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液压系统油管管径计算与压力损失计算

作者: 大兰液压-标 编辑: DL-TGB 来源: 大兰液压 发布日期: 2020.04.19
信息摘要:
液压系统油管管径计算与压力损失计算

某试验台液压系统分别由三台液压泵供油,液压站放置在远离试验台的一个工作间,距试验台近60m,管路要求布置在地下通道里,额定工作流量分别是32L/min、114L/min、114L/min,其额定工作压力是21MPa,管道压力波动值<2%,试验台共一根油管回油,要求回油压力损失小于0.1MPa。液压系统使用的介质是10号航空液压油,由于航空液压油易泄漏,压力波动和压力损失有要求,施工场所不容易施工等原因,在施工时要进行充分的计算和合理施工。

一、油管管径的计算

① 32L/min压力管的计算。压力液压管路的推荐流速v为2.5~6.5m/s,考虑到管路较长,取v=4m/s,则油管的内径d1

d1=4.61√Q/v=4.61√32/4=13(mm)

式中;v为管路中油液的流速,m/s;Q为通过油管的流量,L/min;d1为高压油管内径,mm。

根据其额定工作压力是21MPa和地下通道的潮湿环境,选用Ф22mm×2.5mm的不锈钢管,其内径为Ф17mm,实际流速为2.35m/s。

② 114L/min压力管的计算。压力液压管路的推荐流速v=2.5~6.5m/s,考虑到管路较长,取v=4m/s,则油管的内径d2

d2=4.61√Q/v=4.61√114/4=24.6(mm)

式中:v为管路中油液的流速,m/s;Q为通过油管的流量,L/min;d2为大高压油管内径,mm。

根据其额定工作压力是21MPa和地下通道的潮湿环境,选用Ф34mm×4.5mm的不锈钢管,其内径为Ф25mm,实际流速为3.87m/s。

③ 回油管的计算。回油液压管路的推荐流速v=1.5~4.5m/s,考虑到管路较长,取v=1.5m/s,则油管的内径D为

D=4.61√Q/v=4.61√260/1.5=60.6(mm)

式中:v为管路中油液的流速,m/s;Q为通过油管的流量,L/min,应该为三台泵流量的总和260L/min;D为大高压油管内径,mm。

选用Ф75×3.5mm的不锈钢管,其内径为Ф68mm,实际流速为1.19m/s。

二、管路压力波动和压力损失的计算或验证

① 小压力管路蓄能器的计算与选择。为了达到管道压力波动值<2%的要求,必须配备蓄能器,用于吸收液压冲击,以保证系统压力稳定。

蓄能器的容积按经验公式计算为

V0=0.0000656QL/(1-p1/p2)

    =0.0000656×32×60/(1-21/21.42)=6.42

式中:V0为蓄能器的容积,L;p1为工作压力,MPa; p2为系统允许的最高冲击压力,MPa,根据要求p2=1.02×21-21.42MPa;Q为管路中的流量,L/min;L为管路的长度,m。

选用10L公称压力为31.5MPa的蓄能器,蓄能器的充气压为为21MPa,考虑其介质为10号航空油,选用法兰安装形式。

② 大压力管路蓄能器的计算与选择。同上所述,蓄能器的容积按下面的经验公式计算为

V0=0.0000656QL/(1-p1/p2)

    =0.0000656×114×60/(1-21/21.42)=22.87

式中:V0为蓄能器的容积,L;p1为工作压力,MPa;P2为系统允许的最高冲击压力,MPa,根据要求p2=1.02×21=21.42MPa;Q为管路中的流量,L/min;L为管路的长度,m。

选用两个25L公称压力为31.5MPa的蓄能器,蓄能器的充气压力为21MPa,考虑其介质为10号航空油,选用法兰安装形式。

③ 回油管压力损失的验证。按要求回油管的压力损失应该小于0.1MPa。按以下方法进行验证。

a、计算回油管的沿程损失。雷诺数Re为

Re=vD/u=1.19×1000×68/10=8092

式中:v为回油管路中的液体流速,mm/s;D为回油管的内径,mm;u为回油管内流体的运动黏度,10号航空液压油的运动黏度为10mm/s。

沿程阻力系数λ为

λ=0.3164/Re0.25=0.3164/80920.25=0.03336

根据达西公式可以计箅出回油管的沿程损失p沿为

p沿=λLpv2/2/D=0.03336×60×850×1.192/2/0.068=17715.4(Pa)

式中:p沿为回油管的沿程损失,Pa;ρ为液体密度,kg/m3,10号航空液压油的密度为850kg/m3;L为油管路的长度,m;。为回油管路中的液体流速,m/s;D为回油管的内径,m。

b、弯头的局部损失。在回油管路中还有四处90°的弯头,这些地方的局部损失也不可小视,其弯管半径尺为管外径的2.5倍,即为190mm,根据雷诺数Re和R/D值,可以查得局部阻力系数ξ为0.21。

每个弯头的局部损失p弯为

p弯=ξw2/2=0.21×850×1.192/2=126.4(Pa)

式中:船为回油管的弯头的局部损失,Pa;ξ为局部阻力系数,ξ=0.21;ρ为液体密度,kg/m3,10号航空液压油的密度为850kg/m3;h为回油管路中的液体流速,m/s。

c、回油管的高度压力损失。液压站的油箱回油处与工作台相差2m,要克服这一高度回油,其高度压力损失p高为

p高=10ρh=10×850×2=17000Pa

式中:p高为回油管的高度损失,Pa;ρ为液体密度,kg/m3,10号航空液压油的密度为850kg/m3;h为回油管两端的高度差,m,h=2m。

回油管路的压力损失总和应该为沿程损失、四处弯头的局部损失及高度损失之和,即

p损失=p沿+4p弯+p高=17715.4 +4×126.4+17000=35220.6Pa

回油管路的压力损失为0.035MPa,小于0.1MPa的要求。

三、管路的安装

安装管道时需要弯管机、切割机、坡口机、弧焊机、酸洗槽、中和槽、干燥压缩空气机、循环泵、水平仪、台虎钳、扳手等。

使用的介质是10号航空油,其渗透性特强,所以全部采用法兰连接,用O形圈密封,为了拆装方便,把法兰设计成一边为活动法兰。

画管路布置图→浇注管夹的预埋铁→初布管夹→下料、弯管、布管→焊接→酸洗→中和→吹干→装配管法兰→固定管夹→油液循环→检测污染度→与主机相连试压、检查各参数。

四、安装管路的注意事项

①弯管时,模具一定要跟所弯管子的外径一致,否则会把管子压扁。

②建议采用氩弧焊焊接,焊接前要进行预装、去毛刺、校平、脱脂、预热,管道与法兰对接处要开坡口,要用高纯度的氩气,否则易出小气孔。

③每1.5m设置一个管夹,并夹紧管路,以免管路振动,管路拐弯处两端必须加管夹,注意不要把法兰太靠近管夹,否则拆卸不方便。

④打循环之前一定要对管路进行酸洗、中和、吹干。不锈钢管也不能省略这些步骤,因为不锈钢焊接时也会产生氧化皮。

⑤打循环时要把进油管和回油管用软管连接,直至清洁度达NAS7以上方可,循环完毕立即与主机相连,避免污染。

⑥试压时,应该逐步加大压力,一般为每次加5MPa,每个压力点试5~10min,并注意观察各个部位,切忌快速加大压力,这样容易造成设备和人身事故。

⑦吸收管路液压冲击的蓄能器必须尽量靠近试验台安装,才能保证其效果。

⑧管道装配前要认真检查焊接的部位有无毛刺和其他异常现象,法兰安装面有无磕坏破损,是否放有O形圈等。

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-----责任编辑:大兰企划部

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