各种结构形式的阀口就是薄壁小孔的实际例子课件.ppt

1、School of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院 小孔在液压与气压传动中的应用十分广泛。小孔在液压与气压传动中的应用十分广泛。本节将分析流体经过薄壁小孔、短孔和细长本节将分析流体经过薄壁小孔、短孔和细长孔等小孔的流动情况，并推导出相应的流量孔等小孔的流动情况，并推导出相应的流量公式，这些是以后学习节流调速和伺服系统公式，这些是以后学习节流调速和伺服系统工作原理的理论基础。工作原理的理论基础。School of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院Part 1.7.1 是指小孔

2、的长度和直径之比是指小孔的长度和直径之比l/d0.5的孔，一般孔的孔，一般孔口边缘做成刃口形式如口边缘做成刃口形式如所示。各种结构形式的所示。各种结构形式的就是薄壁小孔的实际例子。就是薄壁小孔的实际例子。通过薄壁小孔的流体通过薄壁小孔的流体当流体流经薄壁小孔时，由于流体的惯性当流体流经薄壁小孔时，由于流体的惯性作用，使通过小孔后的流体形成一个收缩作用，使通过小孔后的流体形成一个收缩截面截面Ac（见图（见图126），然后再扩大，这），然后再扩大，这一收缩和扩大过程便产生了局部能量损失一收缩和扩大过程便产生了局部能量损失。当管道直径与小孔直径之比。当管道直径与小孔直径之比d/d07时，时，流体的收

3、缩作用不受孔前管道内壁的影响流体的收缩作用不受孔前管道内壁的影响，这时称，这时称；当；当d/d07时，孔时，孔前管道内壁对流体进入小孔有导向作用，前管道内壁对流体进入小孔有导向作用，这时称这时称。School of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院列出图列出图126中截面中截面11和和22的能量方程，并设的能量方程，并设=1，有，有 hgvgpgvgp 22222211式中，式中，h为流体流经小孔的为流体流经小孔的，它包括两部分：，它包括两部分：流体流经截面突然缩小时的流体流经截面突然缩小时的h1和突然扩大时的和突然扩大时的h2。由前

4、知由前知 2c12vhg经查手册得经查手册得 22cc2212AvhAgSchool of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院由于由于Ac105时，时，Cd可以认为是不可以认为是不变的常数，计算时取平均值变的常数，计算时取平均值Cd=0.600.61。School of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院在液流不完全收缩时，在液流不完全收缩时，Cd可增大至可增大至0.70.8，具体数值见，具体数值见。当小孔不是刃口形式而是带棱边或小倒角的孔时，。当小孔不是刃口形式而是带棱边或小倒

5、角的孔时，Cd值将更大。值将更大。表表1-19 不完全收缩时液体流量系数不完全收缩时液体流量系数Cd的值的值0.10.20.30.40.50.60.7 Cd0.6020.6150.6340.6610.6960.7420.804AA0气体的流量系数一般取气体的流量系数一般取Cd=0.620.64。由式（由式（192）可知，流经薄壁小孔的）可知，流经薄壁小孔的q与小孔前后的压差与小孔前后的压差p的平方根以及的平方根以及小孔面积小孔面积A0成正比，而成正比，而。由于薄壁小孔具有沿程压力损失小、通过小。由于薄壁小孔具有沿程压力损失小、通过小孔的流量对工作介质温度的变化不敏感等特性，所以常被孔的流量对工

6、作介质温度的变化不敏感等特性，所以常被。正因为如此，在液压与气压传动中，常采用一些与薄壁小孔流动特性相近的阀口正因为如此，在液压与气压传动中，常采用一些与薄壁小孔流动特性相近的阀口作为可调节孔口，如锥阀、滑阀、喷嘴挡板阀等。流体流过这些阀口的流量公式作为可调节孔口，如锥阀、滑阀、喷嘴挡板阀等。流体流过这些阀口的流量公式仍满足式（仍满足式（192），但其），但其Cd则随着孔口形式的不同而有较大的区别，则随着孔口形式的不同而有较大的区别，在精确控制中尤其要进行认真的分析。详细内容可参考附录在精确控制中尤其要进行认真的分析。详细内容可参考附录A。School of Mechanical Engine

7、ering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院Part 1.7.2 当孔的长度和直径之比当孔的长度和直径之比0.5l/d4时，称为时，称为，短孔加工比薄壁，短孔加工比薄壁小孔容易，因此特别适合于作小孔容易，因此特别适合于作使用。使用。短孔的短孔的依然是式（依然是式（192），但其），但其Cd应由应由查出。由图中可知，当查出。由图中可知，当Re2000时，时，Cd基本保持在基本保持在0.8左右。左右。液体流经短孔的流量系数液体流经短孔的流量系数当孔的长度和直径之比当孔的长度和直径之比l/d4时，称为时，称为。流经细长孔的液流一般都是。流经细长孔的液流一般都是，所以细长孔的流量公式可以

8、应用前面，所以细长孔的流量公式可以应用前面推导的圆管层流流量公式（推导的圆管层流流量公式（182），即），即pldq 1284式中，液体流经细长孔的式中，液体流经细长孔的和和p成正比，而和成正比，而和成反比。成反比。因此流量受因此流量受变化的影响较大。变化的影响较大。这一点和薄壁小孔的特性明显不同。这一点和薄壁小孔的特性明显不同。5081.)(ldReSchool of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院Part 1.7.3 单位时间内通过阀、管路等气动元件的气体体积或质量的能力，单位时间内通过阀、管路等气动元件的气体体积或质量的能力，

9、称为该元件的称为该元件的。目前通流能力大致有以下几种表示方法。目前通流能力大致有以下几种表示方法，即，即、等。等。1.流量特性流量特性 有效截面积有效截面积S值值 流体流过节流孔时，由于流体粘性和流动惯性的作用，会产生收流体流过节流孔时，由于流体粘性和流动惯性的作用，会产生收缩。流体收缩后的最小截面积称为缩。流体收缩后的最小截面积称为，常用，常用S表示，它反表示，它反映了节流孔的映了节流孔的。School of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院气动元件内部可能有几个节流孔及通道，它的气动元件内部可能有几个节流孔及通道，它的是指在是指在

10、通流能力上与其等效的节流孔的截面积。通流能力上与其等效的节流孔的截面积。气动元件有效截面积气动元件有效截面积S的值可通过测试的值可通过测试确定。确定。所示为所示为，它由容器和被测气动元件（图中，它由容器和被测气动元件（图中为电磁阀）连接而成。若容器内的为电磁阀）连接而成。若容器内的为为p1，放气后容器内的，放气后容器内的为为p2和和为室温为室温T，则由容器的放气特，则由容器的放气特性测得性测得t，便可通过下式计算，便可通过下式计算出气动元件的出气动元件的 电磁阀电磁阀S S值的测试装置值的测试装置TpptVS16.273010131013.0lg1109.12213 School of Mec

11、hanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院式中式中 S气动元件的有效截面积，单位为气动元件的有效截面积，单位为mm2；V容器的体积，单位为容器的体积，单位为m3；t放气时间，单位为放气时间，单位为s；p1容器内的初始相对压力，单位为容器内的初始相对压力，单位为MPa；p2容器放气后的剩余相对压力，单位为容器放气后的剩余相对压力，单位为MPa；T室内的热力学温度，单位为室内的热力学温度，单位为K。气动元件气动元件或或组合后的组合后的分别按式（分别按式（198）和式（）和式（199）计算。）计算。串联时串联时 niiSSSSS12n22212211111

12、并联时并联时 niiSSSSS1n21式中式中 S气动元件组合后的等效有效截面积，单位为气动元件组合后的等效有效截面积，单位为mm2；Si各气动元件相应的有效截面积，单位为各气动元件相应的有效截面积，单位为mm2。School of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院流通能力流通能力C值值当阀全开，阀两端当阀全开，阀两端p=0.1MPa，0=1000kg/m3时，通过阀时，通过阀的的为为qv，则定义该阀的，则定义该阀的C值为值为ppqCv 0 0式中式中 C阀的流通能力，单位为阀的流通能力，单位为m3/h；qv实测液体的体积流量，单位为

13、实测液体的体积流量，单位为m3/h；实测液体的密度，单位为实测液体的密度，单位为kg/m3；p被测阀前后的压差，单位为被测阀前后的压差，单位为MPa。用用C值表示值表示，只在元件上的，只在元件上的时较合理，否则时较合理，否则误差较大。误差较大。有效截面积有效截面积S 值与值与C值的换算关系为值的换算关系为CS82.19 School of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院国际标准国际标准ISO/6358流量特性参数流量特性参数 国际标准化组织提出国际标准化组织提出ISO/6358作为气动元件作为气动元件，该测试标准中采用两组等价的，该

14、测试标准中采用两组等价的作为衡量气动元件的流作为衡量气动元件的流量特性的标准。量特性的标准。第第组用声速流导组用声速流导c（单位为（单位为m3/（sPa）和临界压力比）和临界压力比b表示表示0110TTpqcm*/mmqqppb21111 School of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院第第组用压缩效应系数组用压缩效应系数s和有效面积和有效面积A（单位为（单位为m2）表示）表示bs 1100sRTcA 式中式中 p1*处于临界状态下气动元件上游绝对压力，单位为处于临界状态下气动元件上游绝对压力，单位为Pa；T1*处于临界状态下气动

15、元件上游温度，单位为处于临界状态下气动元件上游温度，单位为K；qm*处于临界状态下气动元件的质量流量，单位为处于临界状态下气动元件的质量流量，单位为kg/s；p被测气动元件前后两端压降，单位为被测气动元件前后两端压降，单位为Pa p1被测气动元件上游绝对压力，单位为被测气动元件上游绝对压力，单位为Pa；qm被测气动元件的质量流量，单位为被测气动元件的质量流量，单位为kg/s；R气体常数，单位为气体常数，单位为J/（kgK）；）；T0标准状态下空气的温度，单位为标准状态下空气的温度，单位为K；0标准状态下空气的密度，单位为标准状态下空气的密度，单位为kg/m3。School of Mechani

16、cal Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院所示为国际标准所示为国际标准ISO/6358根据气功元件的类型而提出的测试根据气功元件的类型而提出的测试和和的两种的两种。试验时，只要测定临界状态下气流。试验时，只要测定临界状态下气流达到的达到的p1*、T1*和和qm*以及任一状态下气动元件上游压力以及任一状态下气动元件上游压力p1及通过元件的压力及通过元件的压力降降p和流量和流量qm，分别代入式（，分别代入式（1-102）式（式（1-105），即可算出），即可算出c、b或或s、A。采用采用ISO/6358标准的标准的，能比较准确地反映气动元件的性能，而，能比较准确

17、地反映气动元件的性能，而且实际使用时较方便。这两组参数的含义也很明确：且实际使用时较方便。这两组参数的含义也很明确：c 值是指气动元件内气值是指气动元件内气流速度为声速时的流速度为声速时的，它反映了处于临界状态的气动元件，它反映了处于临界状态的气动元件，c 值越大说明气动元件的性能越好；值越大说明气动元件的性能越好；b 值反映值反映了气动元件了气动元件，在相同的流量条件下，在相同的流量条件下，b 值越大，值越大，说明在气动元件上产生的压降越小；同样，说明在气动元件上产生的压降越小；同样，s 值反映了气动元件值反映了气动元件，在相同条件下，在相同条件下，s 值越大，说明气动元件中气体值越大，说明

18、气动元件中气体介质消耗的能量越小；介质消耗的能量越小；A值反映了被测元件值反映了被测元件，在，在相同压差下，流过相同流量的理想节流孔口的有效面积，相同压差下，流过相同流量的理想节流孔口的有效面积，A值越大，说明气值越大，说明气动元件在低速流动时的流量特性越好。动元件在低速流动时的流量特性越好。School of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院 ISO/6358ISO/6358标准的试验装置回路标准的试验装置回路a a）适用于元件具有出入接口的试验回路）适用于元件具有出入接口的试验回路 b b）适用于元件出口直通大气的试验回）适用于元

19、件出口直通大气的试验回路路11气源气源 22减压阀减压阀 33截止阀截止阀 4 4、77流量计流量计 55被测元件被测元件 66节流阀节流阀88压差计压差计 99压力表压力表 1010温度计温度计d2School of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院2.流量计算流量计算 在气压传动中，空气的流量有在气压传动中，空气的流量有和和之分。之分。单位时间内流过某通流截面的空气体积，单位为单位时间内流过某通流截面的空气体积，单位为mm3 3/s/s；单位时间内流过某通流截面的空气质量，单位为单位时间内流过某通流截面的空气质量，单位为kg/sk

20、g/s。由于空气的由于空气的和和，体积流量又可分为，体积流量又可分为和和。在绝对压力为在绝对压力为0.1013MPa0.1013MPa和温度为和温度为2020条件下的体条件下的体积流量；积流量；在某一压力和温度下的体积流量值。在某一压力和温度下的体积流量值。School of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院在在条件下，条件下，qz与与q之间的关系为之间的关系为1013.01013.0 pqqz式中式中 p有压空气的相对压力，单位为有压空气的相对压力，单位为MPa。不可压缩气体通过节流孔的流量不可压缩气体通过节流孔的流量 当气体当气体

21、（v5m/s）时，可不计压缩性的影响，通过节流孔的流）时，可不计压缩性的影响，通过节流孔的流量仍可按式（量仍可按式（1-921-92）计算，即）计算，即pACq 20d式中符号意义同式（式中符号意义同式（1 19292）。）。School of Mechanical Engineering南京理工大学泰州科技学院南京理工大学泰州科技学院可压缩气体通过节流孔的流量可压缩气体通过节流孔的流量 当气流以当气流以通过节流孔时，需计及压缩性的影响，通过节流孔时，需计及压缩性的影响，则采用有效截面积则采用有效截面积S计算的流量公式为：计算的流量公式为：亚声速亚声速 时时 528.012pp11316.273109.3TppSqz 超声速超声速 时时 528.012pp11316.2731088.1TSpqz 式中式中 qz自由空气流量，单位为自由空气流量，单位为m3/s；S有效截面积，单位为有效截面积，单位为mm2；p1节流孔口上游绝对压力，单位为节流孔口上游绝对压力，单位为MPa；p2节流孔口下游绝对压力，单位为节流孔口下游绝对压力，单位为MPa；p压差（压差（p=p1p2），单位为），单位为MPa；T1节流孔口上游的热力学温度，单位为节流孔口上游的热力学温度，单位为K。