Требования к жидкостям, применяемым в гидросистемах

Аннотация

А.Ш.Барекян – Требования к жидкостям, применяемым в гидросистемах. Рассматриваются вопросы физических свойств жидкостей.

Физические свойства жидкостей и другие их характеристики должны удовлетворять условиям эксплуатации систем гидроприводов и гидроавтоматики. Универсальной рабочей жидкости не существует. Поэтому рабочую жидкость для каждой гидросистемы выбирают исходя из требований, предъявляемых к системе.

Рассмотрим некоторые специальные характеристики рабочих жидкостей – масел, применяемых в гидросистемах.

Индекс вязкости характеризует степень постоянства вязкости жидкости при изменении температуры. Чем выше индекс вязкости, тем более пологой является кривая вязкости. В лучшем случае вязкость должна быть стабильной в интервалах рабочих температур. Индекс вязкости выводится путем сравнения с эталонной жидкостью. Вязкость масел повышается с ростом давления. Вязкость масла с высоким значением индекса вязкости меньше изменяется при повышении давления.

Ф и з и ч е с к о й с т а б и л ь н о с т ь ю жидкости называется ее способность длительно сохранять свои первоначальные свойства (вязкость, плотность, смазывающую способность) при работе в условиях высоких давлений, при больших перепадах давлений и значительной вибрации.

Х и м и ч е с к о й с т а б и л ь н о с т ь ю называется устойчивость жидкости к окислению кислородом воздуха. При окислении, особенно при высоких температурах, из жидкости выпадают осадки в виде смолы и коксоподобных веществ, которые, попадая в зазоры гидроаппаратов, парализуют их работу. Окисление приводит к увеличению вязкости и снижает способность масла отделять воду и воздух. На скорость окисления существенно влияют температура масла, интенсивность перемешивания и присутствие воздуха. При увеличении температуры от 50° до 70°в связи с резким увеличением скорости окислительных реакций срок эксплуатации масла уменьшается вдвое.

С м а з ы в а ю щ а я с п о с о б н о с т ь – свойство жидкости, обеспечивающее уменьшение контактного трения. Смазывающую способность масел улучшают введением различных присадок.

Р а с т в о р и м о с т ь и в ы д е л е н и е г а з о в. Все жидкости способны растворять газ, а при понижении давления или повышении температуры выделять его в виде пузырьков. При этом в жидкости образуются разрывы сплошности, жидкость вспенивается, и условия работы гидросистемы ухудшаются. Выделение газа происходит до тех пор, пока не наступает равновесие между жидкой и газовой фазами системы.

Интенсивность растворения и время насыщения жидкостей газом зависит от площади их соприкосновения и интенсивности перемешивания жидкости. Степень насыщения газом рабочих жидкостей зависит от вида газа. У кислорода растворимость выше, чем у азота, а у углекислого газа – самая высокая. Большое количество выделившихся мелких пузырьков могут соединиться и создать газовые пробки, что приводит к нарушению нормальной работы гидросистемы и ухудшению динамических характеристик гидропривода.

Кроме того, выделяемый из жидкости газ образует пену. Пенообразование приводит к интенсивному протеканию окисления, нарушает нормальную работу насоса, ухудшает смазывающую способность масел и способствует коррозии стальных деталей. Одной из мер борьбы с пеной является введение в рабочую жидкость специальных противопенных присадок.

К а в и т а ц и я – это явление, когда пузырьки пара или паровоздушные пузырьки, появившиеся при давлении в движущейся жидкости, меньшем давления насыщенных паров, попадая в область повышенного давления, смыкаются (паровые пузырьки конденсируются, а газовые сжимаются). Разрушение пузырьков сопровождается шумом, вибрацией и местными гидравлическими ударами, приводящими к постепенному эрозийному разрушению твердых стенок. Возникновение кавитации значительно усиливается при наличии в жидкости пузырьков воздуха, а также растворенных газов. Кавитационные явления наиболее часто возникают в рабочих полостях насосов, гидродвигателей, в клапанах и в щелях распределительной аппаратуры. Одной из мер борьбы с кавитацией является повышение давления в зонах возможного разрыва жидкости.

В о с п л а м е н я е м о с т ь рабочей жидкости имеет большое значение, особенно при работе в закрытых помещениях. Существуют три показателя воспламеняемости: температура вспышки; температура воспламенения; температура самовоспламенения. Наименьшая температура – это температура вспышки, которая для некоторых минеральных масел равна (360 - 390) К. При выборе масел необходимо учитывать температурные свойства.

О б л и т е р а ц и я. Установлено, что расход даже тщательно очищенной жидкости через щели и отверстия малых размеров не подчиняется классическим законам гидродинамики. Интенсивность уменьшения расхода зависит от перепада давления, формы и размеров щелей, типа рабочей жидкости, её чистоты, температуры и материала стенок. Уменьшение расхода жидкости при течении через щели микронных размеров называется облитерацией и объясняется следующим образом. Рабочая жидкость содержит активно-полярные молекулы, а металлические стенки щелей обладают поверх- ностной энергией в виде внешнего электрического поля. Поэтому протекание через щель сопровождается отложением поляризованных молекул на ее стенках, толщина слоя которых может достигать до 10 мкм. Этот слой обладает свойствами квазитвердого тела и может выдержать большие нагрузки не разрушаясь. Поляризованный слой молекул разрушается при увеличении перепада давления, но потом эта щель снова заращивается. Эффективным средством борьбы с облитерацией является механическое удаление слоя поляризованных молекул при помощи относительного перемещения поверхностей щели.

Обобщая свойства и характеристики рабочих жидкостей, приходим к выводу, что им должны быть присущи: хорошие смазывающие свойства, высокий индекс вязкости, большой модуль упругости, химическая и физическая стабильность в течение длительного времени эксплуатации, сопротивляемость вспениванию, малая плотность и способность к растворению воздуха, хорошая теплопроводность, низкое давление насыщенных паров и высокая температура кипения, совместимость с материалами гидросистемы, негигроскопичность, нетоксичность и т.д.

Подобрать рабочую жидкость, которая бы удовлетворяла всем требованиям одновременно, практически невозможно.

Наибольшее распространение нашли минеральные масла на нефтяной основе, которые содержат антиокислительную, антипенную, антикоррозионную и антиизносную присадки. Минеральные масла имеют низкую стоимость, доступность в больших количествах, хорошую смазывающую способность и большой срок службы при высоких давлениях.

В промышленных гидросистемах широко применяют трансформаторное, веретенное АУ, индустриальное, турбинное, цилиндровое, ВМГЗ, МГ-30, ГМ-50И и др. масла.

Некоторые масла предназначены для узкого диапазона температур (ДО-11- летний, ДП-8-зимний). Для широкого диапазона температур применяют масла ATM, МВП, ГМ-50И, но их стоимость большая. В авиационных системах применяют масло АМГ-IO для работы при температурах 220-360 К.

Тем не менее минеральные масла имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение. При повышенных температурах ухудшается смазывающая способность, а при низких температурах резко возрастает вязкость. Кроме того, при повышенных температурах из минеральных масел выпадают смолянистые осадки, которые засоряют ячейки фильтров и осаждаются во внутренних проходах гидроаппаратуры.

В гидроприводах и системах гидроавтоматики, работающих при температуре порядка 450 К, применяют синтетические силиконовые и кремнийорганические жидкости. Они имеют высокую химическую стойкость, хорошо смешиваются с минеральными маслами, у них отсутствует коррозионная активность.

При температурах выше 600 К нельзя применять ни минеральные, ни синтетические жидкости. Перспективным является применение жидких металлов при температурах от 260 до 1020 К, например сплав из 77 % натрия и 23 % калия. Однако жидкие металлы имеют плохие смазывающие свойства и окислятся при контакте с кислородом.

Таким образом, рабочую жидкость необходимо выбирать конкретно для каждой гидросистемы отдельно с учетом условий работы. При этом надо учитывать совместимость рабочей жидкости и материалов гидросистемы.

Список использованной литературы

1. 1.Альштуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика.– М.: Стройиздат, 1975. –324 с.