液壓管路循環(huán)沖洗中流量的選擇

任小偉，王秉武，任克忍，張瑞娟，黃萍

（1.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，2.國(guó)家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心，3.寶雞技師學(xué)院，陜西 寶雞 721000）

液壓管路循環(huán)沖洗是保障液壓系統(tǒng)管路清潔度的重要手段，其目的是為了清除液壓管路內(nèi)在酸洗及安裝過(guò)程中以及液壓元件在制造過(guò)程中遺落的機(jī)械雜質(zhì)或其它固體微粒，使管路達(dá)到液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)所需的清潔度，以保護(hù)精密閥件不被損壞，保障設(shè)備的可靠運(yùn)行。

在液壓管路循環(huán)沖洗現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過(guò)程中經(jīng)常遇到以下問(wèn)題：（1）流量不足，流體在管路內(nèi)形成不了紊流狀態(tài)，達(dá)不到?jīng)_洗效果。（2）流量過(guò)大，導(dǎo)致液壓油品變質(zhì)，降低了沖洗效率，增加了管路沖洗成本。本文針對(duì)實(shí)際施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)管路循環(huán)沖洗中流量的選擇進(jìn)行分析與探討。

1 相關(guān)資料分析

GB/T 25133-2010 《液壓系統(tǒng)總成管路沖洗方法》與《液壓工程師技術(shù)手冊(cè)》中均規(guī)定了管路循環(huán)沖洗時(shí)的最小流量計(jì)算方法。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《液壓系統(tǒng)總成管路沖洗方法》中8．2要求，沖洗設(shè)備的流量由三個(gè)參數(shù)決定，管線的雷諾數(shù)eR、油品粘度ν以及管子通徑d，計(jì)算公式如下：

而在《液壓工程師技術(shù)手冊(cè)》(參照861頁(yè))中，沖洗流量由管子內(nèi)的液體流速?zèng)Q定，規(guī)定沖洗時(shí)流速應(yīng)在3m/s以上。

以通徑25mm的液壓管線為例，沖洗液壓油選取L-HM46，油溫40℃，最小沖洗流量按照以上方法進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果如下。

（1）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25133-2010的要求計(jì)算流量：

式中：eR——臨界雷諾數(shù)，取eR =4000；ν——運(yùn)動(dòng)粘度，取ν=46；d——管徑，取d=25mm。

（2）根據(jù)《液壓工程師技術(shù)手冊(cè)》的要求計(jì)算流量：

式 中：V流速false—— 流 速， 取V流速=3m/s；A管子截面——管子內(nèi)孔截面積。

從計(jì)算結(jié)果可看出，依據(jù)不同的資料，得出的最小流量差異很大，給流量的選擇帶來(lái)很大的困難。針對(duì)資料互相矛盾的問(wèn)題，我們深入研究了沖洗的原理，當(dāng)沖洗流量增大到一定程度時(shí)，管路內(nèi)的流體達(dá)到紊流狀態(tài)，此時(shí)沖洗效果最好。

流體形成紊流狀態(tài)最關(guān)鍵參數(shù)是臨界雷諾數(shù)，對(duì)于臨界雷諾數(shù)的相關(guān)資料很多，一般規(guī)定對(duì)于光滑的金屬圓管中液流的 Re為2000～2320，對(duì)于橡膠軟管中流體的Re為1600～2000，而在GB/T 25133-2010《液壓系統(tǒng)總成管路沖洗方法》中規(guī)定的臨界雷諾數(shù) Re=4000，根據(jù)式（1）可知同等管徑下臨界雷諾數(shù)越大，形成紊流所需的流量越大。在實(shí)際生產(chǎn)中，為提高沖洗效率，管路循環(huán)沖洗工藝允許管徑不一的管線串聯(lián)沖洗，并規(guī)定“沖洗裝置的泵源端應(yīng)接在管徑較粗的回路上，從粗管線向細(xì)管線沖洗?！睕_洗流量的選擇以串聯(lián)回路中最粗的管線為依據(jù)，沖洗流量也不是越大越好，在后面會(huì)對(duì)沖洗流量的最大限制條件進(jìn)行分析。

通過(guò)對(duì)在不同臨界雷諾數(shù)下的流量和相關(guān)資料進(jìn)行的反復(fù)對(duì)比，并在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐過(guò)程中證明按照《液壓工程師技術(shù)手冊(cè)》（參照第33頁(yè)）中臨界雷諾數(shù)的取值Re=2320，再利用式（1）進(jìn)行計(jì)算，得到的流量數(shù)值較為合理，以25mm通徑的管路為例，根據(jù)式（1）計(jì)算其最小流量 qv=125．3 L /min；而按照GB/T 25133-2010 《液壓系統(tǒng)總成管路沖洗方法》選取臨界雷諾數(shù)，計(jì)算的沖洗流量偏大，經(jīng)常會(huì)造成沖洗用液壓油的變質(zhì)。

2 沖洗流量的最大限制條件

只要選擇合適的雷諾數(shù)，根據(jù)公式（1）可計(jì)算出管路循環(huán)沖洗的最小流量。根據(jù)伯努利方程，當(dāng)流體流速增大時(shí)，流體內(nèi)的壓力下降，對(duì)一定溫度的液體，如果壓力下降過(guò)低，接近或低于其在該溫度下的飽和蒸汽壓力時(shí)，液體本身將氣化，產(chǎn)生氣穴。大量氣泡的產(chǎn)生、迅速破滅，對(duì)液壓管路的內(nèi)壁產(chǎn)生沖擊，同時(shí)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，加速了液壓油的老化變質(zhì)。因此，在沖洗過(guò)程中應(yīng)對(duì)最大流量進(jìn)行限制，避免在管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓。

圖1

如圖1所述，液壓油從管徑較粗的管路（截面1-1）流向管徑較小的管路（截面2-2）時(shí)，截面2-2處管徑流體流速增大，假設(shè)液壓流體是不可壓縮的定常理想流體,流體流向從左至右。

其中:p1為1-1截面處的壓力；ρ為流體的密度；V1為1-1截面處的流速； Z1為1-1截面處的水頭高；p2為2-2截面處的壓力； V2為2-2截面處的流速； Z2為2-2截面處的水頭高。

管路沖洗時(shí)管路一般處于水平狀態(tài)，因此取 Z1= Z2。

則由式（2）得：

又根據(jù)流體的連續(xù)性方程：

其中Q為流體的流量； A1為1-1截面處內(nèi)孔截面積；A2為2-2截面處內(nèi)孔截面積；

式（4）帶入式（3）：

取P2=0，則可解算出的Q為理論產(chǎn)生負(fù)壓的臨界流量，即為最大流量的限制條件。

3 實(shí)施效果及建議

3.1 實(shí)施效果

解決了流量的選擇問(wèn)題，特別是對(duì)最大沖洗流量進(jìn)行限制后，在后續(xù)的管路循環(huán)沖洗過(guò)程中再?zèng)]有發(fā)生液壓油變質(zhì)的情況。

3.2 建議

國(guó)內(nèi)部分管路沖洗設(shè)備配置有脈沖裝置，在相同的沖洗流量下，更容易使管路內(nèi)部形成紊流，可提高管路沖洗的效率。因此建議液壓管路沖洗時(shí)盡可能采用帶有脈沖裝置的設(shè)備。

建議在沖洗期間用木錘、銅錘或橡皮錘從頭到尾對(duì)管線進(jìn)行連續(xù)敲擊，以震落管內(nèi)雜質(zhì)，同時(shí)也可在管路內(nèi)促成紊流形成從而提高沖洗效率。

由于沖洗裝置的出油口大小是一定的，因此對(duì)于小口徑的管路建議采用并聯(lián)沖洗，以防止由于沖洗流量過(guò)大而在管路內(nèi)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，造成液壓油的變質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）液壓管路的最小沖洗流量應(yīng)根據(jù)管路系統(tǒng)形成紊流的臨界雷諾數(shù)來(lái)確定，依據(jù)不同的資料會(huì)得出不同的流量值，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況，我們?nèi)∨R界雷諾數(shù)為eR=2320。

（2）目前可見(jiàn)資料中還沒(méi)有對(duì)沖洗流量的最大限制條件提出要求，本文根據(jù)伯努利方程將產(chǎn)生負(fù)壓的臨界流量作為系統(tǒng)的沖洗流量的最大限制條件，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，避免了沖洗管路用液壓油的變質(zhì)，減低了沖洗成本，提高了沖洗效率。

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