[건설기계 유압제어] 건설기계 유체의 역학 - 정지유체의 특성, 액체의 흐름, 층류와 난류, 관로의 압력손실, 서징, 캐비테이션

소개글

[건설기계 유압제어] 건설기계 유체의 역학 - 정지유체의 특성, 액체의 흐름, 층류와 난류, 관로의 압력손실, 서징, 캐비테이션에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 정지유체의 특성
　(1) 유체의 특정
　(2) 파스칼의 원리 (Pascal ’ s Principle)

2. 액체의 흐름
　(1) 개요
　(2) 연속방정식
　(3) 베르누이의 정리

3. 층류와 난류

4. 관로의 압력손실
　(1) 직관로의 마찰압력손질
　(2) 기타 압력손실

5. 서 징 (Surging)
　(1) 개요
　(2) 수격 작용 (Water Hammer)
　(3) 압력 파가 전달하는 속도

6. 캐비테이션( 공동현상 , Cavitation)

본문내용

이론적으로 된 하겐 -포아젤 방정식이며 이 방정식은 실제와도 잘 일치된다 .
여기서, : 구하고자하는 구간의 압력손실(kg/m2)
V : 관내 평균유속(m/s)
D : 관의 내경(m)
L : 구하고자하는 구간의 거리(m)
: 액체의 점도(kg-s/m2)
유속 V대신 유량 Q(m3/s)를 사용하면
이 관계식은 점도를 측정할 경우의 기본식이고 식(12)에서 알 수 있듯이 층류에서 압력손실 는 유속 V와 점도에 비례해서 증가한다.
② 난류일 경우에는 실험적으로 구한 실을 적용한다(달시 방정식)
를 마찰계수라 하며 이는와 관의 상대조도 와의 함수로서 와의 관계는 실험식이 있으나 스탠턴도표로서도 알려져 있고, 식(14)에서 라 하면 식 (13)이 구해진다.
실제의 유압장치에서는 대부분이 층류이며ㅕ 난류늬 경우는 매우적다.
(2) 기타 압력손실
1) 실제의 배관에는 각종의 이음과 밸브가 사용되어 이들에 의해서 관로의 단면적이 변화하거나 흐름의 방향이 변하므로 압력손실이 생긴다. 이 영향은 관내의 유속을 V로 하고 다음과 같이 사용할 수 있다.
: 손실계수로서 무차원수이며 각각에 대해 주로 실험적으로 구해진다.
2) 관로의 돌연확대와 돌연축소
① 관로가 돌연확대될 경우의 압력손실
액체가 관로에서 탱크로 들어갈 경우에는 이 되고 액체가 갖는 운동에너지 이 모두 손실하게 되고 열에너지로 변한다.
② 관로가 돌연축소될 경우의 압력손실
관로가 급격히 축소되는 경우에는 흐름의 흐트러짐이나 소용돌이가 생겨 압력손실이 발생한다. 손실계수 는 에 의해 0.5∼0사이의 값을 잡고 탱크에서 유체가 나올 경우는 ∼0으로 하고 =0.5가 된다.
3) 관로의 휩 , 이음 및 밸브
① 이것들의 압력손실도 단면적의 변화와 같이 다음 식으로 산출한다 .
이와 같이 정해진 K 의 값은 모든 유속에 대해서 일정하지 않고 특히 , Re 의 낮은 층류가 될 경우에는 달라지게 되나 편의상 이 값을 사용해서 해당길이의 고안법에 따라 계산한다 .
② 대표적인 이음 및 밸브에 대한 K 값을 다음표와 같이 나타낸다 .
이음 및 밸브의 종류
손실계수 K
표준엘보
표준T
체크밸브(스윙형)
슬로스밸브 전개
슬로스 밸브 1/2전개
볼밸브 전개
0.9
1.8
2.5
0.2
5.6
10.0
표 손실계수 K 의 값
③ 유압제어 밸브의 손실계수에 대한 자료는 매우 적다 . 이것은 밸브의 종류 , 구조 에 따라 손실계수가 다를 뿐만 아니라 제작사에 따라서도 그 내부의 구조 , 유로의 면 적 등이 다르기 때문이며 대표적인 예로서는 Ernst 는 2 접속 전환밸브에 대해 K = 6~60 으로 하고 있다 .
④ 해당길이의 고안법은 이음 및 밸브 등의 저항을 이것에 해당하는 관의 길이로 환산하여 표시 한다 .
해당길이
5. 서 징 (Surging)
(1) 개요
이상에서는 흐름이 시간적으로 변하지 않는 정상흐름의 경우에 대해 설명하였고 , 실 제의 유압장치에서는 비정상적인 흐름 즉 , 과도적인 현상이 문제가 된다 .
(2) 수격 작용 (Water Hammer)
1) 이 작용은 발전소의 송수관 등에서 흐름을 갑자기 정지할 경우 발생하는 압력상승을 말한다 .
2) 그림 2-1O 과 같이 수조에서 수평한 길이의 관을 통해서 물이 인 속도로 흘러 나오고 있을 경우 B점의 압력을 P로 하면 이다.
출구의 밸브을 갑자기 닫으면 그 순간에 밸브근처의 물은 정지하여 압축되어서 압력이 상승하고 이 현상은 처음 B에 생기고 점점 A에 전달되며, 물은 반대로 수조에 흐르려 하나 관성 때문에 지나쳐 이번에는 B의 압력이 너무 내려가 물은 다시 A → B에 흐르려 한다.
흐르려 하나 관성 때문에 지나쳐 이번에는 이러한 작용이 몇번이고 반복되는 동안에 Bdml 압력은에 가까워져 정지한다 .
수격 작용의 예
3) 밸브를 갑자기 열었을 경우 반대로 압력에너지가 속도에너지로 변하기 때문에 일시적으로 큰 압력저하가 생긴다 . 이와 같이 유체의 압축성 때문에 밸브를 순간적으 로 닫아도 무한대의 힘이 생기는 일은 없다 . 부분적인 압축에 따른 압력상승이 압력파로서 일정한 속도로 전달되고 또 , 반사되어 관내 전부의 유체가 똑같은 압력이 되 려면 일정한 시간이 필요하다 .
4) 압력파의 전달속도 : a, l : 거리
필요한 시간 : t = l /a 이고 압력파가 수조에서 반사되어 되돌아오는데 필요한 시간 :
임
이와 같은 현상은 유압장치에서도 밸브를 전환할 경우 때때로 발생한다 .
(3) 압력 파가 전달하는 속도
1) 완전한 강체 또는 비압축성 액체에서는 그 한 끝에 충격력을 가하면 순간적으 로 다른 끝에 전달된다 . 그러나 탄성체나 압축성 유체에서 가한 충격력은 구성물 입 자의 변형이나 관성 때문에 그 전달이 지연된다 . 압축성 유체에서 압력파의 전달속도 a 는 압력에 의한 탄성변형과 운동에너지의 관계에서 다음과 같이 구할 수 있다 .
2) 실제로 관내를 압력파가 전달할 경우 압력변화에 따른 관의 변형을 고려하여 압력파의 속도는 다음과 같이 된다 .
: 관의 내경 (m) : 관의 두께 (m) : 관의 영률 (kg/m2)
6. 캐비테이션( 공동현상 , Cavitation)
(1) 캐비테이션이란 ?
액체가 국부적으로 압력이 낮아지면 ( 진공상태 ) 용해공기가 기포로 되어서 나타나게 된다 . 이 경우 발생한 기포에 급격한 압력이 작용하면 기포가 진공력으로 액체를 빨아들이기 때문에 기포는 초고압으로 액체에 의하여 압축되는데 이것이 액체 통로의 표면을 때리면 소음과 진동을 일으키게 된다.
(2) 고속회전시나 저온시의 토출량 저하의 정도를 나타내는 척도이다 .
(3) 유압펌프는 작동유의 점도로 인한 흡입저항 때문에 일정 회전수 이상에서는 토출량이 회전수에 비례하여 증가되지 않고 토출량이 감소되는 현상으로 소음 , 진동의발생 , 펌프의 손상 등이 일어난다 .
(4) 발생원인
① 펌프를 규정속도 이상으로 고속회전시킬 경우
② 흡입필터가 막힌다 .
③ 과부하
④ 패킹부의 공기흡입
⑤ 유온상승
⑥ 급격한 유로차단 등
(5) 방지대책
① 펌프의 흡입계통의 설계변경 ( 오일통로의 확대 등 ).
② 통로저 항을 작게 한다 .
③ 흡입관 안의 평균유속을 3.5m/s 이하가 되도록 설정한다 .

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