任务5.管路损失与气穴现象赵平41课件

任务5.管路损失与气穴现象主讲人：赵平21.沿程压力损失2.局部压力损失3.管路系统中的压力损失4.液压泵出口压力的确定5.液体流经孔口及缝隙的流量压力特性6.液压冲击与气穴现象本节主要知识

学习目标1.理解液压传动中沿程压力损失公式。2.理解液压传动中局部压力损失公式。3.了解液体流经小孔和缝隙的流量压力特性。4.掌握液压冲击产生的原因、危害及主要措施。5.掌握气穴现象产生的原因、危害及预防措施。2.4.管路的压力损失液体有粘性，流动时有阻力，为了克服阻力，液体要消耗能量，造成能量的损失，体现为液压油的压力降低，称为压力损失。压力损失局部压力损失沿程压力损失压力损失：

液体在等截面直管中流动时，因其内外摩擦而产生的压力损失。沿程压力损失：

2.4.1沿程压力损失液体的沿程压力损失与管道长度、单位体积的动能成正比，与管径成反比。

式中λ——沿程阻力系数，可查表取值；l——液体流经管路的长度；d——管路内径；v——液体的平均流速。沿程压力损失计算公式：

液流状态不同情况的管道λ的计算层流等温时的金属圆形管道(如对水)λ=64/Re对于非等温(靠近管壁液层被冷却)时的金属管道或截面不圆以及弯成圆滑曲线的管道λ=75/Re弯曲的软管，特别是弯曲半径较小时λ=108/Re紊流除与Re有关外，还与管壁的粗糙度有关Re<105λ=0.3164Re-0.25对于内壁光滑的管道105<Re<107λ=0.0032+0.221Re-0.237

管道内的沿程阻力系数λ

例3某液压系统中，采用管长为25m，内径为20mm，油液的密度为900kg／m3，运动粘度为40×10-6m2/s，当流量为18L／min时，试计算沿程压力损失？m/s=477.5解：计算雷诺数Re：

=80578Pa≈0.081MPa

查表知光滑金属圆管Rec=2320＞Re=477.5，故流动状态为层流。由于实际情况下管壁附近的液体层应冷却而粘度增大较多。故沿程压力损失为液体流经阀口、弯管及变化的截面等局部阻力处所引起的压力损失。局部压力损失：

2.4.2局部压力损失液体经过这些局部阻力处流速和方向产生急剧变化，流体质点间产生撞击，液流形成死水旋涡区，从而产生了能量损失。式中ξ（克西）——局部阻力系数，液体流经这些局部障碍物时的流动现象复杂，可通过实验测定或查阅有关资料获得。局部压力损失计算公式：

流经阀的局部压力损失经验公式：

式中：—阀的额定流量；

—阀在额定流量下的压力损失（可查阅阀的样本手册）；

—通过阀的实际流量。所有管路系统中的沿程压力损失和局部压力损失之和。压力总损失：

2.4.3管路系统中的总压力损失=液体流过一个障碍后，要在管中流过一段距离液体才能稳定，否则其局部阻力系数可能比正常情况大2～3倍。因此，两个障碍之间直管的长度l＞(10～20)d。将液压泵出口压力设定为液压缸工作压力的（1.3～1.5）倍，即Pp=（1.3～1.5）p。估算法：

2.4.4液压泵出口压力的确定根据液压泵到液压缸之间采用的液压元件估算总压力损失∑Δp。随堂练习:1、液体的压力损失分为

和

。2、判断：管道越长其压力损失越大。（

）3、判断：液体的局部压力损失不可计算。（

）4、判断：液压系统的总压力损失为所有管路系统中的沿程压力损失和局部压力损失之和。（

）5、判断：管道直径越大其压力损失越大。（

）2.5液体流经孔口及缝隙的流量压力特性液压元件经常利用液体流经阀的小孔或缝隙来控制液体的压力和流量，从而达到调速和调压的目的。液体流经小孔的孔长L与孔径之比有三种情况：ɩ/d≤0.5时，称为薄壁小孔。0.5＜ɩ/d≤4,称为短孔。

ɩ/d＞4时，称为细长孔2.5.1液体流经小孔的流量压力特性1.薄壁小孔：

ɩ/d≤0.5当液流经过管道由小孔流出时，由于液体惯性作用，使通过小孔后的液流形成一个收缩断面，然后再扩散，这一收缩和扩散过程产生很大的能量损失。

根据伯努利方程和连续性方程推导出通过薄壁小孔的流量公式为式中AT

——小孔的通流面积；△p——小孔两端的压力差；

Cd——流量系数。当液流完全收缩时，计算时一般取Cd=0.6～0.62；当液流不完全收缩时，取Cd=0.7～0.8。

薄壁孔的流程很短，沿程阻力小，且不受粘度的影响，因而油温变化对流量影响很小，薄壁小孔处流速较高不易堵塞。薄壁小孔常作为节流阀的阀口。

薄壁小孔的应用：

完全收缩与不完全收缩：

当直径比D／d≥7时为完全收缩，流束的收缩不受孔前通道侧壁的影响。当D／d＜7时为不完全收缩，由于这时管壁与孔前通道侧壁较近，侧壁对收缩的程度有影响。

2.细长孔：

细长孔一般是指长径比l／d＞4的小孔。

μ——液压油的动力粘度。细长孔的流量由于与油的动力粘度成反比，故受油温的影响较大，同时细长孔易被堵塞。细长孔常用作控制阀的阻尼孔。

3.短孔：

式中K——由小孔的形状和液体性质决定的系数，对于薄壁孔

K=Cd（2/ρ）1/2，对于细长孔K=

d

2/32μl；

m——由小孔的长径比决定的压差指数，薄壁孔

m=0.5、细长孔m=1、短孔m=0.5～1；

AT——小孔的通流面积；

Δp——小孔两端的压力差。短孔加工比薄壁孔容易得多，适合于作固定的节流孔。4.各种小孔的通用流量公式：2.5.2液体流经缝隙的流量压力特性

液压系统的泄漏主要是缝隙两端的压力差引起压差流动、组成缝隙的两个配合面有相对运动引起的剪切流动。流体流经缝隙的大小相对其长度和宽度小得很多，因此缝隙中的流动受固体壁面的影响很大，其流动状态一般均为层流。常见的缝隙：两个平行平面形成的平面缝隙和内外圆柱表面形成的环状缝隙。

如图所示，液体沿两个平行平面缝隙流动时，其流经该缝隙流量计算式为：

液体在两个平行平面缝隙中流动

上式中，平板运动速度与压差作用下液体流向相同时取“＋”号，反之取“-”号。1.两个平行平面的缝隙：

如图所示，液体沿两个内外圆柱表面环状缝隙流动时，其流经缝隙流量计算式为：式中d—同心圆孔的直径。2.同心环状缝隙：

式中:ε—缝隙的相对偏心率，即内圆柱中心与外圆柱中心的偏心距离e

与缝隙δ的比值，即ε=e/δ。当ε=0时，两个内外圆柱表面形成的是同心环状缝隙；当ε=1时，即平均缝隙δ等于偏心距e，处于完全偏心情况下，通过偏心环状缝隙的流量是同心环状缝隙流量的2.5倍。所以，为了减少泄漏，应尽量使液压元件的配合处于同心状态。

如图所示，液体沿两个内外圆柱表面偏心环状缝隙流动情况，其流经该缝隙的流量计算式为：3.偏心环状缝隙

在液压系统中，由于某种原因引起液体压力在瞬间急剧升高，形成很大的压力峰值，这种现象称为液压冲击。2.6.1液压冲击⑴流动液体突然停止产生的液压冲击；1.液压冲击产生的原因

⑵运动部件制动时所产生的液压冲击；⑶液压元件反应不灵也会产生液压冲击。2.液压冲击的危害

液压冲击产生的压力峰值常常比正常压力要大好几倍，同时会产生噪音与振动，严重时会损坏液压元件和密封装置等等，有时还会使某些液压元件（如压力继电器、顺序阀）产生误动作，影响系统的正常工作。⑴限制流速和运动部件的速度，减少冲击波的强度。⑵开启或关闭阀门的速度要慢。⑶采用吸收液压冲击的能量装置如蓄能器等。⑷在出现有液压冲击的地方，安装限制压力的安全阀。⑸适当加大管径或采用橡胶软管。3.减小液压冲击的措施2.6.2气穴现象1.气穴与气蚀

当液体某一点处的绝对压力降到了相应温度的饱和蒸气压以下时，油液中的空气就会分离出来，产生大量的气泡，这种现象称为气穴现象。因气穴现象而产生的零件剥落和腐蚀称为气蚀。气穴现象多发生在阀门和液压泵的吸油口。

气穴现象产生大量的气泡，使液流不通畅，使液压泵输出流量和压力急剧波动，系统无法稳定地工作。气蚀严重时使泵的机件腐蚀，并使液压装置产生噪声和振动，降低液压元件的寿命。3.气穴的危害2.气穴现象产生原因

压力油流过节流口、阀口或管道狭缝时，速度升高，压力降低；液压泵吸油管道较小，吸油高度过大，阻力增大，压力降低；液压泵转速过高，吸油不充分，压力降低。4.气穴的预防措施⑴减少流经节流口及缝隙前后的压力差；一般希望间隙前后的压力比为p1/p2＜3.5；⑵正确确定液压泵吸油管内径，对管内液体的流速加以限制，降低液压泵的吸油高度，尽可能减少吸油管路中的压力损失；⑶提高管道的密封性能，防止空气的渗入；⑷提高零件的机械强度和降低零件表面的粗糙度，采用抗腐蚀能力强的金属材料（如铸铁和青铜等），以提高元件的抗气蚀能力。(5)整个管路尽可能平直，避免急转弯缝隙，合理配置。

小结：1.薄壁小孔：通道长径l／d≤0.5的小孔。2.短孔：通道长径比0.5≤l／d≤4的小孔。4.两个平行平面的缝隙5.同心环状缝隙6.偏心环状缝隙3.细长孔：通道长径比l／d＞4的小孔。随堂练习:1、小孔的通道长度l与直径d之比l／d＞4

的孔称为（

）。

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