛盾，估计美国一定是在应用标准中发现一些问题。可见我们在试验和引用公式需要注意这些问题。