超长液压管道压力损失的计算与试验分析

　　1　引言

　　液压管道是液压系统中各元件相连接的纽带,起着输送液压介质和传递能量的重要作用。在液压管道设计过程中,除考虑其耐压强度要求以外,对管道中液压介质的流速以及与其相关联的压力损失必须引起足够的重视。压力损失值的大小直接影响液压系统的设定压力和执行元件的有效输出力(或扭矩),进而影响系统的工作性能和可靠性。

　　通常情况下,液压系统中各元件相互连接的管道较短,管道中的压力损失值可通过计算管道中的液压介质在最低温度下,其总的沿程压力损失和总的局部压力损失之和而得出[1],计算时可忽略管道内液压介质与外部环境的热交换,由此得出的计算结果与实际值差别不大,能够满足系统要求。

　　而对于某些如大型船舶中的特殊液压系统,其执行元件与系统油源之间相连接的管道长达近百米,如果按上述方法计算,必然出现较大误差。因此,对于超长管道的压力损失计算,必须充分考虑管道内液压介质与外部环境的热交换,即考虑管道内液压介质的温度与黏度值的大小对压力损失的影响,以使计算结果与实际值较为吻合,为液压系统工作压力的设定提供依据。

　　2　超长管道压力损失的计算

　　对于超长管道来说,管道内液压介质的压力损失为所有直管段的沿程压力损失与所有弯管(或弯头)处的局部压力损失之和。

　　2. 1　直管段的沿程压力损失

　　图1所示为从系统油源出口A到管道某一长度l处管段内液压介质的流动状态。由于管道长,为了减小压力损失,管道内液压介质的设计流速通常较低,管道内液压介质的流动状态为层流。

　　在管道长度l后取一微小管段长度dl,在dl区段内,液压介质的沿程压力损失dp为:

　　式中　λ———沿程阻力系数,λ=75Re;

　　Re为雷诺数为液压介质的运动黏度

　　υ———管道内液压介质的平均流速,,

　　q为管道内液压介质的流量

　　ρ———液压介质的密度

　　d———管道内径

　　由式(1)可计算出所有直管段的沿程压力损失Δpl为:

　　管道内液压介质的沿程压力损失转换为热量,使液压介质的温度及黏度发生变化[2],在dl管段内由沿程压力损失产生的热量为:

　　沿程压力损失所产生的热量均由管道散热至自然环境中,因此有:

　　式中λ1为黏温系数,取λ1=5×10^-2/℃。

　　由式(1)~(5)即可计算出所有直管内液压介质的沿程压力损失值。