Старение жидкостей в процессе эксплуатации

Срок службы масла зависит от таких условий работы привода, как:

• величины номинального и максимального давлений;

• нагруженности гидросистемы;

• рабочей температуры масла;

• качества обслуживания;

• условий окружающей среды (запылённость и т.п.);

• длительность контакта с оловом, медью и цинком, оказываю­щими катализирующее воздействие.

Старение рабочей жидкости условно можно разбить на три этапа. В начальный период, после заправки процессы окисления и накопления механических примесей протекают за короткое время (время до 200 ч). Это период «приработки» рабочей жидкости. Затем скорость накопления продуктов окисления и механических примесей стабилизируется, насту­пает второй период – «стабилизации». Длительность второго периода определяет срок службы рабочей жидкости. Его продолжительность определяется качеством обслуживания гидропривода (правильно подобран­ные и своевременно обслуживаемые фильтры и их элементы; применение устройств для стабилизации температуры рабочей жидкости; защита ба­ков от попадания воды; применение комплекса мер для предупреждения газонасыщаемости жидкостей и уменьшения пенообразования рабочей жидкости в баке). Третий период – период резкого (катастрофического) ухудшения параметров рабочей жидкости.

Качественную оценку состояния рабочей жидкости проводят по ряду параметров. Важнейшими из них являются:

• Изменение вязкости – длительное дросселирование при высоких температурах приводит к изменению вязкости. Нормами преду­сматривается изменение вязкости не более чем на 20% от перво­начальной величины.

• Кислотное число.    В процессе эксплуатации накапливаются про­дукты окисления масла. Данное число определяется количеством (мг) едкого калия, необходимого для нейтрализации кислот в 1 г масла. Гидравлические масла в состоянии поставки имеют ки­слотное число, равное 0,02…0,2 мг КОН /г. Максимально допус­тимое кислотное число для рабочей жидкости, находящейся в эксплуатации, не должно превышать более чем на 30% кислот­ное число в состоянии поставки.

• Большое значение для гидроприводов технологических машин, работающих на открытом воздухе, имеет величина температуры замерзания жидкости и её стабильность.

Гидравлический удар

Если при течении жидкости в трубопроводе быстро закрыть про­ходное сечение с помощью задвижки или другого аппарата, то произой­дёт резкое повышение давления, называемое гидравлическим ударом. При этом кинетическая энергия движущегося потока жидкости перейдёт в потенциальную энергию, и давление может во много раз превысить нормальное значение.

Повышение давления вычисляется по уравнению Н.Е. Жуковско­го:

,

где ρ    – плотность рабочей жидкости;

δ   – толщина стенки впод­водимом напорном трубопроводе;

v   – скорость движения жидкости в трубопроводе;

d _тр – диаметр напорного трубопровода;

Е – модуль объ­ёмной упругости жидкости;

Е _м – модуль упругости материала стенок трубопровода.

Эта формула справедлива, если трубопровод полностью пере­крыт. Если закрытие неполное, в результате которого скорость уменьша­ется от начального значения v ₀ до конечного v, то формулу Жуковского Н.Е. можно записать в виде

.

Величина а имеет размерность скорости и определяется

.

При значительных величинах Е _м (в стальных трубопроводах)

.

Способами борьбы с гидравлическим ударом являются:

• применение клапанов давления;

• применение гидравлических аккумуляторов;

• специальная конструкция кромки золотника, обеспечивающая постепенное перекрытие трубопровода;

• применение дросселей в линиях управления распределителей с гидравлическим управлением для плавного перекрытия трубо­проводов.

Кавитация

При движении жидкости в сужающейся трубе, типа трубки Вентури, в наиболее узком сечении её скорость достигает наибольшего значения, а давление будет минимальным. Предел уменьшения величины давления зависит прежде всего от того, что течёт по трубопроводу: газ или капель­ная жидкость.

Кипение капельной жидкости (вода, спирт, масло и др.) при заданной температуре может быть получено понижением давления. Давление, при котором происходит кипение жидкости, называется давлением парообра­зования р _к.

Величину давления парообразования р_к для различных жидкостей можно найти в физических справочниках. В качестве примера приведём величину р _к для воды:

t, °C	200	100	40	20	4
рю мм. рт. с m.	11660	760	55,3	17	4

Из приведённых данных видно, что при температуре 20° С вода за­кипает при давлении 17 мм рт. ст. Если давление в наиболее узком сече­нии трубопровода достигнет давления парообразования, то жидкость в этом месте начнет кипеть и в трубе при этом образуются полости, запол­ненные паром.

Закипание жидкости при пониженном давлении, возникающем в ре­зультате возрастания скорости потока, и образование в текущей жидкости полостей, заполненных паром или газом, приводит к кавитации.

Кавитация может происходить во всех капельных жидкостях, в том числе и в жидких металлах. Последнее иногда наблюдается при исполь­зовании жидких металлов в качестве теплоносителей на атомных элек­тростанциях.

Если после наиболее узкого сечения, в котором происходит кави­тация, последует расширение трубы, то основная масса жидкости на этом участке будет двигаться в виде свободной струи, окруженной пенообраз­ной смесью пузырьков пара и жидкости. Далее, ниже по течению, в неко­торой точке паровая зона замкнется на стенке, и поток жидкости заполнит всё сечение трубы.

Кавитация возникает не только при движении жидкости в тру­бопроводах, но и при внешнем обтекании тел, в частности, на лопастях гребных винтов, рабочих колёс гидравлических турбин и насосов. Жела­тельное увеличение скоростей вращения рабочих колёс насосов, гидрав­лических турбин приводит к тому, что скорости становятся настолько большими, что в некоторой области давление падает до давления парооб­разования, и возникает кавитация.

Появление кавитации всегда вызывает увеличение сопротивления, т.е. добавочную потерю энергии. Кроме этого, она приводит к разруше­нию металла и появлению кавитационных шумов. Последствия кавитации настолько существенны, что обычно при проектировании насосов, турбин и винтов лопасти рассчитывают так, чтобы на них не возникала кавита­ция.

Эрозия металла обычно происходит в местах, где кавитационная ка­верна замыкается. Природа разрушения металла еще недостаточно изуче­на, но можно утверждать, что разрушение происходит под действием очень высоких давлений (сотни МПа) и температур, возникаю­щих в жидкости при «схлопывании» пузырьков пара, а также химическо­го воздействия и, как утверждают некоторые авторы, электрических по­лей, возникающих в каверне.

В результате всех этих воздействий металл разъедается, поверх­ность приобретает губчатый вид. Процесс разрушения и поломки про­исходит очень быстро.

Шумы, возникающие при появлении кавитации, настолько сильны, что они могут служить причиной вибрации отдельных элементов машин, приводящих их к неустойчивой работе и даже разрушению.

При кавитации из-за образования пузырьков нарушается сплош­ность потока жидкости, что приводит к уменьшению сечения потока, увеличению потерь и снижению расхода. В лопастных насосах кавитация приводит к снижению подачи, напора, мощности и КПД.

Кавитация часто возникает во всасывающих гидролиниях в резуль­тате местного уменьшения давления ниже критического значения (оно приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре). Она сопровождается гидравлическими микроуда­рами и, как следствие, местным повышением температуры и давления, что вызывает разрушение деталей, появление вибраций, снижение КПД.

С кавитацией борются, уменьшая разрежение в зонах её возмож­ного появления, в частности, путём повышения давления. При этом при­меняют подпор во всасывающей линии насоса, а также эластичные спе­циальные разделители сред в баках насосных установок. Используют ма­териалы, стойкие против кавитационного разрушения, – бронзу, титан, коррозионно-стойкую сталь, повышая чистоту их обработки.

Гидростатическое давление

Давление измеряется следующими единицами:

• Паскаль (принято в системе СИ, основная единица измерения давления по ГОСТ РФ); Па = [Ньютон / м ²].

• Бар (единица, принятая в Европе); 1 Ва r = 0,1 МПа.

• Миллиметр ртутного столба.

• Метр водяного столба.

• Фунт – сила на квадратный дюйм - psi (единица, принятая в Се­верной Америке); 1 psi = 52,2 мм рт. ст.

• Килограмм-сила на квадратный сантиметр (единица измерения давления, широко применяемая в СССР);                   1 Ва r = 1, 02 кгс/ см ².