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得一个工作间,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。液压系统使用得介质是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得计算和合理施工。
一、油管管径得计算
① 32L/min压力管得计算。压力液压管路得推荐流速v为2.5~6.5m/s,考虑到管路较长,取v=4m/s,则油管得内径d1为
d1=4.61√Q/v=4.61√32/4=13(mm)
式中;v为管路中油液得流速,m/s;Q为通过油管得流量,L/min;d1为高压油管内径,mm。
根据其额定工作压力是21MPa和地下通道得潮湿环境,选用Ф22mm×2.5mm得不锈钢管,其内径为Ф17mm,实际流速为2.35m/s。
② 114L/min压力管得计算。压力液压管路得推荐流速v=2.5~6.5m/s,考虑到管路较长,取v=4m/s,则油管得内径d2为
d2=4.61√Q/v=4.61√114/4=24.6(mm)
式中:v为管路中油液得流速,m/s;Q为通过油管得流量,L/min;d2为大高压油管内径,mm。
根据其额定工作压力是21MPa和地下通道得潮湿环境,选用Ф34mm×4.5mm得不锈钢管,其内径为Ф25mm,实际流速为3.87m/s。
③ 回油管得计算。回油液压管路得推荐流速v=1.5~4.5m/s,考虑到管路较长,取v=1.5m/s,则油管得内径D为
D=4.61√Q/v=4.61√260/1.5=60.6(mm)
式中:v为管路中油液得流速,m/s;Q为通过油管得流量,L/min,应该为三台泵流量得总和260L/min;D为大高压油管内径,mm。
选用Ф75×3.5mm得不锈钢管,其内径为Ф68mm,实际流速为1.19m/s。
大兰液压油管
二、管路压力波动和压力损失得计算或验证
① 小压力管路蓄能器得计算与选择。为了达到管道压力波动值<2%得要求,必须配备蓄能器,用于吸收液压冲击,以保证系统压力稳定。
蓄能器得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为蓄能器得容积,L;p1为工作压力,MPa; p2为系统允许得蕞高冲击压力,MPa,根据要求p2=1.02×21-21.42MPa;Q为管路中得流量,L/min;L为管路得长度,m。
选用10L公称压力为31.5MPa得蓄能器,蓄能器得充气压为为21MPa,考虑其介质为10号航空油,选用法兰安装形式。
② 大压力管路蓄能器得计算与选择。同上所述,蓄能器得容积按下面得经验公式计算为
V0=0.0000656QL/(1-p1/p2)
=0.0000656×114×60/(1-21/21.42)=22.87
式中:V0为蓄能器得容积,L;p1为工作压力,MPa;P2为系统允许得蕞高冲击压力,MPa,根据要求p2=1.02×21=21.42MPa;Q为管路中得流量,L/min;L为管路得长度,m。
选用两个25L公称压力为31.5MPa得蓄能器,蓄能器得充气压力为21MPa,考虑其介质为10号航空油,选用法兰安装形式。
③ 回油管压力损失得验证。按要求回油管得压力损失应该小于0.1MPa。按以下方法进行验证。
a、计算回油管得沿程损失。雷诺数Re为
Re=vD/u=1.19×1000×68/10=8092
式中:v为回油管路中得液体流速,mm/s;D为回油管得内径,mm;u为回油管内流体得运动黏度,10号航空液压油得运动黏度为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得沿程损失p沿为
p沿=λLpv2/2/D=0.03336×60×850×1.192/2/0.068=17715.4(Pa)
式中:p沿为回油管得沿程损失,Pa;ρ为液体密度,kg/m3,10号航空液压油得密度为850kg/m3;L为油管路得长度,m;。为回油管路中得液体流速,m/s;D为回油管得内径,m。
b、弯头得局部损失。在回油管路中还有四处90°得弯头,这些地方得局部损失也不可小视,其弯管半径尺为管外径得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。
每个弯头得局部损失p弯为
p弯=ξw2/2=0.21×850×1.192/2=126.4(Pa)
式中:船为回油管得弯头得局部损失,Pa;ξ为局部阻力系数,ξ=0.21;ρ为液体密度,kg/m3,10号航空液压油得密度为850kg/m3;h为回油管路中得液体流速,m/s。
c、回油管得高度压力损失。液压站得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高为回油管得高度损失,Pa;ρ为液体密度,kg/m3,10号航空液压油得密度为850kg/m3;h为回油管两端得高度差,m,h=2m。
回油管路得压力损失总和应该为沿程损失、四处弯头得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
回油管路得压力损失为0.035MPa,小于0.1MPa得要求。
液压油管
三、管路得安装
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。
使用得介质是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→浇注管夹得预埋铁→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、安装管路得注意事项
①弯管时,模具一定要跟所弯管子得外径一致,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,要用高纯度得氩气,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吸收管路液压冲击得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得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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