研究液压系统中气泡对其自身的危害

1、随着现代化生产和科学技术的进步，液压传动领域向着成本低、体积小、寿命长、口动化程度高、可靠 性好等方向发展已成为一种必然趋势。为此而展开的研究课题很多，作者就油中气泡的形成、危害及去 除技术等有关问题作一简要叙述。1汕屮气泡的来源及其对系统的危害（1）气泡的来源液压油在生产、储运以及系统在大气压力下工作，因此油液中含有空气是不可避免的。往往把油中 空气称之为掺混空气，掺混空气是以总径很小的球状气泡悬浮于油中，掺混空气的生成有两条途径： 主要是通过汕箱和泵的吸入管掺混入汕内，如汕箱汕面太低，泵吸入管口半露于汕面或 淹深很浅 时，均可将空气吸入；若泵的进汕管路漏气，则大量的空气会被吸入；再如系统回

2、汕管口高于汕箱汕面 时，高速喷射的系统回油卷带着空气进入油中，又再度经油泵带入系统。 实践虽然证叨溶解于油液中的空气，对油的物理性质没有什么直接的影响。但溶解了一定数量的 空气处于饱和状态的油液，流经节流口或泵入口段，当绝对压力下降到油液的空气 分离压时，油中过饱 和的空气就会被析出，使本来溶解于油中的微细气泡聚集成较大的气泡出现在系统中。（2）对系统的危害从经济性和系统工作质量的角度來看，汕中气泡对系统的危害是相当人的，主要有以下儿个方面： 系统工作不良。在液压传动系统中，油液是动力的传递介质，在没有空气混入的场合下，其压缩率 约为（57 ）xw-10m3/n,也就是压力增加10mra吋，容

3、积仅被压缩减少为0.625%0因 此，在一般 的 液压系统屮可以认为汕是非压缩性流体，而不考虑其压缩性。一旦汕小混入空气，其压缩率便会人幅度 增加，汕液木身具有相当高的刚度或是人的体积弹性系数（压缩率的倒数）则大人减低，严重地危害着 系统的工作口j靠性，如自动控制失灵、工作机构产生间歇运动、被加工件的废品率增大等。由于气泡引 起的装置误动作述会发生机械及人身事故。 油温升高。气泡如在泵等的瞬间压缩之后，其温度会急剧升高。如果气体不溶解于油中，其绝热压 缩的温升近似值是不难计算的，例如，将35°c的气泡加压至3.5m內时，其温升可达到580°c。气泡在达 到高温之后，其周围的

4、油便会产生燃烧，成为系统油温骤然升高的主要原因。然而空气是难以导热的， 油中存冇气泡时，其导热系数大大减低，严重地影响着油的冷却效果。油温升高带來的不良后果冇以下 几个主要方面：a. 加速油的氧化。油温的升高是促进油液氧化的主要原因。根据氧化的机理可知，油温在60°c以上时 每升高1 o°c,其氧化速度成倍递增。氧化后的汕液通常都会使粘度增加并生成酸性化合物，弓起系统小 金属件的腐蚀现象。并且氧化物的化学性质一般比热解作用的产物更为活泼，所以更容易产生渣泥，连 同铁锈、金属屑等机械杂质又作为氧化过程的催化剂，使油液加速氧化。一般希望油温能在90°c以下， 使其具有

5、好的化学稳定性。b. 油的润滑性能下降。性能良好的油液能在金属摩擦表而形成牢固的油膜。油膜的强度和厚度主要 取决于汕液的质量。变质后的汕液其汕膜强度不足以承受工作负载的压力，致使金属表面互相接触，从 而导致摩擦力急剧增加，加速零件的磨损，所以说汕液的润滑性对于液压装置具有重要意义。c. 加速密封件老化。液压系统屮采川的密封件均由不同化学成分的材料制成各种形式的密封圈、垫, 不但要求与油液有好的相容性，而且述耍要求有适当的丄作油温，如油温超过密封件 的正常耐热温度， 便会使其加速老化，失去应有的弹性，而导致过早地丧失密封性能。 导致气蚀的发住。汕屮气泡被汕液带到高压区时，体积急剧缩小，气泡乂重新

6、凝聚为液体，使局部 区域形成真空，周i韦i液体质点以高速来填补这一空间，质点互相碰撞而产生局部高压，形成液压冲击，使 局部压力升高町达数百甚至上千个大气压力。如果这个局部液压冲击作用在固体壁面上，町引起固体壁 而的剥蚀，称z为气蚀现彖，它对系统的危害性很大。油中气泡还能起系统的振动和噪声的增加以及泵的容积效率减低等不良影响。2传统气泡去除方法的剖析人们对气泡研究及其危害性的认识虽然存在差异，但在液压装置的设计制造过程中均考虑了气泡的 去除问题，那就是沿川至今唯一方法，即利川系统中必备的油箱进行气泡的去除，尽管在油箱的结构上 采取了多种措施，如水平截面积人于汕液深度、设置隔板而延长汕在汕箱内的停

7、留时间、进出汕口尽聚 设置得远些以及体积要大等。但从气泡去除效果以及装置结构方而來看仍有下列不足：（1）气泡去除效果差采用油箱自然去除法，就是靠气泡自身的浮力而自行浮至油面溶入大气的方法。气泡的直径一般为 0.250.5mm,如果气泡界面的汕液没有作向上运动的话，完全要靠h身浮力克服汕液的摩擦阻力而向 上运动。根据斯托克斯法则可知，气泡的上浮速度与气泡的人小及汕液粘度有关，也就是说上浮速度与 气泡大小成正比、与油液粘度成反比。如直径为0.3mm的气 泡在粘度为100x106m2/s的油液中每分钟 只上浮30mm0由于泵的搅拌作用，微细化后的气泡再经阀口高速喷出成为乳化液状气泡，即使在油箱 内滞

8、留相当长的吋间，靠自行浮上也是极其困难的。山此可见，仅靠油箱來去除气泡，其效果是相当差 的，研究和开发强制式气泡去除装置势在必行。（2）液压装置结构增人油箱除具冇储油、冷却功能z外，体积大的一个根本原因就是考虑到气泡的去除，我国油箱的体积 一般为泵流量的35倍，美国行业规定油箱的体积不得小于泵流量的3倍。由于采用大体积油箱，往往使 装置整体结构变大，且不经济。3强制式气泡去除器（1）基本结构与原理强制式气泡去除器的基本结构如图1所示。主耍由进汕腔、工作腔、导向叶轮、出汕腔及排气管等纽 成。当油液从切线方向进入油腔时，以一定的动能冲向导向轮叶片，在导向轮的作用k,液体作螺旋加 速运动，由于油液质

9、量大于气泡质量，在离心力的作用下，气泡向中心轴线处集聚，中心轴线上的压力 是随着液流螺旋加速度的增加而递减的，在工作腔最小直径处的屮心压力最低，气泡在小心轴线上的压 差和接近屮心液流的连帯作用下向t作腔最小肓径处运动而集合，在工作腔与出汕腔结合处的右侧附近, 液流由于没冇螺旋运动，所以此处的压力高于出油腔入口处的压力，大量聚积起來的气体在压力的作用 下通过排气管排出装置z外。其工作原理可用图2表示。图1强制式气泡去除器结构示意图2结构与原理对应关系示意图中线段说明： oa段为进汕腔（内装导向叶轮）。其中对应的两线段分别是：oa为轴线方向的压力值；oa为轴 线方向原有气泡含量。 ab段为工作腔。

10、其中对应的两线段分别是：ab，为轴线中心处的压力变化趋势；ab"为轴线中心处 的气泡析出量变化趋势。 bc为排气段（为出汕腔右侧很小一部分）。其中对应的两条线段分别是：bc为轴线中心处的压力 变化趋势；bc为排出气体量变化趋势。 cd段为出汕腔。具屮对应的cd为脱气后汕液流经出汕腔的压力变化趋势。（2）本装置的主耍特点 山于液流在工作腔的旋流半径很小，气泡很容易向中心方向移动。还有在工作腔的液体有较大的 离心加速度，所以在半径方向上形成了较人的压力梯度，十分有助于气泡的析出。 进入到工作腔的液体在导向叶轮作用下具有较人的也动能，促使液体能够维持较长距离的加速旋 转运动，这就增加了气泡

11、随油在工作腔内的旋转次数，所以有着相当高的气泡去除效率。 本装置具有较大的压差范围，所以有较大的流量适应区域，即对于某一规格的装置来说，最大流 量不小于最小流量的三倍，通过控制进油压力，可使木装置在一定流量范围内的任一流量下均处良好的 气泡去除工况。 适用于动力传递介质的任何粘度汕液的气泡去除。 市于木装置体积较小，可以忽略其内部通流液体的重量，所以具冇任意的安装位置，而不影响气 泡去除效果。（3）应用方式及其效果 单独使用。将本装置的进油腔与系统回油路相接，出油腔直接通向油箱，一遍去除效果最高可达 99.9% o 与泵组合使用。将本装置的进汕腔与系统冋汕路相接，出汕腔与泵的进汕口相接，一遍去除效果 最高可达100% °两种方式共同的特点：一是均安装于油箱内，不怕泄漏；二是安装方便，组成简单；三是无需专用 动力，节省能源。就谋求油压系统高效率、低成本，