沈莫华
湖州三井低温设备有限公司 浙江省湖州市 313000
摘要：在我国社会经济高速发展的背景下，我国许多行业的发展都取得了很大的进步，其中低温行业作为新兴行业，低温行业发展速度十分迅猛，低温液体输送泵产业发展如火如荼，经济效益不断提高，许多行业都加入了低温液体输送泵产业。但是因为缺乏理论知识和实际经验，我国低温液体输送泵整体质量与国际品牌相比还存在着一定的差距，其中容积效率较低是存在的主要问题，在很大程度上制约了我国低温液体输送泵产业发展。本文对低温往复泵容积效率进行了深入的研究与分析，并提出了一些合理的意见和优化措施，旨在进一步促进我国低温行业发展。
关键词：低温；往复泵；容积效率；影响因素；优化措施
低温往复泵是低温行业的主要产品，但是低温往复泵在输送介质的过程中因低温容易汽化的特性，导致其容积效率较低，输送效果较差，造成低温输送成本提高。影响低温往复泵容积效率的因素有多种，例如排液阀泄漏、活塞泄漏、阀门关闭问题、液体汽化问题等，需要采用科学的方式进行解决，从而不断提高低温往复泵容积效率，使其能够输送更多的介质，提高低温往复泵输送效率，降低输送成本，提高低温往复泵容积效率的关键点在于解决对其造成影响的主要因素。因此本文从影响因素入手，设计了相应的提高容积效率的方案。
1影响低温往复泵容积效率的主要因素及对策
1.1低温往复泵摩擦生热导致介质汽化
低温往复泵在输送介质的过程中，其泵头因活塞运动与缸套之间所产生的摩擦、活塞运动与密封之间的摩擦以及介质流动与泵壁之间的摩擦都会产生相应的热量，而热量就会导致输送介质发生汽化，从而降低输送效率。摩擦力大小、摩擦所产生的热量与低温往复泵的材料、表面光滑程度、零部件质量等有着密切的关系。通过相应的试验证明，在低温环境中一些特殊的材料具有良好的力学性能，能够使受力部件在低温环境中不会出现因温度过低而导致的脆化问题。所以在提高低温往复泵容积效率方面，可以采用良好力学性能的材料，并将其表面抛光，从而能够降低摩擦系数，减少摩擦力强度，同时也就减少了低温往复泵因摩擦所产生的热量，降低输送介质的汽化程度[1]。除此之外，将低温往复泵内的活塞环、密封圈等零部件同时更换新型材料，例如以四氟材料作为填充，就会提高这些部件的耐磨性和耐低温性，从而使其表面更加耐磨，表面会更加光滑，对于小孔流道和变截面流道设计为倒角和机翼结构，能够降低液体分流问题的发生率，在其中形成一个漩涡真空，也能够有效提高低温往复泵的容积效率。
1.2低温往复泵介质气化后气体排放
低温往复泵在运行过程中所产生的摩擦生热问题是不可避免的，该现象是必然存在的，那么解决因摩擦而产生热量的问题可以更换思路，即将摩擦所产生的热量排出，使其能够排出到低温往复泵之外，也就降低了输送介质的汽化量。首先，可以在低温往复泵中活塞和活塞杆密封外安装一个冷却室，同时在泵头前端高点安装回气口，将回气口与低温介质存储气口相连接，此结构能够使因活塞与活塞杆摩擦所产生的热量被冷却系统所吸收，冷却液体在吸收热量后会汽化为气体，这些气体会在气液分离室内聚集，因为气体的密度小于液体，气体此时会处于液体上层，并且由于有低温液体流入气液分离室内，会对汽化后的气体进行冷却并再次凝聚为液态，剩余的气体能够通过回气口回到储罐内部，回气及时性与产生的热量受到回气口大小所决定。因为大部分的气体经过回气口后回到储罐，气液分离室内就能够存储更多的液体，从而保证液体进入活塞时气液混合中液体的比例较高，低温往复泵的溶剂效率也就得到了相应的提高[2]。
1.3泵头保冷优化处理
位于冷却室和气液分离室内的低温介质，在与外界空气接触时会出现吸热的现象，从而会导致低温介质出现汽化的问题，降低低温往复泵的容积效率。为了解决该问题，可以通过对泵头保冷的优化处理工艺，提高泵头的保冷效果，从而能够降低低温介质的汽化量。此外，真空层真空度的大小与真空层厚度之间的参数也会影响到低温往复泵的溶剂效率，并且会伴随着低温往复泵运行一直存在。低温行业当前针对该问题的普遍解决办法是增加真空层，制造真空时采用长时间加热、气体置换、增加分子筛等措施，但是该方法存在着一定的缺陷，因为低温往复泵中的密封圈在低温与常温变化的过程中，其实际性能会逐渐降低，为此需要定期对真空密度进行检测[3]。本文对该工艺进行了相应的优化，采用真空层焊接的方式，使真空层能够具有更高真空度，且不需要进行真空制作，从而能够避免出现密封失效的问题，能够长时间保持真空效果。
2低温往复泵容积效率优化方案测验
在本文对低温往复泵容积效率的优化方案中，重点对以上三个方面进行了优化，在优化完成后，H市某低温往复泵生产企业采用了该方案，并对经过优化后的低温往复泵溶剂效率进行了全面的检测。
检测所用检测平台中有低温储罐、缓冲器、压力表、安全阀、低温截止阀、汽化器以及其他多种零部件，为当前低温往复泵容积效率检测常用检测装置，以下是该低温往复泵容积效率优化方案的具体检测流程：
所输送的低温介质从低温储罐中流入泵头后，摩擦所产生的热量将液体汽化后，所产生的液体回流到回气管中，低温介质经过活塞压缩后从液体管中排出，阻尼器对脉冲介质进行了减震处理，最终进入汽化器，汽化器后所安装的质量流量计和阻尼器后安装的压力表则能够对该流程中的所产生的参数进行检测；在检测过程中，始终保持外部环境温度变化在5摄氏度之内，储罐内部液体高度相差控制在了80mm之内；低温往复泵在此时前经过了充分的冷却处理，在冷却处理后启动，并通过调压阀对压力进行精准调节，在OMPa到低温往复泵的最大排除压力之间选择平均点，计算公式为ηv=Q/Qt，其中ηv是低温往复泵的容积效率，Q为低温往复泵的实际产生流量，Qt为低温往复泵的理论流量。
根据该计算公式的计算结果表明，本文所设计的低温往复泵优化方案效果较好。首先在摩擦副表面优化处理方面，经过优化后的低温往复泵零部件表面粗糙度为Ra0.1，普通低温往复泵零部件的表面粗糙度为Ra0.8，经过优化后的低温往复泵容积效率可以达到88.5%，而粗糙度为Ra0.8的低温往复泵容积效率为74.3%，溶剂效率得到了明显的提高，且经过不断的试验表明，表面粗糙度降低能够对低温往复泵容积效率造成直接的影响，整体呈负相关。在气体排放优化方面，通过三种不同尺寸大小的回气口的效率对比，试验数据表明在低温往复泵内设置回气口能够直接提高容积效率，但是三种不同尺寸回气口对低温往复泵容积效率的影响差异没有明显的变化规律，受到实验器材和技术的限制，想要进一步研究回气口尺寸对容积效率的影响需要做进一步细致的试验。在真空层优化方面，采用两个尺寸大小一致的泵口，泵头1没有真空层，泵头2有真空层进行对比，根据试验数据结果显示，有真空层的泵头容积效率更高。
结束语
综上所述，本文对低温往复泵容积效率进行全面的优化，并通过实验证明该优化方案具有明显的效果，希望可以对我国低温行业的发展起到一定的借鉴作用，促进低温行业技术水平提高。
参考文献
[1]孙敢, 黄建清. 弹簧刚度对往复泵性能的影响[J]. 产业科技创新, 2019, v.1;No.6(06):P.96-98.
[2]杨国来, 满万鑫, 李新峰,等. 直驱式小型往复泵流量特性分析及优化[J]. 液压气动与密封, 2019, 39(001):P.32-36.
[3]黄维菊, 魏星. 阀滞后对往复泵性能影响的研究[J]. 流体机械, 2018, 000(004):P.6-10.