피팅을 통한 압력 강하는 어떻게 결정합니까?

최근 유체 동력 웨비나에서 적절한 피팅 선택 및 크기 조정에 대해 발표하는 동안 참석자로부터 좋은 대답이 없는 질문을 받았습니다. 웨비나 후반부에서 피팅을 통한 압력 강하에 대해 논의했습니다. 유압유가 흐르도록 건강하고 방해받지 않는 경로를 제공하면 단순히 분자를 밀어내는 것이 아니라 유용한 작업에 필요한 중요한 에너지를 절약할 수 있습니다. 티, 엘보우 및 어댑터를 과도하게 사용하면 압력 강하가 발생하므로 이러한 피팅은 가능하면 피해야 합니다.

피팅을 통한 압력 강하 요인을 설명했습니다. 직경, 유량, 굽힘 반경, 표면 마감 및 레이놀즈 수. 물론 대부분의 사람들은 도관 직경, 유량 및 압력 강하 사이에 직접적인 관계가 있다는 것을 알고 있습니다. 유속이 높거나 피팅이 작을수록 압력 강하가 높아집니다. 직경이 감소함에 따라 압력 강하가 기하급수적으로 증가한다는 점에 유의해야 합니다. 피팅 크기가 에너지 손실에 영향을 미치는 정도입니다.

덜 고려되는 굽힘 반경은 유체가 튜브, 호스 또는 피팅에서 방향을 변경하도록 강제되는 정도입니다. 이미지에서 두 개의 90도 팔꿈치가 비교됩니다. 하나의 피팅의 내부는 약간의 드라마로 반경을 부드럽게 전환하여 흐름이 층류에 가까워지도록 하여 과도한 배압을 방지합니다. 단조 가공된 다른 엘보우 피팅은 유체 경로를 더 심각하게 변경하여 오일이 방향을 바꾸는 에너지를 잃으면서 배압을 생성합니다.

여러분이 사는 지역의 놀이 공원에 있는 극한의 워터슬라이드를 상상해 보십시오. 트랩 도어와 50피트 급강하가 있는 것을 알고 계십니까? 슬라이드 도어가 열리고 수직에서 수평으로 방향을 변경하기 시작하기 위해 뒤쪽이 슬라이드에 닿기 전에 10피트 아래로 수직으로 떨어지며 놀랍도록 쉽고 빠르게 추락을 안전하게 관리합니다. 이제 트랩 도어가 열리고 20피트 아래에서 쿵 소리를 내며 착지한다고 상상해 보십시오. 당신 앞에는 어두운 터널이 있습니다. 그러나 당신은 모든 전진 추진력을 잃었고, 당신을 터널 아래로 밀어넣기 위해 더 많은 시체가 떨어질 때까지 당신의 에너지는 손실되지 않습니다.

내 예는 극단적이지만 그럼에도 불구하고 중요합니다. 90° 코너를 돌려면 에너지가 필요하며 유체 동력에서도 개념을 잃지 않습니다. 굽힘 반경과 도관 벽의 매끄러움의 조합은 레이놀즈 수에 기여하며, 이는 점도와 같은 다른 요소에 의존하는 무차원 설명입니다. 레이놀즈 수는 다음을 사용하여 정의됩니다. 계산하거나 암기할 수는 없지만 인수를 살펴보십시오.

어디
DH는 파이프의 수력직경(파이프가 원형인 경우 내경)(m),
Q는 체적 유량(m3/s),
A는 파이프의 단면적(m2),
u는 유체의 평균 속도(m/s),
μ(mu)는 유체의 동적 점도
ν(nu)는 동점도
ρ는 유체의 밀도(kg/m3)

유압 시스템에 대해 선택한 피팅을 통한 압력 강하를 이해하는 일상적인 사용에 대한 복잡성을 지적하기 위한 방정식을 보여주고 있을 뿐입니다. 더 좋은 방법이 있을 텐데, 앞서 말씀드렸던 참석자가 여기에 등장합니다. 그들은 제조업체가 판매하는 피팅에 대한 압력 강하를 게시하는지 물었고 나는 그 질문에 대답할 수 없었습니다. 나는 어떤 카탈로그에도 이러한 압력 강하 수치가 게시된 것을 본 적이 없지만 조사해 보겠다고 말했습니다.

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.