Рабочие жидкости
1 . ТРЕБОВАНИЯ К РАБОЧИМ ЖИДКОСТЯМ.
Нормальная эксплуатация гидропривода возможна при использовании таких рабочих жидкостей,которые одновременно могут выполнять различные функции.
В первую очередь рабочая жидкость в гидроприводе является рабочим телом, т.е. является носителем энергии, обеспечивающим передачу последней от источника энергии (двигателя) к её потребителю (исполнительным механизмам). Кроме того, рабочая жидкость выполняет роль смазки в парах трения гидропривода, являясь смазывающим и охлаждающим агентом, и средой, удаляющей продукты изнашивания. К функциям рабочей жидкости относится и защита деталей гидропривода от коррозии.
В связи с этим к рабочим жидкостям предъявляются разносторонние требования, в некоторой степени противоречивые и выполнение которых в полной мере не всегда возможно. К ним относятся:
Хорошие смазочные свойства;
Малое изменение вязкости при изменении температуры и давления;
Инертность в отношении конструкционных материалов деталей гидропривода;
Оптимальная вязкость, обеспечивающая минимальные энергетические потери и нормальное функционирование уплотнений;
Малая токсичность самой рабочей жидкости и её паров;
Малая склонность к вспениванию;
Антикоррозийные свойства; способность предохранять детали гидропривода от коррозии;
Оптимальная плотность;
Долговечность;
Оптимальная растворимость воды рабочей жидкостью: плохая для чистых минеральных масел; хорошая для эмульсий и т.п.
Невоспламеняемость;
Малая способность поглощения или растворения воздуха;
Хорошая теплопроводность;
Малый коэффициент теплового расширения;
Способность хорошо очищаться от загрязнений;
Совместимость с другими марками рабочей жидкости;
Низкая цена;
Невыполнение этих условий приводит к различным нарушениям в функционировании гидропривода. В частности плохие смазочные или антикоррозийные свойства приводят к уменьшению сроков службы гидропривода; неоптимальная вязкость или её слишком большая зависимость от режимов работы гидропривода снижают общий к.п.д. и т.д.
Нормальная и долговременная работа гидропривода определяется в равной мере как правильностью выбора марки рабочей жидкости при конструировании,так и грамотной эксплуатацией гидропривода.
2 .СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ
2.1 ОБЩЕФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Плотность рабочей жидкости - физическая величина, характеризующая отношение массы m жидкости к её объёму:
Размерность плотности - кг / м3.
Величина плотности имеет большое значение для энергетических характеристик гидропривода. От неё зависит величина гидравлических потерь, определяемая, как
где С - скорость движения жидкости.
Изменение плотности рабочей жидкости при изменении темпе-ратуры от t1 до t2 описывается выражением:
rt2 =r n1 / 1+b(t2-t1).
где b - коэфициент объемного расширения.
Относительное изменение объема жидкости при изменении температуры характеризуется температурным коэффициентом объёмного расширения b .
где V и DV - начальный объём и приращение объёма при повышении температуры на Dt. Размерность коэффициента b - 1/°c.
Изменение объёма DV и объём рабочей жидкости при изменении температуры с t1 до t2 может быть определено по формулам:
Vt2= Vt1.
Величина коэффициента объёмного расширения невелика. Однако, это изменение следует всё же учитывать при расчёте гидроприводов с замкнутой циркуляцией потока, чтобы избежать разрушений элементов гидропривода при нагреве.
Возможность разрушения деталей гидропривода обусловлена разницей в значениях температурного коэффициента объёмного расширения рабочей жидкости и металла деталей гидропривода. Повышение давления,обусловленное нагревом, принято оценивать по формуле:
Dp = (b-bм)DtE / k
где bм - коэффициент объёмного расширения материала деталей гидропривода;
E - модуль упругости жидкости;
k- коэффициент, характеризующий объёмную упругость материала элементов гидропривода.
Грубая оценка повышения давления в замкнутом сосуде при нагреве на 10°C и принятых средних значениях b=8.75 10-4, bм=5.3 10-5, E=1.7 103 Мпа и k=1 дает величину около 15 Мпа. Поэтому в гидроприводе с замкнутой циркуляцией, эксплуатируемых при широком диапазоне изменения температуры рабочей жидкос- ти, должны быть установлены предохранительные клапаны или другие устройства, компенсирующие температурное увеличение объёма жидкости.
Сжимаемость жидкости - это её способность под действием внешнего давления изменять свой объём обратимым образом, т.е. так, что после прекращения действия внешнего давления восстанав- ливается первоначальный объём.
Сжимаемость жидкости характеризуется модулем упругости жидкости Е с размерностью Па (или Мпа) .
Уменьшение объёма жидкости под действием давления определяется по формуле
При повышении давления модуль упругости увеличивается, а при нагреве жидкости - уменьшается.
Обычно в масле работающего гидропривода содержится до 6% нерастворённого воздуха. После отстаивания в течение суток содержание воздуха уменьшается до 0.01-0.02%. В этом случае рабочая жидкость представляет собой газожидкостную смесь, модуль упругости которой подсчитывается по формуле:
Егж = Е(Vж/Vp+1)/(V ж/Vp+E p0/p 2)
где Vж, Vp - объёмы соответственно жидкостной и газовой фаз при атмосферном давлении Р0.
В рабочей жидкости содержится также определённое количество растворённого воздуха (пропорциональное величине давления), который практически не влияет на физико-химические свойства масла, однако способствует возникновению кавитации, особенно во всасывающих линиях насосов, в дросселях и других местах гидропривода, где происходит резкое изменение давления.
2.2 ВЯЗКОСТЬ
Вязкость - свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу одного слоя относительно другого под действием касательной силы внутреннего трения. Напряжение трения согласно закону Ньютона пропорционально градиенту скорости dC/dy
Коэффициент пропорциональности h носит название динамиче-ской вязкости
Единицей динамической вязкости является 1Па.с.(паскаль-секунда).
Более распространённым является другой показатель - кинематическая вязкость, которая учитывает зависимость сил внутреннего трения от инерции потока жидкости. Кинематическая вязкость (или коэффициент динамической вязкости) определяется выражением
Единицей кинематической вязкости является 1м2/c. Эта величина велика и неудобна для практических расчётов. Поэтому используют величину в 104 меньше -1 см2/c = 1Cт(стокс) , или 1 сотую часть Ст - сСт (сантистокс). В нормативно-технических документах обычно ука-зывают кинематическую вязкость при 100°С - (g100) или при 50 °С -(g50). Для новых марок масел в соответствии с международными нормами указывается вязкость при 40°С (точнее при 37.8°С) - g40. Указанная температура соответствует 1000 по Фаренгейту.
На практике используются и другие параметры, характеризующие вязкость жидкостей. Часто используют так называемую условную или относительную вязкость, определямую по течению жидкости через малое отверстие вискозиметра (прибора для определения вязкости) и сравнению времени истечения с временем истечения воды. В зависимости от количества испытуемой жидкости, диаметра отверстия и других условий испытаний применяют различные показатели. В России для измерения условий вязкости приняты условные градусы Энглера (°Е), которые представляют собой показания вискозиметра при 20, 50 и 100°С и обозначаются соответственно °E20; °E50 и °E100 . Значение вязкости в градусах Энглера есть отношение времени истечения через отверстие вяскозиметра 200 см3 испытуемой жидкости к времени истечения такого же количества дистиллированной воды при t=20 С..
Вязкость жидкости зависит от химического состава, от температуры и давления. Наиболее важным фактором, влияющим на вязкость, является температура. Зависимость вязкости от температуры различна для различных жидкостей. Для масел в диапазоне температур от t = +50 0C до температуры начала застывания применяется фор-мула:
nж= n50 exp (A / Tжa)
где nж - значение кинематической вязкости при температуре Tж (° K), в cCm;
A и a - эмпирические коэффициенты.
Для некоторых рабочих жидкостей значения коэффициентов А и а приведены в табл. 1.
Таблица 1.
| ВМГ3 | АМГ-10 | МГ-20 | МГ-30 | |
| А* 10-8 | 10,98 | 10,82 | 40 | 94 |
| а | 3,06 | 3,06 | 3,77 | 3,91 |
Зависимость вязкости от температуры, или так называемые вязкостно-температурные свойства рабочих жидкостей, оцениваются с помощью индекса вязкости (ИВ) , являющегося паспортной характеристикой современных масел. Масла с высоким индексом вязкости меньше изменяют свою вязкость при изменении температуры. При небольшом индексе вязкости зависимость вязкости от температуры сильная. ИВ определяется сравнением данного масла с двумя эталонами. Один из этих эталонов характеризуется крутой вязкостно-температурной характеристикой, т. е. сильной зависимостью вязкости от температуры, а другой - пологой характеристикой. Эталону с крутой характеристикой присвоен ИВ=0 , а эталону с пологой характеристикой - ИВ = 100.
В соответствии с ГОСТ 25371-82 ИВ вычисляется по формуле:
ИВ =(n-n1) /(n-n2)
или ИВ=(n-n1) / n3
где n - кинематическая вязкость эталонного масла при t= 40 0C с ИВ=0 и имеющим при t=100 0С такую же кинематическую вязкость как и данное масло, сСm ;
n1 - кинематическая вязкость данного масла при t=40 0C , сСm ;
n2 - кинематическая вязкость эталонного масла при t=40 0C, с ИВ=100 и имеющим при t=100 0C такую же вязкость, что и данное масло, сСm ;
n3= n- n2 , cCm .
Реальные рабочие жидкости имеют значения ИВ от 70 до 120.
Вязкость рабочей жидкости увеличивается с повышением давления. Для практических расчетов может использоваться формула, связывающая динамическую вязкость с давлением:
где h0 и hр - динамические вязкости при атмосферном давлении и давлении р.
а - постоянный коэффициент; в зависимости от марки масла а = 1,002 - 1,004.
При низких температурах масла застывают. Температурой застывания (ГОСТ 20287-74) называется температура, при которой масло загустевает настолько, что при наклоне пробирки с маслом на 450 его уровень в течение 1 мин. остается неподвижным. При температуре застывания работа гидропривода невозможна. Минимальная рабочая температура принимается на 10-150 выше температуры застывания.
Вязкость рабочей жидкости оказывает непосредственное влияние на рабочие процессы и явления, происходящие как в отдельных элементах, так и в целом гидроприводе. Действие вязкости неоднозначно и требуются тщательные исследования для рекомендации оптимальной вязкости для конкретного гидропривода. Изменение вязкости является критерием достижения предельного состояния рабочей жидкости.
При чрезмерно высокой вязкости силы трения в жидкости настолько значительны, что могут привести к нарушению сплошности потока. При этом происходит незаполнение рабочих камер насоса, возникает кавитация, снижается подача, ухудшаются показатели надежности.
Но помимо этого, высокая вязкость рабочей жидкости позволяет снизить утечки через зазоры, и щелевые уплотнения. При этом объёмный КПД увеличивается. Но высокая вязкость одновременно увеличивает и трение в трущихся парах и снижает механический КПД. Одновременно снижается и гидравлический КПД, так как возрастают гидравлические потери.
Рекомендуется выбирать рабочую жидкость таким образом, чтобы кинематическая вязкость при длительной эксплуатации в гидроприводе с шестеренными насосами находилась в пределах 18-1500 cCm , в гидроприводе с пластинчатыми насосами 10 - 4000 cCm и в гид рабочей жидкости связаны с прочностью мароприводе с аксиально-поршневыми насосами 6-2000 cCm.
Смазывающие способности рабочей жидкости связаны с образованием на трущихся поверхностях масляной пленки и способностью её противостоять разрыву. Обычно, чем больше вязкость, тем выше прочность масляной. плёнки при сдвиге. Рабочая жидкость в гидроприводе должна предотвращать контактирование и схватывание трущихся поверхностей при малых скоростях скольжения в условиях граничного режима трения. Другими словами, рабочая жидкость, должна, во-первых, обладать противозадирными свойствами, во-вторых уменьшать износ поверхностей трения, создавая гидродинамический режим смазки, т. е. обладать противоизностными свойствами.
Улучшение противозадирных и противоизностных свойств рабочей жидкости достигается введением их в состав присадок. Обычно вводят несколько присадок или комплексные присадки, улучшающие сразу несколько показателей рабочей жидкости
Стабильность свойств - это способность рабочей жидкости сохранять работоспособность в течение заданного времени при изменении первоначальных свойств в допустимых пределах.
Стабильность характеризуется антиокислительной способностью и однородностью рабочей жидкости, которые находятся между собой в зависимости. При длительной эксплуатации в результате реакции углеводородов масла с кислородом воздуха в рабочей жидкости появляются смолистые нерастворимые фракции, которые образуют осадки и плёнки на поверхностях деталей, обуславливая старение рабочей жидкости. В результате может быть нарушено нормальное функционирование таких прециционных элементов гидропривода, как распределители, дроссели и т. п. .
На скорость окисления существенно влияют температура масла, интенсивность его перемешивания, количество находящихся в рабочей жидкости воды и воздуха, а также металлических загрязнений. Значительное каталитическое воздействие на процесс старения оказывает присутствие медных деталей. Окисление рабочей жидкости характеризуется изменением кислотнго числа РН, которое определяется количеством миллиграммов едкого калия (КОН) , необходимого для нейтрализации свободных кислот в 1 г. жидкости. Кислотное число РН и количество осадка используется для оценки старения жидкости (ГОСТ 5985-79). Оно является одним из параметров, определяющих работоспособность рабочей жидкости. Чтобы повысить антиокислительные свойства рабочей жидкости, используются присадки.
2 Антикоррозийные свойства- характеризуют способность
рабочей жидкости выделять воздух или другие газы без образования пены. Эту способность определяют по времени исчезновения пены после подачи в жидкость воздуха или прекращения перемешивания. Способность противостоять пенообразованию усиливают добавлением антипенной присадки. Механизм действия присадки состоит в понижении поверхностного натяжения жидкости. Концентрируясь на поверхности пузырьков пены, присадка способствует их разрыву, а, следовательно быстрому гашению пены.
Стойкость рабочей жидкости к образованию эмульсии характеризуется способностью её расслаиваться и отделяться от попавшей в неё воды. Добавлением в жидкость деэмульгаторов(веществ, разрушающих масляные эмульсии) понижают поверхностное натяжение плёнки на границе раздела вода-масло и предотвращают смешивание рабочей жидкости с водой.
Совместимость рабочей жидкости с материалами гидропривода характеризуется отсутствием коррозии металлов, а также стабильность физико-химических свойств жидкости. Причины коррозийной активности рабочая жидкость тесно связаны с накоплением в них химических соединений, обуславливающих коррозию металлов.
Среди таких соединений основное влияние на коррозию оказывают перекиси, образующиеся в результате старения рабочей жидкости, и которые оцениваются кислотным числом pH.
Антикоррозийные свойства рабочей жидкости оценивают по испытаниям на коррозию металлических (из стали 50 и меди М2) пластин, помещенных на 3 часа в жидкость, нагретую до 1000С. Отсутствие потемнений на металлических пластинах является положительным результатом проверки.
Совместимость с резинотехническими изделиями гидропривода оценивают величиной набухания резины марки УИМ-1 или потери ее массы в рабочей жидкости
Похожие рефераты:
Расчет бетонной плотины. Расчет автоматического затвора.
Метод состоит в том, что в исследуемую жидкость через капилляр вдувается воздушный пузырек. Давление воздуха (P), которое нужно для отрыва пузырька от капилляра является искомой величиной.
Насадки для колонных аппаратов. Мешалки. Форсунки. Тарелки.
2.РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ ГИДРОПРИВОДОВ
2.1. Назначение рабочих жидкостей и основные требования, предъявляемые к ним
Жидкость, используемая в гидроприводах, является их рабочим телом. Вследствие этого она и называется рабочей. Рабочая жидкость обеспечивает передачу энергии от насоса к гидродвигателю и управляющих сигналов в гилросистеме. Кроме того, она обеспечивает смазку трущихся поверхностей гидравлических устройств, удаление из пар трения продуктов износа, защиту металлических деталей от коррозии и отвод выделяемого в гидроприводе тепла.
Рабочие жидкости подвержены воздействию изменяющихся в широком диапазоне давлений, температур и скоростей. Правильный выбор рабочей жидкости обеспечивает работоспособность гидропривода и в значительной степени определяет его рабочие параметры.
К рабочей жидкости предъявляются следующие требования.
1. Хорошая смазывающая способность, обеспечивающая надежную работу пар трения.
2. Возможно малое изменение вязкости в широком диапазоне температуру, что определяет и малую изменяемость характеристик гидроустройств и гидропривода в целом.
3. Высокая пожаростойкость.
4. Стабильность механических и химических свойств в условиях длительной эксплуатации и хранения. Под стабильностью механических свойств понимают в первую очередь способность жидкости противостоять процессу «мятия», которым называют процесс деструкции молекул при ее длительном дросселировании в узких щелях, перемешивании жидкости и воздействии вибраций, что приводит к уменьшению вязкости. Под стабильностью химических свойств понимают способность противостоять окислению под действием окружающей среды и реакции гидролиза из-за присутствия в жидкости воды, а также химической реакции жидкости с материалами стенок гидроустройств и уплотнений.
5. Малая токсичность рабочей жидкости и ее паров.
6. Высокая объемная упругость.
7. Высокая теплопроводность.
8. Малый коэффициент теплового расширения.
9. Радиационная стойкость.
10. Сопротивляемость к вспениванию.
11. Малая растворимость газов, обеспечивающая высокую упругость жидкости.
12. Низкая стоимость.
Перечисленные требования во многом трудно совместимы. Поэтому выбор рабочей жидкости представляет собой определенную сложность.
2.2. Основные физические свойства рабочих жидкостей
Из многочисленных свойств жидкостей остановимся только на тех, которые наиболее важны с точки зрения эксплуатации гидроприводов, определяют их рабочие параметры и которые необходимо учитывать разработчику. Эти свойства определяются перечисленными выше требованиями.
Плотность, , характеризуется отношением массыm к её объему
Для
практических расчетов плотность
минеральных рабочих жидкостей может
быть принята
.
Плотность рабочей жидкости характеризует потери давления при ее течении через дроссели, клапаны и гидролинии. Так при турбулентном режиме течения
где Q – расход жидкости; потери давления;коэффициент расхода щели площадью. С ростом температуры плотность уменьшается
,
(2.2)
где
соответственно
плотности при температурах,коэффициент
объемного расширения. Для минеральных
рабочих жидкостей
при
Это свойство необходимо учитывать при проектировании гидропривода с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости. В таком приводе при увеличении температуры происходит увеличение объема и повышения давления, которое может привести к разрушению гидросистемы. Чтобы избежать этого, к гидробаку присоединяют термокомпенсатор, например сильфонного типа. Изменение его объема должно быть достаточным для компенсации теплового расширения рабочей жидкости во всей гидросистеме.
Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному смещению ее слоев. Это свойство является важнейшим для работы гидропривода.
Влияние вязкости неоднозначно. С одной стороны большая вязкость повышает надежность смазки трущихся поверхностей. Уменьшает у течки в гидроустройствах и способствует повышению устойчивости гидропривода. С другой стороны – увеличивает потери на трение, увеличивает гидравлическое сопротивление в гидролиниях и уменьшает быстродействие привода.
Вязкость жидкости характеризуется коэффициентами динамической и кинематической вязкости. Коэффициент динамической вязкости, Па, определяется из уравнения, выражающего закон жидкостного трения Ньютона:
где Т – сила, возникающая между движущимися слоями жидкости; S – площадь соприкосновения поверхностей слоев; – градиент скорости.
Коэффициент кинематической вязкости , определяется соотношением
Он измеряется и в стоксах (Ст)
1 Ст=100 сСт=1
Ввиду того, что непосредственно измерить вязкость в движущейся жидкости сложно, определяют определяют условную вязкость с помощью специальных приборов, называемыми вискозиметрами. Наибольшее применение нашел вискозиметр Энглера, измеряющий вязкость как отношение времени истечения 200 жидкости через отверстие диаметром 2.8 мм под действием собственного веса к времени истечения такого же объема дистиллированнной воды при температуре 4С. Единица вязкости, определенной таким способом называется градусом вязкости условной). В некоторых странах эта единица называется градусом Энглера ().
Перевод в сСт привыполняют по формуле
Вязкость рабочей жидкости существенно зависит от ее температуры. Для минеральных масел это влияние может быть определено эмпирической зависимостью.
где вязкость при температуре 50С;температура. Эта зависимость справедлива в интервале температур 30С150. Для масел св интервале=1050cCт .
Зависимость вязкости от давления p может быть представлена в следующем виде:
где
коэффициент динамической вязкости приp
=0
;
пьезокоэффициент вязкости.Выражение
справедливо при
.Наличие
в рабочей жидкости воздуха приводит к
некоторому снижению вязкости.
1+0.015В, (2.8)
где вязкость чистой жидкости;вязкость рабочей жидкости, совершающей Ввоздуха от общего объема.
Сжимаемость – свойство жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость рабочей жидкости должна быть минимальной, так как ее наличие приводит к снижению подачи насосов, нарушает плавность движения перемещаемых гидроприводом узлов машин, уменьшает реализации перемещений, снижает устойчивость гидропривода.
Сжимаемость, , характеризуется коэффициентом объемного сжатия
, (2.9) где относительное изменение объема при изменении давления на
Величина обратная ,называется модулем объемной упругости жидкости, Па:
Для минеральных масел модуль упругости лежит в пределах Мпа. Трубопроводы особенно шланги уменьшают «приведенный» модуль упругости.
Процесс сжатия рабочей жидкости может проходить с различной скоростью. Сжатие при медленно протекающих процессах, при которых успевает завершиться теплообмен с окружающей средой, характеризуется изотермическим модулем упругости . Сжатие при быстро протекающих процессах, при которых теплообмен не успевает завершиться, характеризуется адиабатическим модулем упругости. Экспериментальный метод определения этого модуля основан на замере скорости распространения звуковых волн в жидкости
где скорость звука в жидкости.
Установлено, что при расчете быстропротекающих процессов в гидроприводе можно принимать . Модуль объемной упругости зависит от давления и температуры. Упругость увеличивается с повышением давления и уменьшается с ростом температуры
где модуль объемной упругости без наличия в жидкости газовой среды приС,.
Большое влияние на сжимаемость рабочей жидкости оказывает наличие в ней нерастворенного воздуха в виде мелких пузырьков. Сжимаемость в этом случае во много раз выше сжимаемости чистой жидкости. Рассмотрим это влияние в условиях изотермического процесса сжатия. Нерастворенный воздух в объеме образует с объемом чистой жидкостидвухфазную смесь.
Продифференцировав (2.12) по давлению и предположив, что закон сжатия смеси имеет тот же характер, что и для чистой жидкости, а закон сжатия воздуха подчиняется закону Бойля-Мариоттаимеем
,
(2.13)
где модули объемной смеси и чистой жидкости;объем давления. При изотермическом процессе сжатияn=1. Из (2.13) и (2.12) получим
(2.14)
Разделив правую часть (2.14) на начальный объем жидкости в смеси положиви подставив, имеем
.
(2.15)
В реальных системах содержание воздуха может меняться в широких пределах (). Зависимость модуля объемной упругости от давления рабочей жидкости при различном содержании воздуха представлена на рис
Как видно из рисунка, влияние давления проявляется в большей степени при малых его значениях. Для устранения этой зоны в сливных гидролиниях гидрипроводов должны быть установлены напорные клапаны, создающие подпор порядка 0,5-1 МПА. Благодаря этому уменьшается сжимаемость рабочей жидкости в сливных полостях гидродвигателей и повышается плавность движения рабочих органов машин, особенно при использовании гидроцилиндров. При давлении более 15 МПа влияние воздуха на сжимаемость практически не сказывается, так как оно переходит в растворенное состояние. Это обстоятельство также обусловливает полезность перехода на более высокие давления рабочей жидкости в напорных гидролиниях приводов. Для снижения количества нерастворенного воздуха необходимо знать основные пути его проникновения в гидросистему. Наиболее интенсивно подсос воздуха происходит на линии всасывания через неплотности в местах крепления фланцев насоса и приемных фильтров, через уплотнения валов и т.п. Подсос воздуха происходит также при понижении уровня жидкости в гидробаке по отношению к всасывающему патрубку. Нерастворенный воздух может образовываться из растворенного на участках с пониженным давлением. При этом обратный процесс протекает значительно медленнее.
Измерение количества нерастворенного воздуха проводится либо путем измерения объемов жидкости до и после его отделения, либо путем измерения некоторых свойств рабочей жидкости (плотности, модуля упругости и т.п.), зависящих от его количества.
Количество воздуха в гидросистеме может быть понижено путем применения эластичных диафрагм, исключающих контакт с жидкостью в гидробаках или путем создания подпора во всасывающей гидролинии. Удаление воздуха в тупиковых гидросистемах и в верхних точках гидроустройств проводят с помощью воздухоспускных пробок (сапунов) или клапанов.
Теплове свойства. Наибольший интерес представляют удельная теплоемкость и теплопроводность. Удельная теплоемкость характеризует интенсивность повышения температуры рабочей жидкости в гидросистеме. По сравнению с водой удельная теплоемкость минеральных масел вдвое меньше. Теплопроводность характеризует количество теплоты, переданное за единицу времени через единицу поверхности при разности температур между жидкостью и стенкой в один градус. Для лучшего отвода тепла рабочие жидкости должны иметь высокие тепловые свойства.
Температурный диапазон использования рабочих жидкостей связан с температурами вспышки и застывания. Температура вспышки есть температура, при которой пары жидкости образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении открытого пламени. Температура вспышки позволяет судить о пожарной безопасности гидросистем. Температура застывания – температура, при которой рабочая жидкость загустевает настолько, что при наклоне пробирки на 45ее уровень в течение 1 мин остается неизменным. Для наиболее распространенных индустриальных масел температура вспышки составляет 160 – 200С, а температура застывания – 30 – 15С.
Электрические свойства имеют значение для рабочих жидкостей, применяемых в электрогидравлических устройствах гидроприводов. Чтобы избежать замыкания электрических цепей, нарушения изоляции или искрения в результате возможного попадания рабочей жидкости, ее электрическая проводимость должна быть минимальной.
2.3. Характеристика рабочих жидкостей
Основным видом рабочих жидкостей, получивших наибольшее применение, являются минеральные масла. В гидроприводах общепромышленного назначения, работающих в отапливаемых помещениях при температуре воздуха от 0 до +35С применяются индустриальные масла И12А, И20А, И30А, И40А, И50А. Цифра в обозначении масла указывает на его вязкость в сантистоксах приt = 50С. Индустриальные масла самые дешевые, нетоксичны, так как не содержат присадок. Однако, с другой стороны, они имеют повышенную склонность к окислению и выделению смол, в силу чего срок их службы сильно ограничен. Индустриальные масла применяют в гидросистема, работающих при температуре жидкости не выше 60С.
В гидроприводах, работающих при температуре свыше 60С, применяются турбинные масла Тп-22, Тп-30, Тп-46, отличающиеся от индустриальных более высокими эксплуатационными свойствами (антиокислительная и смазывающая способности, противопенная стойкость, повшенный срок службы). Такие свойства обеспечиваются в введением различного вида присадок ()фенолов, жирных кислот, полисилоксанов и др.).
Гидроприводы, работающие при давлении 16-35 МПа, рекомендуется эксплуатировать на маслах серии ИГП, имеющих еще более высокие эксплуатационные свойства.
В гидроприводах, установленных на машинах, работающих в полевых условиях, применяются масла, имеющие меньшую зависимость вязкости от температуры. Среди них всесезонное масло МГЕ-10А, рассчитанное на эксплуатацию без замены в течение 10-ти лет при температуре окружающей среды от – 55 до +55С. Масло ВМГЗ является основным видом рабочей жидкости для гидроприводов строительно - дорожных машин, работающих в условиях Крайнего севера, а также используется как зимний сорт в районах умеренного климата. Масло МГ-30 используется в анологичных приводах в качестве летнего масла.
В авиационных гидросистемах дозвуковых самолетов применяется авиационное масло АМГ-10, которое легко отличить по красному цвету.
Минеральные масла имеют ограниченный температурный диапазон применения. Верхний предел обычно не превышает 80-90С. Кроме того, они пожароопасны. Эти недостатки в меньшей степени проявляются у синтетических рабочих жидкостей. Они имеют более пологую вязкостную характеристику, обладают большей огнестойкостью. К ним относятся диэфиры, фосфаты, силоксаны, водно-гликолевые и водно-глицериновые жидкости. Из этого класса рабочих жидкостей можно назвать жидкость 7-50С-3, применяемую в авиационных гидросистемах, работающих в диапазоне температур от -60до +175С. Недостатки синтетических жидкостей являются высокая стоимость, плохие смазывающие свойства и необходимость перехода на специальные материалы для уплотнений.
Другим видом рабочих жидкостей являются водосдерживающие эмульсии. Они имеют низкую стоимость, более высокую теплоемкость, пожаростойки. В гидроприводах кузнечно-прессовых машин используются имульсии «масло в воде», в которых 2-5% эмульсола, содержащего минеральное масло, и 95-98% воды. Эмульсол находится в воде в дисперсной фазе. Недостатками таких жидкостей являютс низкая смазывающая способность, высокая коррозионная активность и невозможность использования при отрицательных температурах. Более перспективна эмульсия «вода в масле», содержание воды в которой около 40%. Она сочетает положительные свойства эмульсий «масло в воде» и минеральных масел. Но пока широкого применения водосодержащие рабочие жидкости не получили, так как переход на них приводит к увеличению примерно в 1,5-5 раз стоимости отдельных гидроустрйств и увеличению потребляемой насосами мощности примерно в 1,5 раза. В настоящее время они применяются в гидросистемах, для которых вопросы пожаробезопастности особо важны, например в шахтном и металлургическом оборудовании.
реферат по дисциплине Физика и энергетика на тему: Рабочие жидкости гидропривода; понятие и виды, классификация и структура, 2015-2016, 2017 год.
Жидкости - это физические тела, по своему молекулярному строению занимающие промежуточное положение между твердыми телами и газами. От твердого тела жидкость отличается наличием текучести, а от газа — крайне малой изменяемостью своего объема при изменении внешних условий.
Рабочая жидкость объединяет все преобразующие устройства гидроприводов и является одним из основных его элементов, выполняющим многосторонние функции по передаче энергии, смазке трущихся деталей, т. е. обеспечению работоспособности и надежности работы гидропривода.
Механика жидкости базируется на основных принципах физики и общей механики. Силы, оказывающие воздействие на ограниченный объём жидкости, как и в механике твердого тела, подразделяют на внутренние и внешние. Внутренние силы осуществляют взаимодействие между частицами жидкости. Внешние силы делятся на объемные, распределенные по всему объему жидкости, например силы тяжести, и поверхностные, действующие на свободную поверхность жидкости, а также силы, действующие со стороны ограничивающих стенок.
Специфической особенностью жидкости является практическое отсутствие в естественных состояниях растягивающих усилий и существенное сопротивление сдвигающим силам, которые проявляются при движении жидкости в виде сил внутреннего трения.
Для упрощения теоретических расчетов и исследований в гидравлике используют модель идеальной жидкости, которая в отличие от реальной не имеет сил внутреннего трения, абсолютно несжимаема и характеризуется только плотностью. Течение идеальной жидкости в каком-либо канале не сопровождается потерей энергии.
Для распространения на реальные жидкости теоретических выводов, полученных для идеальных жидкостей, вводят поправки или коэффициенты, полученные в ходе исследования реальных жидкостей.
Рабочая жидкость гидропривода и требования к ней
Рабочая жидкость является рабочим телом гидропривода, поэтому она должна быть малосжимаемой, ибо только при этих условиях она может эффективно передавать оказываемое на нее давление. Рабочие жидкости должны быть однородны, не содержать воду, кислоту и щелочь, так как эти вещества вызывают коррозию металла и вспенивание жидкости.
При выборе рабочей жидкости учитывается комплекс исходных показателей: диапазон и перепад рабочих давлений, температур и скоростей потока, характеристики применяемых материалов, возможность очистки и смены жидкости, ее стоимость и др.
Рабочая жидкость в гидроприводе горных машин находится под воздействием изменяющихся в широких пределах давлений, температур и скоростей. Например, давление жидкости в гидроприводе механизированных крепей достигает 60 МПа и более, а скорость движения в отдельных элементах — 1200 м/с.
Диапазон температур, в которых обычно работает гидропривод подземных горных машин, составляет 10...90 °С, а гидропривод машин для открытых работ часто работает в условиях низких температур. Кроме того, рабочая жидкость гидропривода находится в условиях большой запыленности и повышенной влажности атмосферы.
Для обеспечения нормальной работы гидропривода к рабочей жидкости предъявляются следующие требования:
Хорошие смазочные и устойчивые антикоррозионные свойства с учетом материалов опор и уплотнений гидропривода;
Инертность по отношению к используемым в гидроприводе материалам, включая металлы, краски, пластмассы и эластичные материалы, и хорошие защитные свойства для защиты материалов от коррозии после слива жидкости;
Совместимость вязкости жидкости с уплотнительными средствами и зазорами;
Малое изменение вязкости в широком диапазоне температур и давлений;
Достаточно широкий диапазон рабочих температур;
Большой срок службы, устойчивость против окисления, поглощения влаги и воздуха;
Малая склонность к вспениванию;
Высокая температура вспышки — огнестойкость и пожароопасность;
Безопасность в обращении, т. е. жидкость не должна быть токсичной, особенно в распыленном состоянии и при разложении;
Хорошая теплопроводность и малая удельная теплоемкость;
Отсутствие расслаивания или разложения на отдельные фракции при длительном хранении;
Низкая стоимость и недефицитность;
Стабильность свойств при эксплуатации и хранении.
Основные параметры рабочей жидкости
Существенное значение при выборе жидкости имеют её плотность, вязкость и сжимаемость .
Плотность жидкости оказывает большое влияние на значение давления в гидросистеме, так как только при определенном перепаде давления возможен поток жидкости через конструктивные каналы гидравлических устройств. Чем выше плотность рабочей жидкости, тем большее давление затрачивается на ускорение и торможение потока, при всём этом нет полезной работы в исполнительном механизме. Для рабочей жидкости с более высокой плотностью необходимо при прочих равных условиях для передачи данной энергии потока применять элементы с большим проходным сечением и, наоборот, для жидкости с меньшей плотностью — элементы с очень небольшими зазорами. Создание элементов с малыми зазорами связано с большими трудностями и требует очень тонкой очистки рабочей жидкости. Исходя из этого в гидроприводах рекомендуется применять рабочие жидкости плотностью (7... 10) 102 кг/м3.
Вязкость — важнейшая характеристика жидкости любого назначения. Для большинства жидкостей вязкость зависит от температуры и давления. Чем больше скорость перемещения исполнительного механизма и чем меньше рабочее давление, тем вязкость жидкости должна быть меньше, так как при большой скорости потока имеют место большие потери давления. При малой скорости перемещения исполнительного механизма и при больших давлениях следует применять более вязкие жидкости, поскольку с уменьшением вязкости растет величина утечек. Вязкость обычно значительно ограничивает диапазон рабочих температур гидросистемы. Для гидропривода рекомендуются жидкости, вязкость которых составляет 0,1...0,45 Ст, или (1...45)10-4 м2/с
Сжимаемость жидкости зависит от давления и температуры, однако основное значение имеет температура. Следствием сжимаемости жидкости является запаздывание срабатывания гидравлических механизмов, т. е. снижение их быстродействия. На сжимаемость жидкости большое влияние оказывает растворенный воздух. Обычно жидкость комнатной температуры и в состоянии равновесия с окружающей средой по объему содержит 5... 15 % растворенного воздуха. С увеличением давления количество растворенного воздуха пропорционально возрастает. Растворенный воздух увеличивает сжимаемость жидкости и является причиной возникновения кавитации и пульсации давления, что приводит к снижению срока службы гидравлических устройств.
Подбор рабочих жидкостей
Подобрать жидкость, полностью отвечающую предъявленным требованиям, очень трудно. Выбор жидкости следует производить в соответствии с конкретными условиями работы и рекомендациями завода-изготовителя. В качестве рабочей жидкости для гидропривода широко используются минеральные масла нефтяного происхождения, которые изготовляются в большом ассортименте. Кислотное число, входящее в характеристику масла, служит мерой установления сроков смены масла.
В гидроприводе, где циркулируют большие объемы жидкости, применяются водомасляные эмульсии, содержащие 1...5 % специальной присадки, придающей эмульсии антикоррозийные и смазочные свойства. Эмульсии являются негорючими, маловязкими и дешевыми рабочими жидкостями и имеют основные физические свойства (плотность, вязкость, сжимаемость), близкие к свойствам воды. Из отечественных водных эмульсий наиболее эффективными являются эмульсии на основе присадок «Аквол-3», ВНИИНП-117, 59-Ц, «Укринол».
В практических расчетах для минеральных масел в диапазоне используемых давлений и температуры 40 °С модуль упругости Е рекомендуется принимать равным 1700 МПа. Для водной эмульсии при 20 °С в пределах рабочих давлений Е= 2050 МПа.
Чаше всего в качестве рабочей жидкости гидроприводов используют минеральные масла (индустриальное, турбинное, AM Г-10 и др.). Для работы при низкой температуре принимают различные глицерино-спиртовые смеси. Для гидросистем, работающих при температуре выше 150 °С, разработаны специальные синтетические полимерные жидкости. Их можно использовать (в закрытых системах) при температуре 370 °С. Температура застывания таких жидкостей достигает -90 ... -100 °С, а кинематическая вязкость при снижении температуры увеличивается в 5—6 раз меньше, чем у минеральных масел. При этом синтетическим жидкостям присуши серьезные недостатки, ограничивающие их применение. Они обладают повышенной текучестью, что усложняет герметизацию гидросистем, растворяют пластификаторы резины, делая резиновые прокладки твердыми и хрупкими, сильно вспениваются и плохо смазывают поверхности материалов.
Все рабочие жидкости в большей или меньшей степени склонны к облитерации , т. е. заращиванию с течением времени малых проходных отверстий и каналов в результате адсорбции поляризованных молекул на стенках каналов в виде твердых слоев толщиной, соизмеримой с размерами самих проходных сечений. Вследствие этого увеличиваются силы трения и ухудшаются характеристики регулирующих и управляющих устройств. Для устранения облитерации необходимо систематически заменять рабочую жидкость гидросистем. Уменьшение облитерации достигается также созданием искусственной вибрации подвижных органов гидросистем.
Рабочим телом в гидравлической передаче является жидкость, свойства которой определяют рабочий процесс передачи гидравлической энергии. Физические свойства рабочей жидкости характеризуются удельным весом, сжимаемостью, вязкостью. Кроме этих параметров для оценки жидкости как рабочего тела в гидропередачах необходимо учитывать ее стойкость к механическим воздействиям, химическую стойкость при высоких и низких температурах рабочего диапазона гидросистемы, смазывающие качества и стабильность смазывающих свойств, степень агрессивности к металлам и уплотнительным элементам конструкции, уровни пожроопастности и токсичности при воздействии на человека (самой жидкости и ее паров).
Рассмотрим свойства двух наиболее распространенных рабочих жидкостей: масла - АМГ-10 и жидкости 7-50С-3, применяемых в современных гидросистемах самолетов. Их плотности р (удельные веса γ) равны соответственно 833 кг/м 3 (8163,94 Н/м 3) и 921 кг/м 3 (9031,92 Н/м 3). Для сравнения плотность (удельный вес) воды составляет 999 кг/м 3 (9796,84 Н/м 3).
При нагреве гидравлическая жидкость расширяется, как и все жидкости, изменяя удельный вес и плотность. Уравнение Менделеева устанавливает связь между изменением температуры и массой единицы объема жидкости
,
где- искомый удельный вес при заданной температуре t , - удельный вес при t = 15°С; - коэффициент объемного расширения (для гидрожидкостей = 0,0007).
Рис.10.1.Зависимости плотности рабочих жидкостей от температуры.
По графикам изменения плотностей масла АМГ-10 и рабочей жидкости 7-50С-3 в зависимости температуры (рис.10.1) можно определить увеличение объёма залитой в гидросистему жидкости и оценить изменение уровня жидкости в баке при нагреве. Расширение жидкости при нагреве необходимо учитывать в бaкe, когда она заперта в цилиндре гидравлическим краном, так как давление в замкнутой системе может превысить допустимые напряжения в трубопроводах и цилиндре и привести к их разрушению. Плотность гидрожидкости изменяется приблизительно на 7 % при изменении температуры на 100 °С.
Сжимаемость жидкости определяется объемным модулем упругости Е, который для гидрожидкостей находится в пределах от 1350 – 1750 МПа. Для воды при относительно небольших давлениях модуль упругости принят равным 1962 МПа. Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом относительного сжатия β
где V- объем жидкости; - изменение объема при изменении давления р.
Следовательно, коэффициент = 1/Е.
Для принятых давлений в гидросистемах можно считать = 0,00007. Это означает, что при изменении давления на 10 5 Па(примерно 1ат) относительное изменение объема V/V= 0,00007. Поэтому во многих расчетах сжимаемостью жидкости можно пренебречь в виду ее малого значения.
Одно из важнейших свойств жидкости называется вязкостью. Вязкость - это способность жидкости сопротивляться скольжению ее слоев друг относительно друга при движении.
Сила трения, которая приходится на единицу поверхности соприкосновения двух скользящих слоев жидкости, при условии, что градиент скорости по нормали равен единице, называется коэффициентом динамической вязкости μ.
Отношение коэффициента динамической вязкости μ к плотности ρ называется коэффициентом кинематической вязкости ν . Величины ν, μ и ρ связаны между собой соотношением ν = μ/ρ .
Вязкость жидкости обусловлена силами молекулярного сцепления, которые с увеличением температуры уменьшаются, уменьшается при этом и вязкость (табл. 10.1).
Физико-механические, смазывающие и другие свойства минеральных масел и их смесей, применяемых в гидросистемах, ухудшаются в процессе эксплуатации вследствие их окисления при контакте с воздухом, эмульсирования и вспенивания при попадании в них воздуха и влаги. Это ухудшение свойств рабочих жидкостей проявляется в уменьшении их вязкости, загрязнении отложениями в виде смол, частичками металла, пыли и т.д. При этом наиболее эффективным способом продления эксплуатационных качеств жидкости является ее непрерывная и тщательная фильтрация с помощью периодически сменяемых фильтров очистки.
Кроме того, гидравлические жидкости растворяют газы, которые в дисперсном состоянии практически не оказывают механического воздействия на работу гидросистемы. Однако при уменьшении давления в какой-либо зоне растворенные газы выделяются в виде мелких пузырьков, объединяясь в более крупные и образуя газовые полости, которые ухудшают механические свойства гидросистемы. Разные газы обладают различной растворимостью в жидкостях, применяемых в гидросистемах. Так, растворимость воздуха составляет около 11 % от объема жидкости; азота - 13%; диоксида углерода(выхлопные газы) - 85 %.
Засорение жидкости воздухом ухудшает условия работы насосов и всей гидросистемы в целом, нарушает плавность движения гидроприводов, ухудшает смазку и вызывает коррозию деталей гидроагрегатов.
В дополнение к изложенным свойствам масла АМГ-10 и гидрожидкости 7-50С-3 приведем для них следующие технические данные. Масло АМГ-10 готовят загущением маловязкой нефтяной фракции. Оно содержит антиокислительную присадку; оно некоррозионно и нетоксично. Работоспособно масло при температуре от -60 до 125 °С в контакте с воздухом или азотом и кратковременно до 150°С только в контакте с техническим азотом. В качестве уплотнителей при работе с маслом используются резины из нитрильного каучука марок В-14, ИРП-1078, ИРП-1353. Жидкость АМГ-10 - однородная, прозрачная, красного цвета.
Рабочая жидкость 7-50С-3 представляет собой смесь синтетических продуктов - поликсилоксанов и органических эфиров. Содержит антиокислительную и противокоррозионную присадки. Она р аботает в диапазоне температур от -60 до 175°С в контакте с воздухом и техническим азотом и кратковременно до 200 °С в контакте с азотом. Жидкость малотоксична, имеет повышенное воздействие на медь, кадмиевые и фосфатные покрытия. Применяется с уплотнительной резиной марки ИРП-1353 и фторкаучуком ИРП-1287. Жидкость 7-50С-3 - прозрачная, цвет не регламентируется.
Виды рабочих жидкостей. Рабочие жидкости на нефтяной основе.
Рабочие жидкости на нефтяной основе изготавливаются из продуктов перегонки нефти, которые остаются после топливных фракций.
Эти продукты представляют собой смесь различных углеводородов, которая обычно называется мазутом.
При нагревании мазута при пониженном давлении снижается температура кипения отдельных углеводородов, что позволяет выделить из мазута отдельные фракции. Процесс этот называется вакуумной возгонкой. Существуют две схемы переработки мазута - топливная и масляная. При топливной получают только одну фракцию 350-500 0С, используемую обычно как базовый продукт для каталитического крекинга или гидрокрекинга для получения тяжелых топлив. При масляной переработке выделяют три фракции легкие дистиллятные масла, выкипающие при 300-400 0С, средние дистиллятные масла 400-450 С и тяжелые 450-500 0С. В результате вакуумной перегонки получают базовые дистиллятные масла, а оставшиеся продукты полугудрон и гудрон используют для получения остаточных масел.
Характерной особенностью дистиллятных масел являются их хорошие вязкостно-температурные свойства высокий ИВ и высокая термоокислительная стабильность. Но эти масла не обладают удовлетворительной маслянистостью, т.е. прочность масляной пленки невелика, что снижает их смазывающую способность.
Остаточные масла, наоборот, обладают высокой естественной маслянистостью, но плохими вязкостно-температурными свойствами и высокой температурой застывания. Для получения базовых товарных масел применяют сложную технологию, основанную на подборе смеси из дистиллятных и остаточных масел и очистке от вредных примесей. К числу последних относятся продукты окислительной полимеризации, органические кислоты, нестабильные углеводороды, сера и ее соединения.
Для улучшения низкотемпературных свойств, масла подвергают депарафинизации и деасфальтизации. Процесс очиски масла является наиболее сложным и в экологическом смысле небезопасным процессом. В настоящее время применяют следующие методы очистки масел 1. Выщелачивание. Это самый простой способ. Масло обрабатывают раствором щелочи NaOH, которая нейтрализует органические кислоты. Продукты окислительной полимеризации нефтяные смолы и другие вредные примеси при щелочной очистке не удаляются, поэтому этот способ находит ограниченное применение. 2. Кислотно-щелочная и кислотно-контактная очистка.
При этом методе очистки основным реагентом, входящим в соединения с нежелательными примесями, является серная кислота, которую добавляют в дистиллятное масло до 6 , а в остаточное - до 10 от массы обрабатываемой жидкости. Серная кислота разрушает смолисто-асфальтовые и ненасыщенные углеводороды. Подукты реакции вместе с неиспользованной частью серной кислоты образуют осадок, называемый кислым гудроном.
Наиболее ценные циклановые углеводороды, которые составляют основу масла, серной кислотой не затрагиваются. После удаления осадка масло промывается водным раствором щелочи, которая нейтрализует остатки серной кислоты и кислого гудрона. Очистка заканчивается промывкой масла водой и просушиванием перегретым паром или горячим воздухом. При таком способе нейтрализации остаточной кислотности возможно образование стойких водомасляных эмульсий. Поэто-му вместо обработки щелочью применяют контактное фильтрование с помощью отбеливающих глин. Последние обладают большой адсорбционной способностью поглощать полярно-активные вещест-ва, к которым относятся продукты взаимодействия фракций масла с серной кислотой. Такой метод носит название кислотно-контактной очистки. Применение для очистки масла серной кислоты имеет существенные недостатки - при современных масштабах использования масел необходимо большое количество серной кислоты, производство которой дорого и экологически опасно - кислый гудрон, который является отходом при этом способе очистки, очень токсичный и экологически вредный продукт. Его вторичное использование экологически опасно, а переработка сложна и дорога. 3. Очистка селективными растворителями. Особенностью этого метода является возможность в процессе очистки многократно использовать растворители вредных примесей.
В качестве растворителей применяют фенол, фурфурол и другие вещества. Принцип селективной очистки заключается в следующем.
Подбирают растворитель, который при определенной температуре и количественном соотношении с очищаемым маслом выборочно селективно растворяет в себе все вредные примеси и плохо или совсем не растворяет очищаемый продукт. При смешивании очищаемого масла с селективным рас-творителем основная часть вредных примесей растворяется и переходит в растворитель, который не смешиваясь с маслом, легко с ним разделяется при отстаивании. Получается слой очищенного масла рафинадный слой и слой растворителя с вредными, удаленными из масла примесями.
Этот слой называют экстрактом.
Слои разделяют. Рафинадный слой затем доочищают отбеливающими глинами, а экстракт подвергают регенерации. При регенерации селективный растворитель отделяется от вредных продуктов и опять используется в процессе очистки. Очень важно выбрать как количественное соотношение масла и растворителя, так и температуру процесса. При использовании в качестве растворителя фенола в зависимости от количества примесей, а также от состава масла температура процесса может быть назначена в пределах от 50 до 300 0 С, а соотношение масла и фенола - от 1 1.5 до 12 . 4. Гидрогенизация. Процесс заключается в гидрировании насыщении непредельных углеводородов водородом в присутствии катализаторов.
При этом полностью удаляются сера и серосодержащие вещества. Процесс происходит в специальных установках под давлением 2 Мпа при температуре 380-400 0 С. 5. Деасфальтизация и депарафинизация применяется для улучшения вязкостно-температурных свойств масла.
Деасфальтизация проводится с помощью жидкого пропана, который под давлением 2-4 Мпа смешивают с очищенным маслом в пропорции до 101. Отходом производства является битум. Пропан после очистки может быть использован повтороно. Депарафинизацию масла, т.е. выделение из него парафина и цезерина, производят в несколько этапов. Вначале в масло добавляют растворители и смесь нагревают до температуры на 15-20 0 С выше температуры растворения парафина и цезерина. Затем смесь подвергают охлаждению и фильтрации.
Застывший парафин и цезерин остаются на фильтрах. Растворитель и масло разделяют отстаиванием. Рабочие жидкости на нефтяной основе наиболее часто используются в гидроприводах. Однако базовые масла за редким исключением веретенное АУ, турбинное и некоторые другие масла не применяются, т.к. не обладают требуемыми для гидропривода свойствами. Для получения рабочих жидкостей с нужными эксплуатационными свойствами базовые масла подвергаются доработке с помощью различных присадок.
На основе базовых масел приготавливаются эмульсии, которые иногда используются в гидроприводах в качестве рабочих жидкостей. Эмульсии представляют собой смеси масла на нефтяной основе и смягченной воды. Различают эмульсии масло в воде и вода в масле. Первые представляют собой мелкодисперсионные смеси воды и 2-3 эмульсола, в состав которого входят минеральное масло с добавкой 12-14 олеиновой кислоты и 2,5 едкого натра.
Они обладают малой вязкостью, низкой смазывающей способностью, высокой коррозионной активностью и ограниченным температурным диапазоном. Положительными свойствами эмульсий типа масло в воде являются негорючесть и низкая стоимость. Эмульсии типа вода в масле представляют собой смесь масла с около 40 воды с присадками, обеспечивающими стойкость эмульсии эмульгаторы. Такие рабочие жидкости немного уступают минеральным маслам по коррозионной стойкости и смазывающим свойствам при невысоких давлениях.
Однако с ростом давления эти свойства ухудшаются. Эмульсии используются в качестве рабочих жидкостей в гидроприводах кузнечно-прессовых и горных машин, где требования противопожарной безопасности повышены. 3.2 Синтетические рабочие жидкости Рабочие жидкости на нефтяной основе не могут обеспечить весь диапазон требований, которые предъявляет к гидроприводам практика. Для гидроприводов, работающих в условиях, отличающихся от нормальных tраб 1000C, повышенные требования к пожаробезопасности, чрезмерно низкие температуры окружающей среды и т.п или от которых требуется повышенная стабильность характеристик, применяются синтетические рабочие жидкости.
Обладая повышенными отдельными свойствами, синтетические рабочие жидкости имеют некоторые недостатки, припятствующие их широкому применению. Это в первую очередь высокая стоимость и ограниченность сырьевых ресурсов, используемых для изготовления синтетических жидкостей.
Кроме того, ряд таких жидкостей плохо совместимы с основными материалами гидроприводов, токсичны и имеют худшие, по сравнеию с минеральными маслами, показатели по отдельным свойствам. Существует множество типов синтетических жидкостей, из которых в гидроприводах нашли применение следующие диэфиры, силоксаны, фосфаты, водосодержащие жидкости, фтор- и хлорорганические рабочие жидкости. Все типы органических жидкостей обладают по сравнению с минеральными маслами повышенными противопожарными свойствами.
Наиболее лучшими в этом отношении являются фторорганические жидкости, которые отличаются полной негорючестью. Кроме того, они исключительно химически инертны и термически стабильны. Водосодержащие жидкости не воспламеняются при распылении на пламя или на поверхность, нагретую до температуры 7000С. Остальные жидкости имеют повышенную огнестойкость по сравнению с нефтяными маслами, но являются горючими и могут воспламенятся при попадании на огонь или раскаленные предметы. Рассмотрим характеристики синтетичесих рабочих жидкостей.
Диэфиры - жидкости на основе сложных эфиров, являющихся продуктами реакции двухосновных кислот адипиновой, себациновой и др. с первичными или многоатомными спиртами например, с пентаэритритом. Диэфиры представляют собой маслянистые жидкости с хорошей смазывающей способностью, удовлетворительной вязкостно-температурной характеристикой, малой испаряемостью и высокой температурой вспышки. Диэфиры недостаточно устойчивы к окислению, поэтому в них вводят антиокислительную и противоизносную присадку.
В среде диэфиров плохо работают ракава и уплотнения из нитритных каучуков, электроизоляционные материалы, металлы, содержащие свинец, кадмиевые и цинковые покрытия. Диэфиры совместимы с силоксанами, поэтому в последние вводят диэфиры для улучшения смазочных свойств. Рабочая температура диэфиров ограничена 2000С, так как при температуре 230 - 2600С они начинают разлагаться. Диэфиры используются в гидроприводах турбовинтовых двигателей.
Силоксаны и полисилоксаны - жидкости на основе кремний-органических полимеров. Они имеют наиболее пологую из всех рабочих жидкостей вязкостно-температурную характеристику, т.е. ее вязкость мало зависит от температуры. Вязкость полисилоксанов увеличивается с увеличением молеулярной массы полимера, что позволило создать широкий ряд базовых силоксановых жидкостей с последовательно увеличивющейся вязкостью. Диапазон вязкостей силоксанов от 10 до 3000 сСт при 250С. Силоксаны характеризуются большой сжимаемостью и стойкостью к окислению.
Они обладают наименьшим поверхносным натяжением из всех известных рабочих жидкостей. Силоксаны выдерживают температуру до 1900С, однако уже при 2000С начинают разлагаться с образованием окиси кремния кремнезема, который является хорошим абразивом, поэтому рабочая температура не превышает 1750С. Смазывающая способность силоксанов неудовлетворительная особенно для стали, поэтому их применяют для рабочих жидкостей гидроприводов только в смеси диэфирами или минеральными маслами.
Температура застывания чистых силоксанов -80 900С, но в смеси с другими компонентами в рабочих жилкостях она повышается и не бывает ниже -700С. Фосфаты - жидкости на основе сложных эфиров фосфорной кислоты - отличаются повышенной огнестойкостью и хорошей смазывающей способностью. Наиболее термостабильны триарилфосфаты, однако они плохо работают при низких температурах. По вязкостно-температурным свойствам фосфаты уступают минеральным маслам, их вязкость возрастает при низких температурах.
Фосфаты склонны к гидролизу, поэтому их нельзя применять в системах, где возможно попадание воды. Многие фосфаты токсичны. Применяют фосфаты в гидроприводах тепловых электростанций в том числе и атомных и металлургического оборудования, а также на летательных аппаратах. Водосодержащие водно-гликолевые и водно-глицериновые жидкости представляют собой класс огнестойкихтрабочих жидкостей, пожаробезопасность которых обеспечивается присутствием в них воды. Основными компонентами водногликолевых жидкостей являются гликоль обычно, этиленгликоль - 50-60 и вода -35-45. В состав рабочих жидкостей также входят водорастворимый загуститель и другие присадки. 4. Обозначения марок рабочих жидкостей. В настоящее время действуют различные системы обозначения марок рабочих жидкостей.
Для рабочая жидкость общего назначения принято название индустриальные с указанием вязкости в сСт при t50 C. Кроме того, существуют еще отраслевые системы обозначений.
Например, рабочая жидкость для станочных гидропривод - ИГИДРОПРИВОД, для гидропривод транспортных установок - МГ, МГЕ, для авиационных гидропривод - АМГ. При этом марка рабочая жидкость может содерабочая жидкостьать или не содерабочая жидкостьать указания на вязкость. В будущем предполагается переход на новую систему маркировки. Основой для не является международный стандарт МS ISO 64434, который устанавливает классификацию группы Н гидравлические системы, которая относится к классу L смазочные материалы, индустриальные масла и родственные продукты. Каждая категория продуктов группы Н обозначена символом, состоящим из нескольких букв, но примем ИСО - L -HV или сокращенно L - HV. Символ может быть дополнен числом, соответствующим показателю вязкости по MS ISO 3448. На основе описанного стандарта разрабатываются национальные стандарты. В России действует группа стандартов ГОСТ 17479.0-85 ГОСТ17479.4-87,по которым будет проводиться маркировка для вновь создаваемых рабочая жидкость на нефтяной основе. В табл. 3 дана выборка наиболее распространенных рабочая жидкость для различных гидропривод со старыми обозначениями и их аналогами по ГОСТ и по MS ISO. Таблица 3. Существующее обозначениеОбозначение по ГОСТОбозначение по MS ISOИ-12АИ-ЛГ-А -15L-HH-15И-20АИ-Г-А-32L-HH-32И-30АИ-Г-А -46L-HH-46И-40АИ-Г-А-68L-HH-68И-50АИ-Г-А -100L-HH-100ИГИДРОПРИВОД-18И-Г-С-32L-HM- 32ИГИДРОПРИВОД-30И-Г-С-46L-HM-46ИГИДРОПР ИВОД-38И-Г-С-68L-HM-68ИГИДРОПРИВОД-49И- Г -С-100L-HM-100ЛЗ-МГ-2МГ-5-БL-HM-5РММГ-7- БL-HM-7МГЕ-4АМГ-5-БL-HL-5МГЕ-10АМГ-15-ВL -HM-15ВМГ3МГ-15-ВсL-HV-15АМГ-10МГ-15-БL- HM-15АУМГ-22-АL-HH-22АУПМГ-22-БL-HM-22РМ Г-22-ВL-HR-22ЭШМГ-32-АL-HL-32МГ-30МГ-46- БL-HM-46МГЕ-46ВМГ-46-ВL-HR-46 В практике зарубежных фирм используется система торговых марок рабочая жидкость.
Например, фирма SHELL выпускает масла под названием TELLUS 532546,568,5100, TONNA T3268, VITREA 4668,100 и др EXXON-NUTO HR32 HR46,HR48,HR100 и др. 5. Рекомендуемые масла для станочных гидрприводов.
Рекомендуемые для применения в станочных гидроприводах марки минеральных масел отечественного производства и эквивалентные масла производства ведущих иностранных фирм приведены в табл. 4 на развороте. Преимущества должны иметь масла ИГП, которые изготовлены из нефтей, подвергнутых глубокой селективной очистке.
При технически грамотной эксплуатации гидросистем масла типа ИГМ могут нормально эксплуатироваться в течении 6-8 тысяч часов. 6 Фильтры, применяемые в станочных гидроприводах.
При соблюдении необходимых требований к чистоте гидросистемы удатся повысить надежность гидроприводов и уменьшить эксплуатационные расходы в среднем на 50 Фильтры обеспечивают в процессе эксплуатации гидропривода необходимую чистоту масла, работая в режиме полнопоточной или пропорциональной фильтрации во всасывающей, напорной или сливной линиях гидросистемы.
Чаще всего устанавливают комбинацию фильтров. Приемные фильтры, устанавливаемые в гидросистемы станков Сетчатые по ОСТ2 С41-2 Приемные типа ФВСМ по ТУ2-053-1855-87 Сливные фильтры Сетчаты типа АС42-5 или ВС42-5 по ТУ2-053-1614-82 Напорные фильтры Щелевые по ГОСТ 21329-75 Напорные типа ФГМ32 по ТУ2-053-1778-86 Встраиваемые типа ФВ по ТУ2-053-1854-87 Фильтры типа Ф10 по ТУ2-053-1636-83 Магнитно-пористые типа ФМП по ТУ2-053-1577-81 . Также в системы гидропривода станков устанавливаются магнитные очистители.
Их ставят, как правило, в проемах перегородок баков. К таким фиьтрам относятся Сепараторы магнитные очистительные типа ФММ по ТУ2-053-1838-87 Патроны магнитные по ОСТ2 Г42-1-73 Уловители магнитные по ТУ2-053-1788-86. Воздушные и заливные фильтры предохраняют от загрязнения баки насосных установок.
К ним относятся Фильтр Г45-27 сапун 20 Фильтр Г42-12Ф по ТУ2-053-1294-77 Фильтр типа ФЗ по ТУ2-053-1575-81. 7. Уплотнения, применяемые в гидролиниях станочных гидроприводов. Уплотнения станочных гидроприводов должны быть достаточно герметичными, надежными, удобными для монтажа, создавать минимальный уровень трения, иметь небольшие размеры, низкую стоимость и совместимость с рабочей средой.
В станочных гидроприводах применяются следующие уплотнения Кольца резиновые уплотнительные круглого сечения по ГОСТ 9833-73 Уплотнения шевронные резинотканевые по ГОСТ 22704-77 Манжеты уплотнительные резиновые для гидравлических устройств по ГОСТ 14896-84 Манжеты армированные для валов по ГОСТ 8752-79 Кольца поршневые по ОСТ2 А54-1-72 Грязесъемники резиновые по ГОСТ 24811-81.
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Рабочие жидкости
В первую очередь рабочая жидкость в гидроприводе является рабочим телом, т.е. является носителем энергии, обеспечивающим передачу последней от… К функциям рабочей жидкости относится и защита деталей гидропривода от… В частности плохие смазочные или антикоррозийные свойства приводят к уменьшению сроков службы гидропривода…
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
