15号航空液压油高压流量标准装置。经测试，装置工作压力达到28MPa；流量范围为(0.01～5)m3/h；介质最高工作温度达80℃；装置不确定度优于0.1%(k=2)。装置中油箱作为容纳油品的容器，兼具散热、分离液体中气体和沉淀污物的功能。装置由于工作在高压状态，功率损耗大，因此对油箱排气、散热及过滤功能要求更高。本文结合液压知识和装置具体技术指标，介绍油箱系统设计、配套方案，并对装置进行了热平衡计算，根据计算结果匹配了冷却系统。

一、油箱结构

目前，装置油箱分为开式油箱和闭式油箱，其中开式油箱箱内液面与大气相通，被广泛应用于液体流量标准装置及液压系统；闭式油箱液面一般不直接与大气相通。开式油箱结构相对简单，但液体易受污染，且其气体分离及污物沉淀效果一般；闭式油箱中液体不易受污染，但过油流量较小。如图1所示，为了使经过油箱的液体能够排除气泡和沉淀污物更彻底，在箱体内部隔板将油箱体内部隔离为开式箱和闭式箱，隔板上分3层开有15个DN40通孔连通开式箱和闭式箱，且通孔上焊接有接头，各接头安装滤芯，滤芯均位于液面以下。油液通过进油管进入油箱的开式箱，由于隔板和滤芯的分离作用，油液中的气泡在表面张力的作用下难以通过滤芯，更容易在开式箱内上浮分离出来，同时污物也被隔离在闭式箱外，经过排气和沉淀过滤后的油液通过出油管流出进入系统，保障了系统的安全、高效运行。足够数量的滤芯相对于传统安装在进油管或出油管处的滤器有更大的过滤面积，保证油箱有足够的过流量和纳污量；同时由于隔板和滤芯的双重作用，具有更好的排气和过滤沉淀效果；另外，闭式箱流出的油液不易受外界污染。

油箱采用6mm厚不锈钢焊接而成，具有足够强度。另外在油箱两侧安装4套玻璃视镜，便于内部观测和油箱清理。油箱出油口安装吸油滤，进油口安装回油滤，油箱最低处安装排污阀。油箱进出口管路口采用45°斜角以增加过流面积。

二、油箱容量设计

油箱容量的确定通常要考虑:称重体积、管路液体容积、油箱余量及液体循环油箱中循环停留时间等因素。液压系统油箱容量通常取系统每分钟流量的7～12倍。考虑装置称重及循环用油，油箱中最低剩余油量按照系统每分钟流量的12倍估算约1000L，称重容器中最大秤量约600L，管路、油泵、加热器及滤器等附件中油量约200L；装置用油量共计约1800L。按照液面高度最高占油箱总高的80%估算，油箱容积约2250L。装置实际采用油箱尺寸为1800mm×1600mm×800mm，总容积约2300L。油液在箱中停留时间约(12～18)min，排气、沉淀时间充足。

三、油箱热平衡计算

根据装置总发热量和散热条件计算油箱及装置热平衡温度有利于装置温控控制和运行平稳。

装置总发热量主要由液压泵功率损失、阀门功率损失、管路功率损失等造成。其中液压泵功率损失H1由式(1)计算:

H1=P×(1-η)=51800×(1-0.8)=10360(W) (1)

阀门功率损失H2由式(2)计算:

H2=P×q=51800×0.0014≈72(W) (2)

管路功率损失H3由式(3)计算:

H3=0.04×P=51800×0.04=2072(W) (3)

系统总功率损失H由式(4)计算:

H=H1+H2+H3=10360+72+2072=12504(W) (4)

式中:P——液压泵的输入功率，W；η——液压泵效率，一般取0.8；q——液压泵的流量，m3/s。

液压系统各部分所产生的热量，在开始时一部分由流体和装置本身吸收，较少一部分向周围辐射，当温度达到一定数值，散热量与发热量相对平衡，系统即保持一定温度不再上升，此时系统平衡温度为:

T=T0+H/(kA)(K) (5)

式中:T——系统平衡温度，K；T0——环境温度，K；k——油箱的传热系数，W/m2·K；周围通风良好时k≈15W/m2·K；用循环水强制冷却时k≈174W/m2·K；A——油箱的散热面积，m2。

当不进行循环水强制冷却时，系统平衡温度将达91℃，此时设备处于高温工作状态，不利于设备、油液及人员保护，因此设备不宜长时间高速运转。当启动循环水进行强制冷却时，系统平衡温度约26℃，设备可以长时间高速运转。通过系统热平衡计算也验证了装置配套强制水循环冷却系统是必要的。

四、油箱冷却系统

冷却采用热交换效率高的水冷却器，具体为“油包水”结构。采用小型冷却塔提供循环冷却水源，冷却系统的水流量通过流量调节阀控制，从而控制油温。水冷却器主要技术参数为:总换热面积约9m2；油路系统额定流量:50m3/h；水路系统额定流量:30m3/h；进油温度:50℃；进水温度:≤30℃；油温降:≥8℃；换热系数:>300kcal/m2·h·℃。

另外，装置冷却子系统采用特殊的并联、串联循环方式，能使被冷却油液并联或串联通过两个热交换器，以满足不同流量、不同散热功率的实验要求。

子系统由主油路和旁通变温油路组成，旁通变温油路上并联两组强制水冷却器，当阀1、4关闭，阀2、3、5、6、7、8、9打开时，被冷却油液并联通过两组强制水冷却器，这时适用于大流量降温场合；当阀1、3、8关闭，阀2、4、5、6、7、9打开时，被冷却油液串联依次通过两组强制水冷却器，这时适用于小流量、大温差降温场合。

摘自：中国计量报