液压冲击和空穴现象的原因及解决方法

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：图1-22 液压冲击现象示意图当液压冲击波第一波刚结束时，阀门处压力达最大值，此值即为我们所要求的最大压力升高值。液压冲击的危害是很大的。微小气泡聚合长大，使原来充满油液的管道变为混有许多气泡的不连续状态，这种现象称为空穴现象。空穴现象会引起系统的振动，产生冲击、噪声、气蚀，使工作状态恶化。

1.液压冲击

在液压系统中，当极快地换向或关闭液压回路，致使液流速度急速地改变（变向或停止）时，由于流动液体的惯性或运动部件的惯性，会使系统内的压力发生突然升高或降低，这种现象称为液压冲击（水力学中称为水锤现象）。

图1-22表示，液体在压力管道中流动，如果在某一瞬间，换向阀2突然关闭，则紧靠阀2的一层油液首先停止运动，从这一层油液开始，管子中的油液将一层一层地逐渐停止运动。在各层油液依次停止流动的同时，液体的动能转化为压力能，致使已停止流动的液体中产生压力升高现象。压力升高波或称第一波以很高速度a由阀门2向管路的入口端（容器1）方向传播，液体及管道将随着压力波的传递而产生弹性变形。如果管道和其中的液体都认为是均质的，则管子压力波的传播速度a为常数。当靠近容器处最末一层液体停止流动时，阀门2处压力达最大值。此时管道中全部液体均被压缩。但是因为在此瞬间容器中的压力小于阀门处的压力，因而液体转向容器方向流动，管道中压力开始降低，压力衰减波逐层向阀门处传递，称为第二波。

图1-22 液压冲击现象示意图

当液压冲击波第一波刚结束时，阀门处压力达最大值，此值即为我们所要求的最大压力升高值。设管道的通流面面积为A，第一波从产生到结束的时间为t，管长为l，管子中压力升高值为Δp，管中油液的密度为ρ，管中的起始流速为v₀，关闭后流速为v′（当阀门全闭时，v′=0），对这段液体运用动量定律，可得

但，为冲出波之传播速度，故有

Δp=ρ（v₀-v′）a （1-24）如果阀门为全闭，则

Δp=ρv₀a （1-25）

式（1-24）和式（1-25）中的Δp值为液压冲击中可能产生的最大压力升高值。

液压冲击根据阀门关闭的快慢不同而有所差异，设阀门的关闭时间为t₀（s），冲击波从起始点开始再反射到起始点上的时间为t（s），则t可采用下式表示：

t=2l/a

如果阀门关闭的时间t₀＜t，这种情况称为瞬时关闭，这时液流由于速度改变所引起的能量变化全部转变为液压能，这种液压冲击一般称为完全冲击。压力升高值可按式（1-24）和式（1-25）计算。

如果阀门关闭的时间t₀＞t，这种情况称为逐渐关闭，这时液流由于速度改变所引起的能量变化仅有一部分（相当于t/t₀的部分）转变为液压能，这种液压冲击一般称为非完全冲击。此时，Δp可近似地用下式计算：

从式（1-24）、式（1-25）和式（1-26）可知，只要能算出冲击波传播速度a的值，则液压冲击压力升高值即可求出。

液压冲击的危害是很大的。发生液压冲击时管路中的冲击压力往往急增很多倍，而使按工作压力设计的管道破裂。此外，所产生的液压冲击波会引起液压系统的振动和冲击噪声。因此，在液压系统设计时要考虑这些因素，应当尽量减少液压冲击的影响。为此，一般可采用如下措施：

1）缓慢关闭阀门，削减冲击波的强度。

2）在阀门前设置蓄能器，以减小冲击波传播的距离。

3）应将管中流速限制在适当的范围内，或采用橡胶软管来减小液压冲击。

4）在系统中装置安全阀，可起泄压作用。

2.空穴现象

一般液体中溶解有空气，如水中溶解有约2%体积的空气，液压油中溶解有6%～12%体积的空气。成溶解状态的气体对油液体积弹性模量没有影响，成游离状态的小气泡则对油液体积弹性模量产生显著的影响。液体中空气的溶解度与压力成正比。当压力降低时，原先压力较高时溶解于油液中的气体成为过饱和状态，于是就要分解出游离状态微小气泡；当压力低于空气分离压pτ时，溶解的气体就要以很高速度分解出来。微小气泡聚合长大，使原来充满油液的管道变为混有许多气泡的不连续状态，这种现象称为空穴现象。油液的空气分离压随油温及空气溶解度而变化，当油温t=50℃时，pτ＜3.5Pa（绝对压力）。

空穴现象会引起系统的振动，产生冲击、噪声、气蚀，使工作状态恶化。为此，应采取如下预防措施：

1）限制泵吸油口距油面高度，泵吸油口要有足够的管径，过滤器压力损失要小，自吸能力差的泵要采用辅助供油。

2）管路密封要好，防止空气渗入。

液压冲击和空穴现象的原因及解决方法

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