Измерение потока гидравлической жидкости: методы, формулы и нюансы

Почему важно измерять расход

Расход жидкости (объёмный поток) — ключевой параметр работы гидропривода. По нему можно оценить производительность насоса, определить скорость движения исполнительных органов, выявить утечки и снизить энергорасход. Кроме того, знание расхода необходимо для правильной настройки гидравлических элементов, дросселей и клапанов, и для контроля состояния системы в эксплуатации.

Основные методы измерения расхода

Объёмные гидромашины-счётчики

Используются радиально-поршневые, аксиально-поршневые, шестерёнчатые или другие типы гидромашин, которые имеют высокий объёмный КПД. Их устанавливают, как правило, в сливной ветви гидросистемы. Поток определяется перемножением рабочего объёма машины Vраб на частоту её вращения n:

где: Q — расход жидкости (м³/с или л/мин), Vраб — объём, который гидромашина перемещает за один оборот или один такт, n — число оборотов или тактов в единицу времени.

Расходомеры с переменным перепадом давления

Это устройства вроде сопла, Вентури-канала, диафрагмы. На основе измерения перепада давления Δp перед и после сужения можно вычислить расход по формуле:

Cd — коэффициент расхода, зависящий от формы сужения, шероховатости и вязкости, As — площадь сечения сужения, p — плотность жидкости, β=ds/D — отношение диаметра суженного сечения ds к диаметру трубопровода D.

Метод мерного бака (прямой объём)

Поток жидкости измеряют по времени наполнения мерного бака известного объёма:

V — объём бака, t — время, затрачиваемое на его заполнение. Чем больше объём и время, тем выше точность измерения, поскольку меньше влияние погрешностей.

Формулы и дополнительные расчёты

Перевод объёма в другие единицы: если Q измеряется в м³/с, умножение на 1000 превращает в л/с; на 60 — в л/мин.

Подгонка к стандартам фильтрации и вязкости, так как вязкость влияет на плотность потока и коэффициент Cd.

Учёт потерь на трение и утечки: реальный расход меньше теоретического из-за утечек, игнорирования объёмов воздуха и др. Можно оценить коэффициент полезного использования nv:

Частота отказов и динамика: при быстром изменении нагрузки важно использовать расходомеры с хорошим откликом (минимальной динамической задержкой).

Технические моменты и погрешности

Нужно учитывать температуру жидкости: с ростом температуры вязкость падает, плотность изменяется, что влияет на плотность потока и показания расходомеров и объёмных счётчиков.

Калибровка приборов: особенно расходомеров перепадного типа, объёмных гидросчётчиков.

Чистота жидкости: грязь, абразив, воздух — всё это может искажать измерения, увеличивать погрешности и вызывать шумы/вибрации.

Установка приборов: важно, чтобы перед и после измерительного узла были участки прямых труб достаточной длины, без сгибов или других возмущений потока.

Применение

В стендах испытаний гидроагрегатов для проверки подачи, утечек и прочности.

В мобильных гидравлических системах (стройтехника, сельхозмашины) — контроль расхода на сливной линии или ферме управляющей аппаратуры.

В насосных установках — для определения КПД насоса путём сравнения потока на входе и выходе, оценки объёмных потерь.