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液壓系統中氣蝕的形成原理

  • 來源:榆次鋒特行液壓
  • 作者:榆次鋒特行液壓
  • 時間:2016-05-28 21:58
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    很多小伙伴想必都知道吸空(氣穴)對液壓系統和元件的危害:吸空(氣穴)會嚴重影響液壓系統和元件的性能,造成系統振動、異響,降低液壓元件的效率,大大縮短其壽命。那么,吸空(氣穴)到底是怎么發生的?對液壓系統和元件真的就有那么大的影響嗎?
 
    1:幾個小伙伴常用又易混淆的液壓現象
 
    a:吸空:從名字上來看是指液壓元件吸入了空氣,很多小伙伴認為因為密封不好才會吸入空氣發生吸空,其實不然,空氣可能是被從系統外吸入(密封不好)也可能到是吸油壓力過低溶解在油液中空氣溢出(氣穴)產生,還有一種是補油不充分造成(氣穴)。吸空多針對泵、馬達、油缸等動力或執行元件來講的一個概念!
 
    b:氣穴:當流動液體某處的壓力低于空氣分離壓時,原來溶解在液體中的空氣會游離出來,在液體中產生大量氣泡,這種現象稱作“氣穴”。由此,想必小伙伴們可以看出來:不只是泵、馬達、油缸等動力或執行元件會發生氣穴,對于閥等控制元件也會發生氣穴(只要某處壓力低于空氣分離壓)。
 
    C:氣蝕:這個名字叫得相當貼切,字面理解就是“氣體”對金屬表面的腐蝕。實際上,氣蝕是伴隨著一系列物理和化學變化而發生的現象,首先是吸空或氣穴發生在油液中產生氣泡,這些氣泡到達高壓油液區被高壓絕熱壓縮,迅速土崩瓦解,局部產生非常高的溫度和沖擊壓力。這一方面造成元件的局部疲勞,另一方面又使油液變質,對元件產生化學腐蝕。因而使元件表面受到侵蝕、剝落或出現蜂窩(或者海綿狀)的許多小洞穴。這種現象就是氣蝕。
 
    用下面一張圖來試著表示一下三者之間的關系
 
    搞清楚了這三個概念,接下來咱們來重點聊聊氣蝕產生的過程。
 
    要想搞清楚氣蝕,不得不與小伙伴們說說液體的空氣分離壓和飽和蒸汽壓。
 
    2:空氣分離壓和飽和蒸汽壓
 
    對于任何液體,當然液壓油也不例外,都不可避免地會或多或少溶解有一定量的空氣?諝獬巳芙庠谟鸵褐,還會以氣泡的形式混合在油液中。通常情況下,空氣在油液中的溶解度與液體的絕對壓力成正比,與溫度成反比。
 
    在一定的溫度下,當液體的壓力低于某值時,溶解在液體中空氣會突然地迅速從液體中分離出來,產生大量的氣泡,這個壓力稱為液體在這一溫度下的空氣分離壓。
 
    當壓力繼續下降而低于一定數值時,液體本身便迅速汽化,產生大量蒸氣,這時的壓力稱為該液體在該溫度下的飽和蒸汽壓。一般來說,飽和蒸汽壓要比空氣分離壓小得多。
 
    由此,小伙伴們可以看出,油液中的氣泡不只是由于密封不好,泵或油缸等從外界吸進了液壓系統。只要系統中某處的壓力瞬間低于空氣分離壓,就會產生空氣,發生氣穴。
 
    3:油液中氣泡產生的四種情況
 
    a:密封不良,吸入系統外空氣;
 
    b:系統安裝后,調試中排氣不徹底,殘留空氣;
 
    c:氣穴發生,導致氣泡產生,內生出的空氣;
 
    無論是何種原因產生的氣泡,如果沒能及時排除系統,都可能最終發生氣蝕現象,影響系統性能,導致元件損壞,大大降低系統及元件的壽命。
 
    4:液壓系統中產生氣穴的位置
 
    a:泵的吸油口,這個很好理解,吸油不暢造成吸油壓力過低,產生氣穴;
 
    B:閥的節流口,這個可以根據流體的能量方程去理解;
 
    C:馬達、油缸補油不充分的地方;
 
    D:管路中,管徑突變的位置,這個也可以根據流體去理解;
 
    5:氣蝕的產生
 
    如果前的吸空,氣穴是颶風閃電的話,氣蝕可以看作最后的大暴雨。吸空和氣穴是因,氣蝕是果。下面是一些“淘液壓”在工作中遇到的汽蝕圖片,分享給大家,希望小伙伴能切實認識到汽蝕的危害,在系統設計及后期的故障診斷中有所幫助。
 
    6:最后再強調兩點:
 
    1:汽蝕發生的兩個充分條件
 
    a:油液中大量的氣泡
 
    b:油液壓力的突變
 
    2:氣泡的產生原因可能是吸入的空氣(吸空)也可能是壓力過低產生的(氣穴),詳細的分析請見上一期“汽蝕的形成及典型的汽蝕圖片”。關于吸空,我們應該消除一個經常性的誤解:吸空就是因為吸油管路漏氣,其實不然,吸油管路即使密封良好,同樣會有可能吸入空氣。
 
    案例分享:吸油管路設計不當造成的汽蝕
 
    這是一個壓機液壓系統的油箱,使用的是大排量軸向柱塞泵,壓機在使用中液壓系統出現異響,最后泵無法正常建立壓力。該系統存在如下幾個方面的問題:
 
    1:吸油管口沒有45度切口;
 
    2:泄油管與吸油管距離太近,沒有分開布置到不同的區域;
 
    3:吸油管口距離油箱底部及油箱側壁太近;
 
    這樣的結構布置,會帶來如下的問題:
 
    1:吸油管入口處流速會過快;
 
    2:泄油沒有經過充分的冷卻及消泡即被吸入泵內;
 
    這樣設計的結果,出現吸空、氣穴最終發生氣蝕就不意外了。

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