气泡对液压系统的危害及预防措施

气泡对液压系统的危害及预防 摘要：本文论述了气泡混入液压系统的主要途径及气泡对液压系统的危害，介绍了在液压系统设计和使用过程防范气泡混入及危害的具体措施。 关键词：气泡； 危害；液压系统； 预防措施 1前言 液压系统油气泡产生原因较为复杂，既有设计方面的，也有使用管理方面的原因。本文首先分析了空气进入液压系统的途径，进而深入分析气泡对液压系统运行所造成噪声、液击、空动爬行等危害，论述液压系统在设计、使用和维护过程中防止气泡危害的具体措施。 2空气进入液压系统的途径 空气混入液压系统的途径有混入式、溶入式 及自生式。空气以混入方式进入液压系统是与液压系统均设计为开式系统直接相关的，而不是象闭式循环的制冷系统一样，制冷剂可与大气完全隔离，制冷剂注入系统后将绝不会再与空气接触。既然是开放式的，那就必然会混入空气，混入的阶段和方式，一是在初次使用加油时，由于液压油在进入液压油箱柜和管系时与空气混合，另是管路设计或安装的原因，使得一些空气被封闭在管系或设备的高点位置，从而导致液压油中“裹挟夹带”了大量空气，空气以细小气泡形式悬浮混合在油中。此阶段混入和管系高点位置封闭的空气，由于细小气泡从油中析出需要较长时间，加之每次系统停止运行静置时又都会有析出的空气再次被封闭在管系高点位置，所以即使通过长时间反复的管路冲洗或使用，也难以完全彻底消除。 空气混入系统的另一阶段和方式是在系统正常运行过程中，一是因系统回油管口设计不合理或油箱油位过低，导致回油管口高于液面，使得液压油与空气混搅相溶。二是管理人员在补油、清洗滤器时，由于补油泵吸空、补油管高于油箱液面、滤器回装时搅拌混入空气或滤器装妥后未放气。三是在检修或更换液压泵、油马达、液压阀件及管系等设备时，装妥后没有或不能完全驱气而导致空气混入。四是管理人员检查不到位，液压泵吸入管漏气，运行时液压泵直接吸入空气。 液压系统自生气泡的原因通常是：当溶有空气的液压油流经变径管路或节流阀、控制阀、减压阀等液压元件时，介质流速度急剧上升，而压力则急剧下降。当压力下降到低于工作温度下油液的气体分离压力时，溶解于油中的气体迅速地大量分离出来，使油液中出现大量气泡。或是当保持高压的某个空间，由于控制阀的突然动作，使之泄压，同样会使原本溶于油中的空气再瞬间分离出来。另外一种可能导致液压油自生气泡的原因是混入系统的各类杂质、系统设备材料、液压油，三者受温度、压力、空气甚至震动的影响，各自自身或相互之间发生化学反应而产生气体。 3气泡对液压系统的危害 混入液压系统的空气，以直径0.05—0.5mm的气泡状态悬浮于液压油中，对液压系统的液压油的体积弹性模数和液压油的粘度将产生严重的影响。液压油中悬浮的气泡，将随着液压系统的压力升高，有一部分混入的空气将溶解入液压油分子间，而其余则仍以气泡形式存在。当混入的空气量增大到一定程度时，液压油的体积弹性系数急剧下降，导致液压油压力波传播速度减慢。当悬浮在油液中的气泡与溶有空气的液压油流经压力或流通面积变化较大的通道时，悬浮在油液中的气泡与溶解在油中的空气将因流速和压力的变化，产生瞬间的消失、析出和破裂，从而导致液压空穴损害和液压撞击。具体分析气泡对系统的损害，有以下几个方面： 3.1系统产生振动和噪声 液压系统中混有空气是产生系统振动和噪声的主要原因。当混有并溶有空气的液压油流经变径管路或节流阀、控制阀、减压阀等液压元件时，介质流速度急剧上升，而压力则急剧下降。当压力下降到低于工作温度下油液的气体分离压力时，溶解于油中的气体迅速地大量分离出来，使油液中出现大量气泡。大量的气泡随油液流到压力较高的地方时，气泡被压缩导致体积较小，此时在气泡内积蓄了一定的能量。当压力增高到一定数值时，气泡被压破裂，产生局部的液压冲击使系统产生振动，瞬间的压力可达几十兆帕，导致了液压系统的空穴损害和液压冲击损害。 当液压泵吸入了液压油和空气的混合油液，在液压泵的吸油管处，由于压力下降而析出已溶的气体，在液压泵高速旋转时，将造成油液不能充满油腔的现象，这不仅降低了液压泵的供油量和液压泵的效率，还会引起液压油液的冲击，液压的气蚀损坏，管道压力脉动，以至产生由于液压油的不连续流动而引起的噪声。 3.2液压系统不能正常工作 在液压系统中没有空气混入的情况下，其油液的压缩率约为（5—7）×10-3m3/N，可以认为油液是非压缩性流体，而不考虑其压缩性，一旦油中混入空气，其压缩率会大幅度增加，油液本身所具有的高刚度则大大减少，导致油缸和液压马达等执行器动作失误，不能同步运行，自动控制失灵，工作机构产生爬行，破坏了工作稳定性，严重地危害着系统的工作可靠性，甚至还会发生机械事故及危害人身的安全。 3.3导致气蚀的产生 油液在低压区产生的气泡被带到高压区时，会突然溃灭，气泡又重新凝聚为液体，局部区域形成真空，周围的油液以很高的速度流向溃灭中心，会对壁面产生较大的局部冲击力，瞬间压力可高达数百甚至上千个大气压，大量的气泡溃灭时会使金属边壁反复受到剧烈冲击而造成疲劳破坏，引起固体壁面的剥蚀，气穴对固体材料面的这种侵蚀，称为气蚀，它对系统的危害性很大。 3.4加速液压油的污染 液压油中的气泡或泡沫称为油的无形污染物，它对液压油的危害是相当严重的。它不但可使油液本身的刚度下降、容积效率减小、系统可靠性降底。油中气泡瞬间压缩或破坏时近似于绝热压缩状态，还会使气泡温度急剧升高，引起油温升高（甚至使油液燃烧），导致油中的各种添加剂破坏，产生游离碳、酸质和胶泥状沉淀物，并造成油液发黑，加速了油质的劣化，同时还会使金属产生化学腐蚀作用。除此之外，油温升高还会使油液氧化，使油液的润滑性能下降，加速密封件的老化。 4防止空气混入液压系统的技术措施 4.1防止外部气体以混入形式进入系统。液压系统在安装后的冲洗中，若条件允许，应尽力使液压油的洁净度达到要求，将杂质颗粒度控制到7-8um。在冲洗中应派人在不损害设备的情况下连续击打动作不能封闭的系统管系和伐门等部件，使系统内杂质和空气受到震动而浮起移动。在冲洗过程中还应在冲洗一定时间后，停止系统运行一段时间，以利油中的气泡有时间析出。 4.2在维修后安装时，必须尽力排除设备、滤器、伐件及管路中的空气，设备油封损坏时，应近早更换，防止从漏泻处进入空气。 4.3使用中应经常检查油箱油位是否正常，避免发生吸空或回油管口高于液面，液压泵的吸油管要保持密封良好，保证不漏气及泵体灌满油液。 4.4运行初期经常检查清洗过滤器，防止造成滤器堵塞使油口压力过低而造成空气分离现象。滤器内可根据杂质情况，额外放置一强力磁铁吸附杂质。 4.5在液压缸和管道上部设置排气装置，放掉系统中的空气。 4.6大惯性的执行器应设置补油回路。防止在运动中因突然停止或换向时，在进油腔形成空穴，产生空穴损害。 4.7体积较大的液压油箱柜在设计时内部要设置纵横隔板，防止油液因船的摇动而发生震荡。回油管和加油管口应设计在油箱底部。 4.8当液压油发生严重变质时，应及时彻底更换，尽力放尽管系和设备中存油。 4.9补加液压油时，对刚运到卸下车的油，最好放置一段时间再加，加油时应使用过滤设备，操作人员应注意尽力不让油泵吸空，一桶吸完后最好断电，尽量减少换桶时油泵吸入空气、在油中形成气泡。 4.10采用较大直径的吸油管，减少管道局部阻力防止泵产生空穴，泵的吸油管与系统的回油管口要尽可能的低，两者要尽可能远的距离，并在两者之间加隔板或消泡网。  5结束语   气泡直接影响了液压系统运行的可靠性、故障率和系统性能的发挥，对液压系统的危害是严重的。而目前，要完全消除和避免气泡对液压系统造成的损害和影响又是不可能的，也是不现实的。但是，在液压系统设计和管理中，应尽量遏制气泡的产生并将其可能造成的危害降低到最低程度，是十分必要的，也是完全可能的。