液壓系統(tǒng)的空氣污染與試驗(yàn)分析
文章出處：威海戥同測(cè)試設(shè)備有限公司 人氣：發(fā)表時(shí)間：2017-12-12
（威海戥同測(cè)試設(shè)備有限公司 威海 264209）
摘要：本文簡(jiǎn)要論述了空氣污染對(duì)液壓系統(tǒng)的危害，并通過試驗(yàn)證明了減少液壓油中氣體溶
解度，能大幅度降低液壓泵出口和殼體回油溫度，大幅度提高液壓泵的效率。可成倍的延長(zhǎng)液壓泵、元件及油液的使用壽命。并提出用氣體直接給液壓油箱增壓的方案是不可取的。
關(guān)鍵詞 液壓系統(tǒng) 空氣污染 試驗(yàn) 研究
1 概述
液壓油的污染主要是指固體顆粒、水份和空氣的污染。據(jù)部隊(duì)統(tǒng)計(jì)，液壓系統(tǒng)故障占飛機(jī)故障總數(shù)的37.2%，而液壓系統(tǒng)的故障和失效有70%以上是因污染產(chǎn)生的，所以液壓油的污染已成為液壓技術(shù)發(fā)展的主要障礙；因此，近30年世界各發(fā)達(dá)國(guó)家無不投巨資加以研究，主要包括污染機(jī)理研究、污染物檢測(cè)手段、污染物凈化設(shè)備、產(chǎn)品污染耐受度的設(shè)計(jì)研究、各項(xiàng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)的制定等。這些方面已使污染控制技術(shù)構(gòu)成獨(dú)立的科學(xué)領(lǐng)域，至今已初見成效，取得高精密液壓附件在航空航天上的可靠應(yīng)用，各種磨擦副長(zhǎng)壽命工作，故障率明顯降低等技術(shù)成果。
但是，國(guó)內(nèi)外關(guān)于污染控制的研究方向主要是針對(duì)固體顆粒和水的研究，在現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)中無論是NAS1638還是ISO4406都是對(duì)固體顆粒規(guī)定了等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品的污染控制等級(jí)也都是固體顆粒的等級(jí)，對(duì)含水量也只有在MIL—0—5606油和我國(guó)15號(hào)航空液壓油GJB1177—91中有出廠驗(yàn)收定量的規(guī)定，使用中的控制水平尚未規(guī)定。而對(duì)空氣的污染卻沒有得到應(yīng)有的重視，定量分析，尚未見報(bào)導(dǎo)。在固體顆粒污染已受到普遍重視的今天，如何控制空氣對(duì)液壓系統(tǒng)的影響也應(yīng)當(dāng)提到議程上來了，本文著重談空氣污染問題。
2 關(guān)于空氣污染
液壓油中溶解空氣是不可避免的，因無論是在生產(chǎn)過程和應(yīng)用過程中都無法做到與空氣隔絕。液壓油中空氣溶解量是依壓力和溫度的不同而不同，在1個(gè)大氣壓條件下，礦物油飽和溶解度約為體積的9—10%，不同氣體在礦物油中的溶解度見表1。
氣體在四種礦物油中的溶解度（%） 表1
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氣體
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溫度℃
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油A
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B
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C
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D
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平均
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氮 氣
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20
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7.76
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7.80
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7.59
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7.59
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7.69
|
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40
|
7.90
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7.95
|
7.78
|
7.78
|
7.85
|
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60
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8.37
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8.26
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8.17
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8.15
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8.24
|
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80
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8.35
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8.44
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8.47
|
8.57
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8.46
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氧 氣
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20
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14.7
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14.9
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14.5
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14.43
|
14.63
|
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40
|
14.4
|
14.3
|
13.9
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14.1
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14.18
|
|
|
60
|
14.2
|
14.1
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13.3
|
13.7
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13.83
|
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|
80
|
13.3
|
13.8
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13.3
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13.8
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13.55
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空 氣
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20
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9.56
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9.39
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9.13
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9.14
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9.31
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|
40
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9.50
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9.46
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9.16
|
9.33
|
9.36
|
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|
60
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9.62
|
9.45
|
9.51
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9.41
|
9.50
|
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|
80
|
9.73
|
9.64
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9.64
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9.68
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9.67
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隨著壓力的增加，飽和溶解度是呈線性的增加（如圖1），同時(shí)又隨溫度的增加而不同程度的減小。
圖1 在礦物油中空氣的溶解度
正因如此，在系統(tǒng)中，不同位置壓力是不同的，溫度也是變化的，所以空氣在系統(tǒng)中有時(shí)溶解有時(shí)逸出，這種時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的變化過程對(duì)系統(tǒng)有很大的危害，是系統(tǒng)中的頑癥。
3 空氣污染的危害
3﹒1 降低了液壓油的剛度 當(dāng)液壓油未摻混氣泡時(shí)，油的體積彈性系數(shù)約為1600MPa，而摻混氣泡后就大幅度下降，有時(shí)能到500MPa以下，引起系統(tǒng)響應(yīng)遲緩。對(duì)飛機(jī)的低空大機(jī)動(dòng)危害就十分嚴(yán)重。
3﹒2 增大系統(tǒng)峰值壓力 當(dāng)油中溶解空氣量太多時(shí)，在液壓泵工作中其吸油口處易分離出氣泡，大氣泡可產(chǎn)生氣塞，而小氣泡到高壓區(qū)又發(fā)生瞬時(shí)崩潰，產(chǎn)生較大的局部沖擊力和局部高溫，該局部沖擊力可在系統(tǒng)中產(chǎn)生很大的峰值壓力，這種周期性的峰值壓力也是附件疲勞破壞的主要因素。局部高溫可引起材料表面剝蝕和油溫的升高。同時(shí)加大了液壓泵的噪聲。
3.3 空氣引起系統(tǒng)溫升的試驗(yàn) 空氣對(duì)液壓油的危害從定性的角度，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)多有論述；而定量的特性，幾乎沒有實(shí)測(cè)的例子，在這方面的工作幾乎是個(gè)空白。為初步得到一些定量的數(shù)據(jù)，本公司于2003年9月做了一次空氣對(duì)液壓系統(tǒng)溫度影響試驗(yàn)。
試驗(yàn)方法：
a、用ZB—34M液壓泵的試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)是用0.35MPa的氮?dú)饨o油箱直接增壓（以下稱開式增壓油箱），在工作轉(zhuǎn)速4000r/min下，測(cè)ZB—34M泵壓力—流量特性和液壓泵進(jìn)口、出口和殼體回油的溫度。
b、用一個(gè)與空氣隔離的液壓油箱，以下稱閉式油箱，代替開式增壓油箱，并用GHP70凈油機(jī)將油箱和系統(tǒng)內(nèi)油液中的空氣凈化到見不到氣泡為止，散熱條件不變，做與a項(xiàng)相同的試驗(yàn)。
試驗(yàn)結(jié)果：
a、在進(jìn)口壓力相同的條件下，泵出口流量平均增加了1.526L/min，容積效率平均增加了4.4%。
b、在流量為0、50%、80%、100%不同狀態(tài)下，開式增壓油箱狀態(tài)和閉式油箱狀態(tài)液壓泵進(jìn)口溫度、出口溫度和殼體回油溫度，見圖2、圖3和圖4。
圖2 泵進(jìn)口油溫度
圖3 泵出口油溫度
圖4 泵殼體回油溫度
3﹒4 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的初步分析
該對(duì)比試驗(yàn)是在試驗(yàn)臺(tái)散熱狀態(tài)相同的條件下進(jìn)行的。測(cè)試設(shè)備為批生產(chǎn)狀態(tài)的測(cè)試儀表，精度不高，盡管如此，測(cè)試數(shù)據(jù)也足以說明一些現(xiàn)象。開式增壓油箱是以0.35MPa的氮?dú)庵苯釉谟兔嫔显鰤海獨(dú)獾娜芙饬考s占體積的27%以上，而閉式油箱沒有增壓，且將油箱和系統(tǒng)內(nèi)的氣體用GHP70凈油機(jī)凈化30分鐘，溶氣量約為5%。兩種狀態(tài)的試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)很大差別。
3﹒4﹒1 平均溫度大幅度下降，見表2。
油泵進(jìn)口、出口和回油口平均溫度對(duì)比 表2
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泵進(jìn)口溫度T1（℃）
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泵出口溫度T2（℃）
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泵殼體回油溫度T3（℃）
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開式增壓油箱狀態(tài)
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40.1
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51.5
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64.5
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閉式油箱狀態(tài)
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38.5
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42.3
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49.3
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開式油箱液壓泵出口比進(jìn)口油溫平均增加了11.4℃，而閉式油箱卻只增加了3.8℃，說明閉式油箱的溫升只有開式油箱的33%；
開式油箱泵殼體回油口比泵進(jìn)口油溫平均增加了24.4℃，而閉式油箱只增加了10.8℃，閉式油箱狀態(tài)泵回油溫升只相當(dāng)開式油箱狀態(tài)的44%。
3﹒4﹒2 兩種油箱狀態(tài)，液壓泵效率估算：
在沒有測(cè)得輸入扭矩的條件下，將熱損耗與有用功之和看成是輸入總功率，計(jì)算如下：
液壓泵有用功率N1=PQ/60；
泵出口溫升熱損耗N2=Q·ΔT2·C·ρ/60；
泵殼體回油溫升熱損耗N3=q·ΔT3·C·ρ/60；
式中 Q——泵出口流量，L/min；
P——泵出口壓力，MPa；
q——泵殼體回油流量，L/min；
ΔT2——泵出口與進(jìn)口溫差，℃；
ΔT3——泵殼體回油口與進(jìn)口溫差，℃；
ρ——油液密度，g/cm3；
C——油液的比熱容為2.05，J/（g·K）。
總功率 N=N1+N2+N3
總效率 η=N1/N；
式中 N——總輸入功率，KW；
N1——有用功功率，KW；
N2——泵出口熱損耗，KW；
N3——泵殼體回油熱損耗，KW；
η——總效率。
計(jì)算結(jié)果見圖5
圖5 液壓泵總效率對(duì)比
取流量為50%、80%和100%三種狀態(tài)泵效率的平均值，開式增壓油箱（進(jìn)口壓力0.155MPa）為44%，最大功率點(diǎn)的效率為48%，而用閉式油箱的平均效率為61%（進(jìn)口壓力平均為－0.06MPa），最大功率點(diǎn)效率為79%。
注：試驗(yàn)所用泵為舊泵。
4 結(jié)束語
試驗(yàn)結(jié)果說明了油中溶氣量減少，除大幅度提高液壓泵效率以外，使液壓泵出口溫升平均降低了67%，泵殼體回油溫升平均降低了56%，必將使全系統(tǒng)溫度大幅度下降，見圖2。有資料介紹，油溫每降低8℃，液壓油的壽命可增長(zhǎng)1倍，噪聲和動(dòng)態(tài)峰值均大大減少，成倍的提高液壓泵和其他元件的使用壽命。正因如此，在MIL—H—87227中明確提出“切勿用氣體增壓式的油車油箱來維護(hù)飛機(jī)。油箱中的油液溶有大量的增壓氣體，在進(jìn)行維護(hù)工作時(shí)，這些氣體將會(huì)有機(jī)會(huì)進(jìn)入飛機(jī)系統(tǒng)。”我們航空系統(tǒng)內(nèi)有許多試驗(yàn)臺(tái)和加油車仍然用空氣直接增壓，這為系統(tǒng)帶來的危害是不能不關(guān)注的。
參考文獻(xiàn)
1 〔日〕竹中利夫 浦田暎三著 液壓流體力學(xué) 科學(xué)出版社 1980
2 〔美〕液壓系統(tǒng)軍用規(guī)范 MIL—H—87227 1985
3 鄧起孝、戚昌滋著 流體液壓系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 1985
此文關(guān)鍵詞：凈油機(jī),凈油機(jī)生產(chǎn)廠家,濾油機(jī)生產(chǎn)廠家
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