超長液壓管道壓力損失的計算與試驗分析

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1、萬方數(shù)據(jù)2009年第10期液壓與氣動23超長液壓管道壓力損失的計算與試驗分析‘萬會雄1’2。黃輝2，黃海波2CalculationandExperimentalAnalysisofPressureLossinUltra—longHydraulicPipelineWANHui．xion91”，HUANGHui2，HUANGHai．b02(1．華中科技大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430074；2．武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院，湖北武漢430063)摘要：大多數(shù)液壓系統(tǒng)中各元件相互聯(lián)接的管道較短，管道中的壓力損失可通過計算管道內(nèi)

2、液壓介質(zhì)在最低溫度下，其所有直管的沿程壓力損失和所有彎管(或彎頭)處局部壓力損失之和而得出，由此得到的計算結(jié)果與實際值差別不大。而對于某些具有超長管道的液壓系統(tǒng)來說，在計算管道的沿程壓力損失時，應(yīng)考慮管道內(nèi)液壓介質(zhì)與外部環(huán)境的熱交換，即考慮管道內(nèi)液壓介質(zhì)的溫度與黏度值的大小對壓力損失的影響。該文在上述基礎(chǔ)上，建立了超長管道壓力損失的計算方法，并對某一規(guī)格和長度管段內(nèi)液壓介質(zhì)的壓力損失進行了理論計算和試驗驗證，結(jié)果表明管道內(nèi)壓力損失的理論計算值與實測值的誤差較小，該壓力損失的計算方法可為具有超長液壓管道的液壓系統(tǒng)工作壓力的設(shè)

3、計提供可靠地依據(jù)。關(guān)鍵詞：超長液壓管道；壓力損失的計算；熱交換；試驗分析中圖分類號：THl37文獻標(biāo)識碼：B文章編號：1000-4858(2009)10-0023-03、1引言液壓管道是液壓系統(tǒng)中各元件相連接的紐帶，起著輸送液壓介質(zhì)和傳遞能量的重要作用。在液壓管道設(shè)計過程中，除考慮其耐壓強度要求以外，對管道中液壓介質(zhì)的流速以及與其相關(guān)聯(lián)的壓力損失必須引起足夠的重視。壓力損失值的大小直接影響液壓系統(tǒng)的設(shè)定壓力和執(zhí)行元件的有效輸出力(或扭矩)，進而影響系統(tǒng)的工作性能和可靠性。通常情況下，液壓系統(tǒng)中各元件相互連接的管道較短，管道

4、中的壓力損失值可通過計算管道中的液壓介質(zhì)在最低溫度下，其總的沿程壓力損失和總的局部壓力損失之和而得出?，計算時可忽略管道內(nèi)液壓介質(zhì)與外部環(huán)境的熱交換，由此得出的計算結(jié)果與實際值差別不大，能夠滿足系統(tǒng)要求。而對于某些如大型船舶中的特殊液壓系統(tǒng)，其執(zhí)行元件與系統(tǒng)油源之間相連接的管道長達近百米，如果按上述方法計算，必然出現(xiàn)較大誤差。因此，對于超長管道的壓力損失計算，必須充分考慮管道內(nèi)液壓介質(zhì)與外部環(huán)境的熱交換，即考慮管道內(nèi)液壓介質(zhì)的溫度與黏度值的大小對壓力損失的影響，以使計算結(jié)果與實際值較為吻合，為液壓系統(tǒng)工作壓力的設(shè)定提供依據(jù)

5、。2超長管道壓力損失的計算對于超長管道來說，管道內(nèi)液壓介質(zhì)的壓力損失為所有直管段的沿程壓力損失與所有彎管(或彎頭)處的局部壓力損失之和。2．1直管段的沿程壓力損失圖l所示為從系統(tǒng)油源出口A到管道某一長度Z處管段內(nèi)液壓介質(zhì)的流動狀態(tài)。由于管道長，為了減小壓力損失，管道內(nèi)液壓介質(zhì)的設(shè)計流速通常較低，管道內(nèi)液壓介質(zhì)的流動狀態(tài)為層流。圖1管段內(nèi)液壓介質(zhì)的流動狀態(tài)收稿日期：2009m5—10作者簡介：萬會雄(1963一)，男，湖北漢川人，副教授，博士研究生，主要從事電液控制系統(tǒng)的研究工作。萬方數(shù)據(jù)液壓與氣動2009年第10期在管道長

6、度l后取一微小管段長度d／，在d／區(qū)段內(nèi)，液壓介質(zhì)的沿程壓力損失dp為：卻=A摯2(1)2·3式中A——沿程阻力系數(shù)，A=纂；Re為雷諾數(shù)，Re=ua，y為液壓介質(zhì)的運動黏度’yt，——管道內(nèi)液壓介質(zhì)的平均流速，t，=粵，9為管道內(nèi)液壓介質(zhì)的流量P——液壓介質(zhì)的密度d——管道內(nèi)徑由式(1)可計算出所有直管段的沿程壓力損失△p，為：衄=rdp(2)管道內(nèi)液壓介質(zhì)的沿程壓力損失轉(zhuǎn)換為熱量，使液壓介質(zhì)的溫度及黏度發(fā)生變化心】，在dZ管段內(nèi)由沿程壓力損失產(chǎn)生的熱量為：咖=q·dp(3)沿程壓力損失所產(chǎn)生的熱量均由管道散熱至自然環(huán)境

7、中，因此有：咖=霄·(t—b)·d·h·dl(4)式中元——表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，五=札等，取A。=0．029；帆為平均努塞爾系數(shù)，取帆=0．171·ge。i618，R。。=生≯，u為空氣流，速t——管道內(nèi)液壓介質(zhì)的溫度l。——環(huán)境溫度管道內(nèi)液壓介質(zhì)在溫度為t時，其運動黏度為[31y=yo·e。1‘“幻’(5)式中Al為黏溫系數(shù)，取Al=5×10。2／℃。由式(1)～(5)即可計算出所有直管內(nèi)液壓介質(zhì)的沿程壓力損失值。2．2彎管(或彎頭處)的局部壓力損失管道內(nèi)所有彎頭處的局部壓力損失△pf按下式計算：△pf=n·亭半(6)式中n—

8、—管道中彎頭的數(shù)量孝——局部阻力系數(shù)，對于90。圓滑彎管，取f=9．5管道內(nèi)總的壓力損失根據(jù)式(2)和式(6)可計算出管道內(nèi)總的壓力損失卸為：卸=卸f+卻￡(7)采用好富頓HS620水一乙二醇難燃液，在％=24℃環(huán)境溫度下，訛=68．4mm2／s，P=1080kg／m3；取d=6mm，Z=65m，u=0