контакты контакты
Каталог

Удаление воздуха из гидравлической жидкости

Наличие воздуха в жидкости может быть причиной множества проблем в гидравлической или смазочной системе,таких как : высокий уровень шума, плохая управляемость исполнительных устройств из-за высокого содержания воздуха и жидкости, повреждения вследствие кавитации, деградация жидкости.

Устройства для удаления пузырьков из гидравлической жидкости используются для механического удаления воздуха, но решая эту задачу они так же помогают уменьшить размер гидравлического бака и уменьшить общую стоимость системы (см. "Основные функции гидравлического бака"). В этой статье рассказывается о принципах работы и обслуживания устройств, которые могут быть установлены в гидравлическую систему для физического удаления пузырьков воздуха в ходе эксплуатации системы.

Процесс кавитации
Рисунок 1. Процесс кавитации

Кавитация возникает, когда давление, действующее на жидкость ниже давления насыщения растворенного в жидкости газа. В тот момент, когда пузырек, содержащийся в жидкости циркулирующей в системе попадает в область высокого давления (обычно гидравлический насос), он разрушается как это показано на рисунке выше. В зависимости от давления в гидравлическом насосе этот процесс может наносить серьезные повреждения и быть причиной высокочастотной вибрации, шума, термической деградации масла.

В гидравлическом баке пузырьки газа могут находиться в основном на поверхности в виде пены, но так же могут быть и в самой гидравлической жидкости как на рисунке ниже.

воздух в гидравлической жидкости
Рисунок 2. Воздух в гидравлической жидкости

Если пузырьки присутствуют в жидкости и гидравлическом баке, они могут быть засосаны насосом, где их объем сначала увеличится из-за снижения давления на линии всасывания, а затем снова уменьшится, когда они попадут в область высокого давления. Такое сжатие почти адиабатическое (пузырек нагревается, но не сильно повышает температуру окружающей жидкости) в результате чего высокие температуры локализуются на поверхности раздела газ-жидкость, что приводит к термическому повреждению масла и образованию нагара.

С точки зрения воздействия сложно провести различие между этими двумя процессами, поэтому в рамках данной статьи будем рассматривать их оба как единый процесс кавитации.

Существую различные причины попадания воздуха в систему, такие как :

  • Сопротивление всасыванию.
  • Падение давления при проходе жидкости через отверстия.
  • Падение давления при проходе жидкости через трубы и шланги.
  • Турбулентность от закрытия или открытия клапана.
  • Ударные волны, вызванные резким закрытием клапанов или резким прекращением работы насоса.
  • Падение давления из-за резкого открытия клапана.
  • Внешние усилия, воздействующее на шток гидроцилиндра.
  • Недостаточный объем жидкости для работы гидравлического насоса.

В системах смазки при подаче жидкости на шестерни или подшипники при прохождении через них пузырьки могут создавать эффект вспенивания. Обычно физические и химические эффекты, возникающие в результате такие процессов нежелательны, например увеличение шума системы, известное как эффект «водяного молота» как правило, сопровождается кавитацией.

Кроме того, кавитация может привести к усилению окисления масла. Если в пузырьке газа содержится воспламеняющееся вещество, оно может загореться из-за повышения температуры, которым сопровождается сжатие. Этот процесс продолжается наносекунды, но локальная температура может достигать 1100 ºC и выше. Этот процесс так же называют «микро-дизель» и он может приводить к окислению масла, а резкие перепады давления, сопровождающие его, приводят к квитанционной эрозии гидравлического насоса и других компонент. Помимо этих хорошо известных процессов, кавитация может привести к образованию промежуточных химических веществ, которые способны повлиять на вторичный окислительный и восстановительные процессы.

Другие проблемы гидравлических систем вызванные наличием пузырьков в гидравлической жидкости :

  • Повышение температуры масла.
  • Ухудшение качества масла.
  • Ухудшение смазывающих свойств (вследствие либо потери вязкости, либо образования нагара).
  • Пониженная теплопроводность.
  • Кавитация и эрозия.
  • Сильный шум.
  • Уменьшение коэффициента упругости (из-за наличия пузырьков в жидкости).
  • Уменьшение производительности насоса.
  • Низкие диэлектрические свойства.

Недавно компания «Opus System, Inc» разработала устройство для механического удаления пузырьков из гидравлической жидкости, которое получило оригинальное название «Bubble Eliminator», что с английского переводится как отделитель пузырьков

Принцип работы Bubble Eliminator
Рисунок 3. Принцип работы Bubble Eliminator

Как это работает. Устройство состоит из конусовидной трубки, имеющей круглое поперечное сечение, которая находится в цилиндрической камере самого устройства. Жидкость, содержащая пузырьки, попадает в устройство под прямым углом из входной трубки и создает закрученный поток, который циркулирует через проточный канал. Закрученный поток, ускорение которого по радиусу уменьшается, снижает давление жидкости вдоль центральной оси согласно закону Бернулли. К концу конусовидной трубки вихревой поток замедляется, давление восстанавливается, и жидкость движется на выход.

Значение центробежной силы зависит от расстояния, поэтому в вихревом потоке пузырьки движутся по направлению к центральной оси за счет разницы значений центробежной силы. Мелкие пузырьки создают воздушный столб, из закрученного потока, вращающегося в центре, где давление самое низкое. Затем пузырьки удаляются из устройства через клапан.

Удаление воздушных пузырьков
Рисунок 4. Удаление воздушных пузырьков.
А) Аэрированная жидкость В) Де-аэрированная жидкость.

Использование

Использование устройства на линии всасывания после гидравлического насоса, теоретически может удалить пузырьки из жидкости. Затем они поступают на устройство и удаляются из системы. Когда содержание растворенного в жидкости газа уменьшается, способность жидкости растворять газ увеличивается, поэтому она поглощает больше пузырьков, которые потом удаляются из нее посредством Bubble Eliminator.

Bubble Eliminator так же может быть подключен на линии слива, было продемонстрировано ,что он эффективно удалять пузырьки из гидравлических жидкостей, предотвращая кавитацию и поломки оборудования.

Выводы

Использование оборудования по удалению воздуха из гидравлической жидкости позволяет уменьшить объем гидравлического бака, и помимо этого дает следующий преимущества :
  • Уменьшение физических размеров и цены.
  • Уменьшает деградацию жидкости, тем самым продлевая ее срок использования.
  • Предотвращение кавитации и шума в насосе.
  • Уменьшение сжимаемости жидкости и улучшение динамических характеристик.
  • Упрощенная конструкция гидравлического бака без экранирующей перегородки.