纯水液压传动及应用

1、纯水液压传动及应用摘 要：纯水液压利用过滤后的自然水作为液压系统的压力工作介质,可以避免环境污染和火灾危险具有价格低廉清洁卫生等优点,概述了纯水液压传动的定义、发展概况,纯水液压传动的特点、水介质特性引起的润滑与密封摩擦与磨损和腐蚀与气蚀等关键技术问题及其在各个行业中的应用。关键词：纯水液压传动;摩擦与磨损;腐蚀与气蚀;主要特点;1. 引言纯水液压是在20 世纪90 年代初期发展起来的一种新型绿色液压技术,它利用过滤后的自然水直接作为液压系统的工作介质,能避免使用液压油引起的环境污染和火灾安全隐患,节约石油资源并有利于工作人员身体健康,此外其显著优点在于介质价格低廉,来源广泛,不需冶炼提纯、运

2、输仓储和废液处理,避免介质对诸如纺织物食品和药品等产品的污染.水的自清洁特性使设备维护保养方便.水所具有的粘度低、滑性差、导电性强等特点给纯水液压传动技术的研究与应用带来了困难,需要交叉液压技术材料学摩擦学、化学与精密制造等多学科的综合知识解决，以下主要水介质中的润滑与密封、摩擦与磨损、腐蚀与气蚀等并创建基于水理化特征的纯水液压新设计理论与设计方法。纯水液压传动是现代液压研究领域的前沿方向之一。使得纯水液压传动技术在工业生产和其它领域有着十分广泛的应用前景，且对节约能源，保护环境，开发绿色液压产品及可持续发展，都具有重要的意义。2. 纯水液压传动的发展概况2.1 纯水液压传动的定义纯水液压传动

3、是以纯水（不含任何添加剂，包括淡水和海水）为工作介质，通过驱动装置将原动机的机械能转换为纯水的压力能，然后通过管道、液压控制装置及调节装置等，借助执行装置，将纯水的压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动的液压传动技术。纯水的分类如表1 所示。同时也是具有高度创新性的工业技术。分 类来 源污染物含量未处理的天然水自来水自来水处理厂污染物多天然淡水江河湖泊等污染物，多酸及溶解的颗粒海水海洋和内陆咸水湖污染物多，含盐度高处理过的天然水去矿物质水去Ca、Mg 的软水一些溶解的颗粒及钠盐去离子水去除所有正负离子的水微生物蒸馏水去除所有生物体和非生物颗粒的水纯净水2.2 纯水液压传动的发展概况 纯

4、水液压传动发源于十七世纪中叶帕斯卡提出的静压传动原理，在随后的一百多年里，液压传动都是以水作为工作介质，被称为水液压传动的时代。十八世纪末英国制造出了第一台水压机。但是由于早期技术水平和生产需求的不足，水液压传动技术一直没有得到广泛的应用和充分的发展。随着科学技术的不断发展，对传动技术提出了更高的要求，也就促进了液压传动技术的发展。特别是1906 年，用油压传动代替水压传动推动了液压技术的发展。在第二次世界大战期间及战后，由于军事及建设需求的刺激，液压技术得到了快速发展并日趋完善。 随着社会的发展，人们对赖以生存的环境提出了更高的要求，特别是安全、无污染。由于以油液作为工作介质的液压传动存在着

5、易燃易爆、污染环境等缺点，以水作为介质所具有的一系列特点正好满足了这一要求。因此，纯水液压传动就应用而生了，从而使现代液压进入了现代水压传动的研究和应用阶段。随着新材料的研究成功，精密加工技术的进步，及各种新结构液压元件的研制，使纯水液压传动技术在最近十多年内取得了长足进步2。目前，西方的一些国家在纯水液压传动的关键技术上已取得了突破性进展，部分技术已进入实用阶段。3. 纯水液压传动的特点3.1 纯水液压传动的主要优点纯水的物理化学与液压油的比较见表2 表2 纯水与液压油的理化性能比较性 能液 压 油纯 水密度（kg/m3）8509001000压缩系数(MPa)710-45.210-4热膨胀系

6、数(K-1)（6.36.8）10-31.810-3热导率(Wm-1K-1)0.120.150.6粘度(mm2/s)20500.50.1饱和蒸汽压(Pa)1.21041.010-3润滑性好差锈蚀性弱强抗燃性差好导电性弱强气味、毒性有味，有的有毒无味，无毒储存特性不便储存便于储存由上表可见，纯水液压传动与以油液为介质的液压传动相比，具有以下主要优点：（1）纯水价格低廉，资源丰富。特别是对大型液压系统来说，可以节省大量燃油，经济效益可观1；（2）阻燃性能好，安全性高，可在高温环境下工作，拓宽了液压系统的应用领域，特别是在高温明火场合更显示出其优越性；6（3）纯水压缩系数小，可以补偿一部分由于泄露增加

7、而造成的容积损失，使得控制系统的执行器精度更高；（4）环保性好，工作时的泄露不会产生污染，特别适合于食品、制药、制漆、木材加工、家具制造等行业；7（5）在水下作业时，可以省去回油管道、水箱等，使系统简化；（6）维修方便，工作介质中的杂质易处理。3.2 纯水液压传动的主要缺点（1）纯水粘度低，仅为液压油的1/401/508，能加大密封间隙中的流体流速，易对较软金属产生拉丝腐蚀，使泄露加剧，对于水压泵来说，可使其容积效率降低；（2）系统润滑性差。由于在纯水中润滑困难摩擦副的固体表面常处于直接接触状态很快便会受到磨损材料的磨损主要表现为四种形式粘着磨损磨粒磨损表面疲劳磨损和腐蚀磨损在边界润滑和混合润

8、滑状态下粘着磨损和磨粒磨损占主导地位表面疲劳磨损在滚动接触中明显可见水的腐蚀作用可在较低的接触应力下去除腐蚀的表面材料而新鲜表面更容易受到腐蚀这两个过程的相互作用就形成了腐蚀磨损对于绝大多数材料而言上述四种形式纯水产生的润滑密度只有矿物基油的1/31/20，摩擦副无法实现液体润滑，高压是极易造成相对运动表面的直接接触，使磨损加剧，泵的寿命缩短.（3）纯水具有较强的腐蚀性，容易使材料表面脆弱化，强烈的磨损会剥落受损的表面组织，加速表面磨损；且水中的微生物、PH 值及硬度也会对系统和元件产生影响；水是导电性较强的电解溶液能引起绝大多数老化使液压元件的材料受到破坏在实际应用中可选择不锈钢铝合金和铜合

9、金等材料来提高抗蚀性能但要注意防止缝隙腐蚀和点蚀在水中滴加金属材料的电化学腐蚀和大多数高分子材料的化学酸离子或碱离子是一种有效的途径.（4）纯水的饱和气化压力比矿物基液压油高千倍6。随着温度升高，气化压力上升很快。且随着压力的升高水中的杂质如氯化物等会使材料表面产生物理和化学反应，泵、阀等元件极易产生气蚀现象；（5）系统运行温度范围窄。纯水的工作温度为35，比矿物基液压油的-2090要窄得多；（6）水的密度比油大10%，弹性模量比油大50%，水中声速比油大10%，易产生冲击、振动及噪音8 。总的说来，纯水液压传动的优点远大于缺点。随着现代科学技术的发展和研究的深入，这些缺点一定能得到克服。4.

10、 纯水液压传动的研究内容针对纯水的物理和化学特性所带来的问题，纯水液压传动的研究内容主要包括：工作介质性能的分析、研究和改善；针对工作介质的特点，研究和开发新材料；基于新材料，进行水压元件的理论设计和开发；进行系统分析，包括传动技术和控制技术的研究。5. 纯水液压传动的应用一般认为，纯水液压传动的应用可分为4 个阶段：5第一阶段，主要是一些特殊领域，包括：喷雾、消防灭火、货物的装卸；原子反应堆的冷却；船舶、飞机的高压清洗；9第二阶段，主要是食品加工行业，包括：面包机、搅拌发酵机，及肉联加工厂的切割系统等；第三阶段，纯水液压传动的应用领域将扩展到工程机械及通用机械；第四阶段，主要应用于深海采矿。

11、如图27所示6. 结语 水的运动粘度特征使得纯水液压元件中摩擦副的润滑与密封更加困难为了保证较高的容积效率必须减小密封间隙提高加工精度.水的导电性使大多数材料引起腐蚀其中材质和热处理工艺对材料的耐蚀性能和腐蚀机理有重要的影响,气蚀容易导致振动噪声和材料的侵蚀在纯水液压泵中气蚀初生伴随着出口压力低频脉动. 纯水液压传动技术因其独特的优势，现已成为现代液压传动技术的前沿方向之一，是整个液压行业新的增长点。在目前能源和环境问题日益突出的情况下，进一步研究和开发利用纯水液压传动技术，对我国国民经济可持续发展具有重要的战略意义。参考文献1王益群，曹栋璞，郎静。纯水液压传动及其展望。机床与液压，2003，（1）。2曾令卓。清洁生产。ISO4000 与可持续发展。机床与液压，1999（4）：89。3StrikerS.Advances make tap water hydraulics,1996:2932.4陈奎生主编。液压与气压传动。武汉：武汉理工出版社，2001。5张军，刘家华，许贤良。纯水液压技术在液压缸系统中的应用展望。煤矿机械，2003，（7）。6G.Scheffels.Developments in water hydraulicsJ.HYDRAULICS&PENUMNTICS,1996,12.7唐向阳，郑华文，吴张永，袁子荣。纯水液压系统的现状与未来。液压与气动，2