如何计算液压系统油管管径与压力损失？

环境：

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为

　　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为

　　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算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。