Berechnung des Druckverlusts im Hydrauliksystem: Rohre, Schläuche und Ventile

Die Berechnung des Druckverlusts im Hydrauliksystem beginnt mit einem definierten Strömungspfad, dem tatsächlichen Durchfluss durch jeden Abschnitt, der Öllaufstärke bei Betriebstemperatur und den internen Abmessungen der Leitungen. Berechnen Sie die Reibung in geraden Rohren, addieren Sie dokumentierte Anlagenausfälle und Bauteile und vergleichen Sie das Gesamtdurchfluss mit dem verfügbaren Druck zur Ausführung von Arbeit. Ein Messwertgeber am Pumpeneingang allein kann nicht erkennen, wo Energie verloren geht. Diese Anleitung enthält ein Engineering-Arbeitsblatt für einen gleichmäßigen Ölfluss, zeigt eine illustrative Berechnung und erklärt, welche Annahmen zur Messung erforderlich sind, bevor eine Pumpe, ein Ventil oder eine Ersatzbaugruppe ausgewählt werden kann.

Definieren Sie den Flussweg, bevor Sie Zahlen eingeben.

Markieren Sie die Druck- und Rücklaufwege im Hydraulikkreislauf. Identifizieren Sie alle Rohre, Schläuche, Adapter, Richtungsventile, Filter und Kühler, die vom ausgewählten Betriebsdruckfluß durchlaufen werden. Notieren Sie die Maschinenfunktion und die Ventilposition. Ein Druckverlustbudget für die Verlängerung kann von dem Budget für die Rückführung, Entladung oder die simultane Betätigung eines anderen Aktuators abweichen.

Behandeln Sie parallele Zweige separat. Die Addition der Druckabfälle zweier paralleler Zweige, als ob sie in Reihe angeordnet wären, führt zu einer falschen Forderung. Der Fluss teilt sich zwischen diesen Zweigen entsprechend ihrer Lasten und Widerständen auf. Für eine geschlossene hydrostatische Schaltung sind die entsprechenden Hoch- und Niederdruckabschnitte zu berücksichtigen und die Anforderungen des Ladevorgangs separat zu prüfen; eine Arbeitsmappe für offene Kreisläufe kann einfach nicht kopiert werden.

Den nützlichen Aktuatordruck von dissipative Verluste zu trennen. Druck, der zur Bewegung einer Last verwendet wird, ist nicht automatisch ein Fehler. Ein Drosselventil kann Energie absichtlich verbrauchen, um die Bewegung zu steuern. Identifizieren Sie diese Funktion, bevor Sie jeden gemessenen Differenzdruck als Gelegenheit zur Entfernung einer Komponente betrachten.

Erheben Sie Informationen, die die Betriebszustandbeschreibung enthalten

Verwenden Sie für das Kaufwerkblatt den Wert in Litern pro Minute, um daraus die entsprechenden Volumina in Kubikmetern pro Sekunde zu berechnen. Notieren Sie die Längeneinheit in Metern, den tatsächlichen Innendurchmesser in Metern, die Öldichte in Kilogramm pro Kubikmeter und die kinematische Viskosität in Quadratmetern pro Sekunde. Ein Centistoke entspricht einem Quadratmillimeter pro Sekunde oder einer Millionstel eines Quadratmeters pro Sekunde.

Die Nennweite des Schlauchs, die Gewindegröße und die Bezeichnung der Flanschverbindung sind keine zuverlässigen Ersatz für den tatsächlichen Durchflussquerschnitt. Ein Adapter, ein Kupplungsteil oder ein gebohrter Durchlass im #Verteiler können schmaler sein als der benachbarte Schlauch. Notieren Sie diese Einschränkungen ausdrücklich. Holen Sie die Abmessungen aus Zeichnungen oder den technischen Daten des ausgewählten Herstellers mit der Teilenummer und der Revision an.

Die Viskosität muss der zu bewertenden Öltemperatur entsprechen. Eine ISO #-Viskositätsklasse gibt eine Referenzklassifizierung an, nicht die Viskosität bei jeder Betriebstemperatur. Verwenden Sie die Viskositäts-Temperaturinformationen des Fluidlieferanten. Evaluieren Sie sowohl den kalten Start als auch die stabilisierte Betriebsdauer, wenn beide die Pumpeneingangsbedingungen, den Filterbypass oder die Leitungsverluste steuern können.

Geschwindigkeit und Reynoldszahl berechnen

Bei einer Kreislinie ist die mittlere Geschwindigkeit v = 4Q / (pi D²), wobei Q die Volumenströmung in Kubikmetern pro Sekunde ist und D der Innendurchmesser in Metern ist. Die Reynoldszahl ist Re = vD / nu, wobei die kinematische Viskosität nu verwendet wird. Wenn statische Viskosität mu angegeben wird, verwenden Sie Re = rho vD / mu.

Diese Berechnungen beschreiben den mittleren Durchfluss in dem angegebenen Abschnitt. Sie prognostizieren nicht jede lokale Geschwindigkeit in einer Ventilöffnung oder bei plötzlichen Kontraktionen. Verwenden Sie sie Abschnitt für Abschnitt, wenn der Durchmesser oder der Durchfluss sich ändert. Ein Zylinder mit unterschiedlichen effektiven Flächenbereichen kann unterschiedliche Ein #- und Ausströmraten aufweisen; die Verwendung des Pumpenstroms für beide Leitungen kann den Verlust einer Seite unterschätzen.

Verwenden Sie die Reynolds-zahl, um ein geeignetes Reibungsmodell auszuwählen. Ein vollständig entwickelter laminärer Strömungsweg in einer kreisförmigen, geraden Rohrleitung weist einen Darcy-Reibungswert von 64/Re auf. Turbulenter Strömungsweg erfordert eine Beziehung, die sowohl die Reynolds-zahl als auch die relative Rauheit berücksichtigt. In der Nähe des Grenzzustands sollten Sie keine einzige, einfach zu verwendende Korrelation als präzise Prognose präsentieren. Halten Sie die Unsicherheit bei und validieren Sie die maßgebliche Bedingung anhand geeigneter Daten oder Messungen.

Verwenden Sie die korrekte Vorschrift für den Reibungskoeffizienten

Das Druckverlustbeziehung nach Darcy-Weisbach lautet delta p = f_D (L/D) (rho v² / 2). Es gibt Druck in Pascaln, wenn die Eingaben die oben genannten SI-Einheiten verwenden. L ist die Geradeabschnittlänge und f_D ist der Darcy-Reibungskoeffizient. Umwandeln Sie Pascal in Bar, indem Sie ihn mit 100.000 dividieren.

Der Fanning-Reibungskoeffizient entspricht einem Viertel des Darcy-Koeffizienten. Die Verwendung eines Fanning-Wertes in die Darcy-Gleichung ohne Umrechnung unterstreicht die linearen Verluste um einen Faktor von vier. An jeder von einem Diagramm, einer Tabellensammlung oder einem Rechner importierten Zahl wird die Konvention angegeben. Die Zusammenfassung der Strömungsmechanik von #NPTEL unterscheidet die beiden Konventionen und erläutert die zugrunde liegende Beziehung zwischen Rohrreibung und Druck.

Dieses stetige Durchflussmodell berechnet keine hydraulischen Stöße, transienten Druckspitzen, komprimierbaren #, belüfteten Strömungen oder die interne Effizienz einer Pumpe. Es ist am nützlichsten für eine definierte, einphasige Betriebssituation. Eine Erhöhung der Höhe oder eine Änderung der Geschwindigkeit zwischen den Druckmessstellen erfordert ebenfalls die entsprechenden Energiegleichungsteile, bevor eine Differenz zwischen den Messwerten als Reibungsverlust bezeichnet werden kann.

Fügen Sie Armaturen und Komponenten hinzu, ohne doppelt zu zählen

Ein dokumentiertes lokales Verlustkoeffizient kann als Delta p = K rho v²/2 verwendet werden, sofern die Referenzgeschwindigkeit und die Bedingungen für diesen Koeffizient bekannt sind. Nehmen Sie nicht an, dass ein für eine bestimmte Passungsgestaltung, ein Fluidregime oder eine Verbindung angegebener Koeffizient für alle optisch ähnlichen Teile gilt. Eine Verhaltensweise mit niedrigem Reynoldszahl kann zusätzliche Korrektur erfordern.

Eine gleichlange Methode ist eine weitere Darstellung eines passenden Verlusts. Verwenden Sie entweder die gleichlange Länge oder den lokalen Verlustbeitrag in einer bestimmten Summe. Zusammen addieren beide Werte das gleiche Widerstandswert zweimal. Prüfen Sie außerdem, ob eine Montagekurve bereits ihre Adapter, Unterplatte oder internen Durchgänge enthält.

Bei Ventilen, Filtern, Kühlern und Schnellkupplungen sollten Sie die Druck #-Durchflusskurve des ausgewählten Bauteils unter den entsprechenden Fluidbedingungen bevorzugen. Die nominelle Durchflussbeschreibungen einer #Ventile stellen nicht den tatsächlichen Differenzdruck dar. Prüfen Sie den aktivierten Durchflussweg und berücksichtigen Sie sowohl den Einlass- als auch den Auslassabschnitt, wenn der Aktuatorkreislauf dies erfordert. Filter erfordern eine Überprüfung hinsichtlich der Verlustleistung des Reinigungselements, der Belastung, des Bypassverhaltens und des zulässigen Differenzdrucks; die Bypass-Einstellung ist kein akzeptabler normaler Betriebsziel.

Erstellen Sie ein nachvollziehbares Druckverlust-Arbeitsblatt

Abschnitt „Arbeitsblatt“	Verlangte Beweismittel	Berechnung oder Überprüfung	Ständige Fehlervermeidung
Rechte Druckleitung	Länge, tatsächliche Bohrung, Strömung und warme/kalte Viskosität	Berechnen Sie Geschwindigkeit, Reynoldszahl und Darcy-Verlust	Verwendung des Außendurchmessers oder der Referenztemperatur-Viskosität
Gerade Rücklaufleitung	Echtes Rückflussstromverhältnis des Aktuators und Einschränkungen	Berechnen Sie unabhängig von der Druckleitung	Unter der Annahme, dass der Rückfluss immer dem Pumpstrom entspricht
Anschlüsse und Adapter	Exakte Geometrie und anwendbarer Koeffizient oder Verlauf	Fügen Sie jeweils eine Darstellung des lokalen Verlusts hinzu	Hinzufügen von K und der entsprechenden Länge
Richtungs- oder Proportionalventil	Ausgewählte Pfad-, Befehls- und Druckflussdaten	Alle aktiven Pfade unter derselben Pflicht einbeziehen	Verwendung einer nominalen Durchflussanzeige als Verlustwert
Filter und Kühler	Flüssigkeitszustand, Ladevorgang und Bauteilkurve	Einfügen des gerechtfertigten Betriebsdifferentialdrucks	Die Aktivierung des Bypass wird als normale Leistung behandelt
Voller Stromkreis	Gegliederte Betriebszustände und Messorte	Vergleichen Sie Budget mit nützlichem Lastdruck	Die Anbindung von parallelen Zweigen in Reihe

Unterstützender technischer Kontext: NPTEL: Darcy- und Fanning-Reibungskoeffizienten und Rohrschwund, NPTEL: Grundlagen der industriellen Ölhydraulik und Pneumatik. Diese Liste der Beweismittel legt keine Produktbewertung oder ein allgemeines Akzeptanzlimit fest.

Die Tabelle ist eine Originalbewertungsliste, keine Liste der Komponenten-Kennwerte. Die Rohrreibungseffekte werden durch die NPTEL-Referenz zur Fluidmechanik unterstützt. Die einzelnen Komponenten werden anhand der tatsächlichen Zeichnungen und Kurven beschrieben.

Arbeiten Sie anhand eines beispielhaften Laminarstrom-Beispiels

Antippen Sie eine horizontale geradlinige Leitung mit einer Durchflussmenge von 60 Litern pro Minute, einem Innendurchmesser von 20 Millimetern und einer Länge von 10 Metern. Für dieses Beispiel gelten nur die folgenden Werte: Dichte von 850 Kilogramm pro Kubikmeter und kinematische Viskosität von 46 Centistokes bei der bewerteten Temperatur. Dies sind Eingaben aus dem Arbeitsblatt und nicht die Produktspezifikationen von Prance oder die empfohlene Betriebsanforderung.

Durch die Umwandlung des Strömungswertes ergeben sich 0,001 Kubikmeter pro Sekunde. Die mittlere Geschwindigkeit beträgt etwa 3,18 Meter pro Sekunde. Die Reynoldszahl beträgt etwa 1.384, weshalb das vollständig entwickelte laminare Modell für die Berechnung der geraden Rohrleitung konform ist. Der Darcy-Faktor beträgt etwa 0,0463. Die Substitution in die Gleichung ergibt etwa 99.600 Pascal oder 1,00 Bar reiner Reibung.

Antippen Sie nun, dass separate, bedingungsangepasste Daten über die aktiven Ventilwege 2,0 bar, über den Filter 0,5 bar, über die Kühlkörper 0,4 bar und über die Armaturen 0,2 bar bereitstellen. Die illustrative Gesamtwertmenge beträgt etwa 4,10 bar. Diese zusätzlichen Werte werden als Eingaben für die Summation angenommen; sie stellen keine Messwerte, Zulassungsgrenzen oder wiederverwendbare Schätzungen für eine nicht identifizierte Komponente dar.

Bei 60 Litern pro Minute entfällt bei einer Druckdifferenz von 4,10 bar eine Stromleistung von etwa 0,410 Kilowatt. Die Stromleistung in Kilowatt entspricht Q in Litern pro Minute, multipliziert mit delta p in Bar, geteilt durch 600. Dies schätzt die hydraulische Energieabfuhr unter den angegebenen konstanten Bedingungen. Es gibt keine Angaben zur Endtemperatur des Öls, zur Kühlkapazität oder zur elektrischen Leistung; diese Informationen sind abhängig von Betriebsdauer, Wärmebalance und Gesamtwirkungsgrad.

Vergleichen Sie Betriebssituationen und bewahren Sie Unsicherheiten auf

Wiederholen Sie die Arbeitsmappe für die maßgeblichen Strömungsrichtungen, die Öltemperaturen und die Maschinenfunktionen. Eine warme Berechnung kann zufriedenstellend erscheinen, während ein kaltes Anfahren zu einem übermäßigen Differenzdruck im Filter oder zu einer Einschränkung des Einlassdrucks führt. Umgekehrt kann ein Verlustmodell unter Verwendung der kalten Viskosität über die gesamte volle Erwärmung des Schaltsystems hinweg zu einer übertriebenen kontinuierlichen Wärmerzeugung führen.

Bei der Untersuchung von Verbesserungen sollten Sie jeweils einen Eingang ändern. Eine Erhöhung der Bohrung verändert die Geschwindigkeit, die Reynoldszahl und den Reibungskoeffizienten. Daher kann es leicht irreführend sein, die vorherige Druckwert nur anhand der Geschwindigkeit zu skalieren. Berechnen Sie den gesamten Abschnitt neu. Notieren Sie die tatsächlichen Routen und Mindestbiegeanforderungen, bevor Sie eine physisch unpraktische Ersatzleitung vorschlagen.

Halten Sie eine Spalte für Unsicherheitswerte für fehlende Bohrungsabmessungen, Viskositätswerte und Bauteilkurven bereit. Eine Gesamtsumme aus drei zuverlässigen Messungen und mehreren Vermutungen sollte nicht als verifizierte Systemanforderung an den Einkauf vorgelegt werden. Rangieren Sie die Unbekannten nach ihrer wahrscheinlichsten Auswirkung und erhalten Sie zuerst die aussagekräftigsten Beweise.

Maße überprüfen und eine Komponentenanfrage vorbereiten

Die Installation und Verwendung von Druckmessgeräten ist nur unter den zugelassenen Serviceverfahren der #Maschine möglich. Isolieren Sie gefährliche Energiequellen, verwenden Sie geeignete Prüfgeräte und berücksichtigen Sie gespeicherte Druckwerte und aufgehängte Lasten. Lösen Sie keine leitenden Verbindungen, um den Durchfluss zu prüfen oder mit der Hand nach Lecks zu suchen. Die NIOSH #-Richtlinien zur Gefahrenenergie unterstützen die Notwendigkeit planmäßiger Isolierung während der Wartung.

Messen Sie den Differenzdruck über eindeutig gekennzeichnete Grenzen mit Instrumenten, die für die erwarteten Bedingungen geeignet sind. Notieren Sie den Durchfluss, die Flüssigkeitstemperatur, den Ventilzustand, die Bewegung des Aktuators und die Identifizierung des Instruments zusammen mit jedem Ergebnis. Vergleichen Sie die Vorhersagen und Messwerte bei gleicher Last. Eine Änderung der Belastung zwischen zwei Messwerten kann eine Subtraktion ungültig machen, selbst wenn beide Messgeräte genau sind.

Bei Anfragen zu einem Prance #-Pumpen- oder Ventilelement geben Sie den Kreislauf, den erforderlichen Nutzlastdruck, das prognostizierte Verlustbudget, den Durchflussbereich, das verwendete Medium, die Start- und Betriebstemperaturen, den Betriebszustand und die Komponentenverbindungen an. Bitte fordern Sie die relevanten Druck-Fluss- und Fluid-Bedingungsdaten der ausgewählten Konfiguration an. Eine Außenproduktabbildung kann helfen, die Familie und die Verbindungen zu identifizieren, kann jedoch keine internen Verlustkurven liefern oder eine universelle Betriebsgrenze genehmigen.

Häufig gestellte Fragen

Kann ich den Systemdruckverlust allein aus dem Pumpendruck berechnen?

Nein. Der Druck am Pumpeneingang umfasst sowohl die Nutzlastanforderung als auch die Verluste entlang des aktiven Strömungsweges. Identifizieren Sie den Schaltzustand, die Strömungs- und Druckgrenzen und berechnen bzw. messen Sie dann die einzelnen Beiträge. Eine einzige Auslassmessung kann die Einschränkung nicht identifizieren.

Muss ich den Druckverlust jeder #Zweigleitung zusammen addieren?

Fügen Sie Verluste entlang derselben Leitungspfade hinzu. Parallelverzweigungen erfordern eine separate Strömungs- und Druckanalyse. Fügen Sie zwei alternative Leitungen nicht zusammen, als ob das Fluid beide gleichzeitig durchlaufen würde.

Ist der Darcy-Faktor gleich dem Fanning-Faktor?

Nein. Der Darcy-Faktor ist viermal so hoch wie der Fanning-Faktor. Bestätigen Sie die von einer Quelle verwendete Konvention, bevor Sie diese in eine Berechnung einfügen; andernfalls kann das geradlinige Ergebnis um einen Faktor von vier falsch sein.

Kann ein Wasserdruck-Verlustrechner auch für Hydrauliköl verwendet werden?

Nur wenn das Modell die entsprechenden Ölmerkmale und Betriebszustände akzeptiert. Ein Kalkulator, der auf einer spezifischen empirischen Beziehung zwischen Wasser und Viskosität basiert, kann irreführende Ölwerte liefern. Prüfen Sie die Annahmen und Einheiten des Modells, anstatt sich allein auf die Bezeichnung im Bedienfeld zu verlassen.

Garantiert ein niedrigeres Schaltdruckabfall einen kühleren System?

Eine geringere Verlustleistung kann die verlorene hydraulische Leistung bei gleichem Durchfluss reduzieren, aber die endgültige Temperatur hängt auch von der Betriebsdauer, der Nutzleistung, anderen Verlusten und der Wärmeabfuhr ab. Prüfen Sie die thermische Balance und die Maschineneffizienz erneut, bevor Sie eine Änderung der Routenführung als garantierte Temperaturlösung annehmen.

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Technische Referenzen

• NPTEL: Darcy- und Fanning-Reibungskoeffizienten und Rohrschwund
• NPTEL: Grundlagen der industriellen Ölhydraulik und Pneumatik
• NIOSH: Gefährliche Energiezustände

Die Quellen bestätigen die angegebenen Prinzipien und den beschriebenen Einsatzbereich der Methode. Illustrativen Angaben und Dokumenten anderer Hersteller sind keine Bestimmungen zu den Leistungsmerkmalen, den Garantien oder der Markenzugehörigkeit von Prance.