管道中的压力瞬变
出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册上册》第12页（2970字）
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。
图1．2－5 液压冲击的压力变化
当阀门开关时不是瞬时骤然动作，其开关时间t大于tc=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＜tc=2L／c，则管道内产生的最大压力升高为prmax或最大压力降低为pdmax。
A．等径直管端阀门骤然关闭
当管道中液体以平均流速v流动着，管端阀门骤然关闭，运动着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prmax。
式中 ρ——液体的密度；
v——管中原来流动时的平均流速；
a——液体中压力波传播速度
K——液体的体积弹性模数，对液压油取K=1700MPa；
E——管材的弹性模数，见表1．2－5；
d——管道内径；
δ——管壁厚度。
表1．2－5 常用管材的弹性模数E
压力波来回一次称为相长tc=2L／a，见图1．2－6。
图1．2－6 等径直管中的液压冲击
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
图1．2－7 串联管中的液压冲击
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；
La——各串联管道的总长
La=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；
prmax——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prmax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＞tc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＞tc)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＞tc)
式中
C．等径直管端阀门“慢”开(t＞tc)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＞tc)
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。