Hoe bepaal je het drukverlies door fittingen?

In een recente fluid power webinar, terwijl ik presenteerde over Selecting &Sizing the Proper Fitting, kreeg ik een vraag van een deelnemer waar ik geen goed antwoord op had. Tegen het laatste deel van het webinar had ik het over drukval door fittingen. Door ervoor te zorgen dat u een gezond, onbelemmerd pad biedt voor het stromen van hydraulische vloeistof, bespaart u kritieke energie voor nuttig werk, in plaats van alleen maar moleculen te duwen. Het overmatig gebruik van T-stukken, ellebogen en adapters zorgt voor drukverlies, dus dergelijke fittingen moeten indien mogelijk worden vermeden.

Ik had de factoren voor drukval door een fitting uitgelegd; diameter, stroomsnelheid, buigradius, oppervlakteafwerking en Reynoldsgetal. Natuurlijk weten de meesten van u dat er een directe relatie bestaat tussen leidingdiameter, stroomsnelheid en drukval. Hoe hoger het debiet of kleiner de armatuur, hoe hoger de drukval. Opgemerkt moet worden dat de drukval exponentieel toeneemt naarmate de diameter kleiner wordt... zo beïnvloedt de maat van de fitting het energieverlies.

Minder overwogen, buigradius is hoe strak vloeistof wordt gedwongen om van richting te veranderen in een buis, slang of fitting. In de afbeelding worden twee ellebogen van 90 graden vergeleken. De binnenkant van een fitting gaat soepel over de straal met weinig drama, waardoor de stroming dichter bij laminair is, wat overmatige tegendruk voorkomt. De andere gesmede en machinaal bewerkte elleboogfitting verandert het vloeistofpad ernstiger, waardoor tegendruk ontstaat wanneer olie energie verliest die van richting verandert.

Stel je, als je wilt, de extreme waterglijbaan in je plaatselijke pretpark voor … je weet wel, die met het valluik en vijftien meter hoge schietlood? De schuifdeur gaat open en laat je drie meter recht naar beneden vallen voordat je achterste contact maakt met de glijbaan om je richting te veranderen van verticaal naar horizontaal, en met verrassend gemak en snelheid wordt je schietlood veilig beheerd. Stel je nu voor dat het luik opengaat en dat je zes meter naar beneden valt en met een plof landt. Voor je is een donkere tunnel. Je hebt echter alle voorwaartse kracht verloren, en pas als er meer lichamen worden gedropt om je door de tunnel te dwingen, is je energie verloren.

Mijn voorbeeld is extreem, maar niettemin belangrijk. Het kost energie om een ​​hoek van 90° te draaien en het concept gaat niet verloren in vloeiende kracht. De combinatie van de buigradius en de gladheid van de wanden van de leiding dragen bij aan het Reynoldsgetal, dat slechts een dimensieloze beschrijving is die afhankelijk is van andere zaken zoals viscositeit. Het Reynoldsgetal wordt gedefinieerd met behulp van het volgende, waarvan ik niet verwacht dat u het berekent of onthoudt, maar kijk eens naar de factoren:

waar
DH is de hydraulische diameter van de leiding (de binnendiameter als de leiding rond is) (m),
Q is het volumedebiet (m3/s),
A is de dwarsdoorsnede van de buis (m2),
u is de gemiddelde snelheid van de vloeistof (m/s),
μ (mu) is de dynamische viscositeit van de vloeistof
ν (nu) is de kinematische viscositeit
ρ is de dichtheid van de vloeistof (kg/m3)

Ik laat u alleen de vergelijking zien om te wijzen op de complicatie ervan voor dagelijks gebruik bij het begrijpen van de drukval door de fittingen die u kiest voor uw hydraulisch systeem. Er moet een betere manier zijn, en het is waar de deelnemer waar ik het eerder over had in beeld komt. Ze hadden me gevraagd of fabrikanten drukval publiceren voor de fittingen die ze verkopen - en ik kon die vraag niet beantwoorden. Ik had zeker nog nooit zulke drukvalcijfers in een catalogus gepubliceerd gezien, maar ik zei dat ik het zou onderzoeken.

After extensive research, I came up with … nothing. Well, almost nothing if it weren’t for Gates. Gates has a calculator on their website (found here) that allows you to spell out parameters including flow rate, hose diameter and length, fluid properties and then the number of fittings and adapters. It lets you choose between elbows, adaptors and tees, or even straight couplings. In two tests, I chose ½ in. hose, 12 gpm and standard hydraulic fluid properties. One test had no fittings and the other about a dozen tees and elbows. The second test results in an added 200 psi of pressure drop through my system.

So while not the fitting-by-fitting list of pressure drops which would make it easy and obvious which to choose, it’s a great tool to benchmark your current system and see where you could stand to improve efficiency. Even by playing around with the calculator, you can gauge how dramatic fittings, elbows and tees reduce energy by way of backpressure. There are fluid dynamics modeling software packages available, especially for existing CAD programs, but these are expensive to buy and license. If you want a simple and repeatable way to estimate pressure drop through fittings, the Gates Fluid Flow Pressure Calculator is fantastic.