液压管路循环冲洗中流量的选择

任小伟，王秉武，任克忍，张瑞娟，黄萍

（1.宝鸡石油机械有限责任公司，2.国家油气钻井装备工程技术研究中心，3.宝鸡技师学院，陕西 宝鸡 721000）

液压管路循环冲洗是保障液压系统管路清洁度的重要手段，其目的是为了清除液压管路内在酸洗及安装过程中以及液压元件在制造过程中遗落的机械杂质或其它固体微粒，使管路达到液压系统正常运行时所需的清洁度，以保护精密阀件不被损坏，保障设备的可靠运行。

在液压管路循环冲洗现场实际施工过程中经常遇到以下问题：（1）流量不足，流体在管路内形成不了紊流状态，达不到冲洗效果。（2）流量过大，导致液压油品变质，降低了冲洗效率，增加了管路冲洗成本。本文针对实际施工中出现的问题，对管路循环冲洗中流量的选择进行分析与探讨。

1 相关资料分析

GB/T 25133-2010 《液压系统总成管路冲洗方法》与《液压工程师技术手册》中均规定了管路循环冲洗时的最小流量计算方法。根据标准《液压系统总成管路冲洗方法》中8．2要求，冲洗设备的流量由三个参数决定，管线的雷诺数eR、油品粘度ν以及管子通径d，计算公式如下：

而在《液压工程师技术手册》(参照861页)中，冲洗流量由管子内的液体流速决定，规定冲洗时流速应在3m/s以上。

以通径25mm的液压管线为例，冲洗液压油选取L-HM46，油温40℃，最小冲洗流量按照以上方法进行计算，其结果如下。

（1）根据标准GB/T 25133-2010的要求计算流量：

式中：eR——临界雷诺数，取eR =4000；ν——运动粘度，取ν=46；d——管径，取d=25mm。

（2）根据《液压工程师技术手册》的要求计算流量：

式 中：V流速false—— 流 速， 取V流速=3m/s；A管子截面——管子内孔截面积。

从计算结果可看出，依据不同的资料，得出的最小流量差异很大，给流量的选择带来很大的困难。针对资料互相矛盾的问题，我们深入研究了冲洗的原理，当冲洗流量增大到一定程度时，管路内的流体达到紊流状态，此时冲洗效果最好。

流体形成紊流状态最关键参数是临界雷诺数，对于临界雷诺数的相关资料很多，一般规定对于光滑的金属圆管中液流的 Re为2000～2320，对于橡胶软管中流体的Re为1600～2000，而在GB/T 25133-2010《液压系统总成管路冲洗方法》中规定的临界雷诺数 Re=4000，根据式（1）可知同等管径下临界雷诺数越大，形成紊流所需的流量越大。在实际生产中，为提高冲洗效率，管路循环冲洗工艺允许管径不一的管线串联冲洗，并规定“冲洗装置的泵源端应接在管径较粗的回路上，从粗管线向细管线冲洗。”冲洗流量的选择以串联回路中最粗的管线为依据，冲洗流量也不是越大越好，在后面会对冲洗流量的最大限制条件进行分析。

通过对在不同临界雷诺数下的流量和相关资料进行的反复对比，并在现场实践过程中证明按照《液压工程师技术手册》（参照第33页）中临界雷诺数的取值Re=2320，再利用式（1）进行计算，得到的流量数值较为合理，以25mm通径的管路为例，根据式（1）计算其最小流量 qv=125．3 L /min；而按照GB/T 25133-2010 《液压系统总成管路冲洗方法》选取临界雷诺数，计算的冲洗流量偏大，经常会造成冲洗用液压油的变质。

2 冲洗流量的最大限制条件

只要选择合适的雷诺数，根据公式（1）可计算出管路循环冲洗的最小流量。根据伯努利方程，当流体流速增大时，流体内的压力下降，对一定温度的液体，如果压力下降过低，接近或低于其在该温度下的饱和蒸汽压力时，液体本身将气化，产生气穴。大量气泡的产生、迅速破灭，对液压管路的内壁产生冲击，同时产生气穴现象，加速了液压油的老化变质。因此，在冲洗过程中应对最大流量进行限制，避免在管道内产生负压。

图1

如图1所述，液压油从管径较粗的管路（截面1-1）流向管径较小的管路（截面2-2）时，截面2-2处管径流体流速增大，假设液压流体是不可压缩的定常理想流体,流体流向从左至右。

其中:p1为1-1截面处的压力；ρ为流体的密度；V1为1-1截面处的流速； Z1为1-1截面处的水头高；p2为2-2截面处的压力； V2为2-2截面处的流速； Z2为2-2截面处的水头高。

管路冲洗时管路一般处于水平状态，因此取 Z1= Z2。

则由式（2）得：

又根据流体的连续性方程：

其中Q为流体的流量； A1为1-1截面处内孔截面积；A2为2-2截面处内孔截面积；

式（4）带入式（3）：

取P2=0，则可解算出的Q为理论产生负压的临界流量，即为最大流量的限制条件。

3 实施效果及建议

3.1 实施效果

解决了流量的选择问题，特别是对最大冲洗流量进行限制后，在后续的管路循环冲洗过程中再没有发生液压油变质的情况。

3.2 建议

国内部分管路冲洗设备配置有脉冲装置，在相同的冲洗流量下，更容易使管路内部形成紊流，可提高管路冲洗的效率。因此建议液压管路冲洗时尽可能采用带有脉冲装置的设备。

建议在冲洗期间用木锤、铜锤或橡皮锤从头到尾对管线进行连续敲击，以震落管内杂质，同时也可在管路内促成紊流形成从而提高冲洗效率。

由于冲洗装置的出油口大小是一定的，因此对于小口径的管路建议采用并联冲洗，以防止由于冲洗流量过大而在管路内产生气穴现象，造成液压油的变质。

4 结语

（1）液压管路的最小冲洗流量应根据管路系统形成紊流的临界雷诺数来确定，依据不同的资料会得出不同的流量值，根据实际的应用情况，我们取临界雷诺数为eR=2320。

（2）目前可见资料中还没有对冲洗流量的最大限制条件提出要求，本文根据伯努利方程将产生负压的临界流量作为系统的冲洗流量的最大限制条件，在实际应用过程中，避免了冲洗管路用液压油的变质，减低了冲洗成本，提高了冲洗效率。

参考文献：

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[5]王新兰,李祥生．液压与气动[M]．北京：电子工业出版社，2003．