管道中的压力瞬变

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当管道中的阀门骤然关闭或开启时，管中液体的压力发生急剧交替升降的阻尼波动过程称为液压冲击(或水锤)现象。液压冲击是管道中的非定常流问题，是一种瞬变的动态过程。

当阀门骤然关闭时，管中原来动能将转变为压势能，在阀门前将出现压力升高，其值有可能危及液压系统的元件，并伴有振动与噪声。反之当阀门骤然开启时，则会出现压力降低，当其绝对压力降低于液体的饱和蒸汽压力时，则会发生气穴现象。这都将会影响液压系统的正常工作。这两种骤然开或关所发生的液压冲击，都称为直接液压冲击，其压力升降见图1．2－5。

当阀门开关时不是瞬时骤然动作，其开关时间t大于t_c=2L／c的情况所发生的液压冲击，称为间接液压冲击，其危害性较直接液压冲击要小。

(1)直接液压冲击的最大压力计算

当阀门骤然关或开时，即阀门动作时间t＜t_c=2L／c，则管道内产生的最大压力升高为p_rmax或最大压力降低为p_dmax。

A．等径直管端阀门骤然关闭

当管道中液体以平均流速v流动著，管端阀门骤然关闭，运动著的液体冲击关闭了的阀门，将动能转变为压势能，而使被压缩的液体段的压力增为最大压力升高p_rmax。

B．串联管端阀门骤关

在图1．2－7所示的串联管道中，当末端阀门骤然关闭时所发生的最大压力升高为

式中

l₁，l₂，l₃——各串联管道的长度；

v₁，v₂，v₃——各串联管道的相应的平均流速；

L_a——各串联管道的总长

L_a=l₁+l₂+l₃+…

C．等径直管端阀门骤开

在等径直管末端阀门骤开时，出现的最大压力降低为

式中 p₀——管中原来的工作压力；

p_rmax——按式(1．2－7)计算。

D．串联管端阀门骤开

其最大压力降低仍用式(1．2－9)，其中最大压力升高p_rmax应按式(1．2－8)的串联管的情况来计算，p₀则应按串联管内的原来工作压力计算。

(2)间接液压冲击时压力计算

实际上阀门的开或关，总是有一定的时间t，当t＞t_c时，其产生的压力降低或升高都不会达到骤时开关的最大值。这种有一定动作时间的开或关就简称为“慢”开或“慢”关。

A．等径直管端阀门“慢”关(t＞t_c)此时管中的压力升高为

式中

L——直管长度；

t——阀门关闭时间。

B．串联管端阀门“慢”关(t＞t_c)

式中

C．等径直管端阀门“慢”开(t＞t_c)管中压力降低为

式中 L——直管长度；

t——阀门开启时间。

D．串联管端阀门“慢”开(t＞t_c)

串联管中压力降低为

式中

t——阀门关闭时间。

(3)等径直管内的液压冲击计算实例见表1．2－6。

表1．2－6 液压冲击计算实例

(4)液压冲击的防止措施

当液压系统发生液压冲击时，会产生噪声、振动，甚至损坏系统元件及管道，为了保持系统的正常工作，应尽量削减其影响。常用的措施为：

·尽可能地使阀门动作平缓，如换向阀中采用带锥台肩的阀芯，或采用可调先导式液控换向阀控制主阀芯的切换速度，以缓和液压冲击。

·在紧靠液压冲击源附近设置卸荷阀。

·在易产生液压冲击源(如阀门)前设置吸冲击压力的蓄能器。

·按各类管件选用合理的流速。