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雙級葉片泵的工作原理如圖1所示。兩個單級葉片泵的轉子裝在同一根傳動軸上，當傳動軸回轉時就帶動兩個轉子一起轉動。第一級泵經吸油管從油箱吸油，輸出的油液直接送人第二級泵的吸油口，第二級泵的輸出油液經管路送往工作系統，從而形成了前、后兩級的供油關系。

第一級泵輸出壓力為p1，第二級泵輸出壓力為p2，則該泵的輸出壓力為p1+p2：。但這需要一個基本條件：第一個泵的輸出流量應該正好滿足第二級泵的輸人流量的需要，否則會造成油液的空穴現象，引起噪聲，并降低泵的效率。由于兩個泵的定子內壁曲線和寬度等不可能做得一樣，兩個單級泵每轉一周的容量就不可能相等。為了平衡兩個泵的流量與載荷關系，如圖1所示，在泵體內設有一個載荷平衡閥，使第一級泵的油液輸出與平衡閥的大端1相通，使第二級泵的輸出油路與平衡閥的小端2相通，這樣，當第一級泵的輸出流量大于第二級泵的輸人流量時，多余的油液經平衡閥的大端頂開平衡閥，并由泄油口流回它的進油口，使兩個泵的流量與載荷獲得平衡；如果第一級泵的輸出流量小于第二級泵的需要時，油壓p1要降低，使平衡閥被推向左，平衡閥的一級泄油口會關閉，而處于閥右側的平衡油口會打開，第二級泵輸出的部分油液從管路2經該閥口流回第二級泵的進油口而獲得流量的補充和平衡。