模拟海深条件下提升阀流动特性的实验研究

　　水压传动技术是一门用淡水或海水代替矿物油作为工作介质的新型传动技术。由于其许多突出的优点,如环境友好性、难燃性、价格便宜、洁净和废液便于处理等,而受到越来越多的关注[1, 2]。水压传动技术应用于深海环境可以直接从海洋中吸水加压,高压水作功之后可以直接排入海洋,不需要水箱和回水管道,大大简化了系统,具有独特的优势,如水压技术用于海水液压作业工具系统等。

　　然而,在深海作业时,液压元件的工况同陆地相比有较大的差异,海深压力相当于在元件出口加了一个背压。要研制出能在水底工作的高性能水压元件,需要对水压阀口在这种工况下的流动特性进行研究。

　　以往对阀口流动特性所进行的大量研究多集中在阀口几何尺寸对流量特性的影响方面,如Oshima和Ichikawa等人对以矿物油作工作介质时锥阀的流量特性进行了详细的研究[3~5],而对背压等随工作环境不断变化的因素对流量特性的影响则很少涉及。对于以水作工作介质的情形更是如此。Johnson等人对以水作介质时锥阀和平板阀的流量和液动力特性进行了实验研究[6],其研究内容也只集中在阀芯和阀座的几何形状对阀口流动特性的影响方面。

　　圆锥形提升阀由于其良好的通流能力、密封性能以及对加工精度要求不高等优点而在水压元件中得到广泛的应用,如溢流阀、泵的配流阀等。因此,本文选择这种阀口形式作为研究对象,就背压对这三种阀口流动特性的影响进行实验研究,工作介质是自来水。

　　1 实验装置

　　图1为实验系统。水泵3的额定压力和流量分别为14 MPa和40 L/min。测试装置的结构也表示在图中。其中,节流口的进口压力p1和出口压力p2(背压)分别由布置在节流口上下游的两个压力传感器测得;节流阀12用来调节节流口的背压。通过节流口的流量q由两种方式测定:一种是由流量计测得,另一种是当流量很小时由量杯测得;阀芯的开度x由位移传感器7测得。提升阀的结构型式及参数意义如图2和表1所示。

　　根据上面测得的参数,流量系数Cq可以按式(1)计算得到。

　　对锥阀而言,如果xnd

　　实验过程中水温维持在20?2e,采取两种加压方式:①保持出口压力为0(表压),由低到高逐渐增加进口压力至14 MPa,在下面的图表中用test 1表示;②保持进口压力为12 MPa不变,出口压力由高到低减小,逐渐加大阻尼孔两端的压差,在下面的图表中用test 2表示。

　　2 实验结果

　　图3~5分别为三种阀口在不同开度以及有无背压两种情况下的流量压力特性曲线。可以看出,背压对流量压力特性有下列影响: