液壓系統的空氣污染與試驗分析

文章出處：威海戥同測試設備有限公司人氣：發表時間：2017-12-12

（威海戥同測試設備有限公司威海 264209）

摘要：本文簡要論述了空氣污染對液壓系統的危害，并通過試驗證明了減少液壓油中氣體溶

解度，能大幅度降低液壓泵出口和殼體回油溫度，大幅度提高液壓泵的效率。可成倍的延長液壓泵、元件及油液的使用壽命。并提出用氣體直接給液壓油箱增壓的方案是不可取的。

關鍵詞液壓系統空氣污染試驗研究

1 概述

液壓油的污染主要是指固體顆粒、水份和空氣的污染。據部隊統計，液壓系統故障占飛機故障總數的37.2%，而液壓系統的故障和失效有70%以上是因污染產生的，所以液壓油的污染已成為液壓技術發展的主要障礙；因此，近30年世界各發達國家無不投巨資加以研究，主要包括污染機理研究、污染物檢測手段、污染物凈化設備、產品污染耐受度的設計研究、各項污染控制標準的制定等。這些方面已使污染控制技術構成獨立的科學領域，至今已初見成效，取得高精密液壓附件在航空航天上的可靠應用，各種磨擦副長壽命工作，故障率明顯降低等技術成果。

但是，國內外關于污染控制的研究方向主要是針對固體顆粒和水的研究，在現行的標準中無論是NAS1638還是ISO4406都是對固體顆粒規定了等級標準，產品的污染控制等級也都是固體顆粒的等級，對含水量也只有在MIL—0—5606油和我國15號航空液壓油GJB1177—91中有出廠驗收定量的規定，使用中的控制水平尚未規定。而對空氣的污染卻沒有得到應有的重視，定量分析，尚未見報導。在固體顆粒污染已受到普遍重視的今天，如何控制空氣對液壓系統的影響也應當提到議程上來了，本文著重談空氣污染問題。

2 關于空氣污染

液壓油中溶解空氣是不可避免的，因無論是在生產過程和應用過程中都無法做到與空氣隔絕。液壓油中空氣溶解量是依壓力和溫度的不同而不同，在1個大氣壓條件下，礦物油飽和溶解度約為體積的9—10%，不同氣體在礦物油中的溶解度見表1。

氣體在四種礦物油中的溶解度（%）表1

氣體	溫度℃	油A	B	C	D	平均
氮氣	20	7.76	7.80	7.59	7.59	7.69
	40	7.90	7.95	7.78	7.78	7.85
	60	8.37	8.26	8.17	8.15	8.24
	80	8.35	8.44	8.47	8.57	8.46
氧氣	20	14.7	14.9	14.5	14.43	14.63
	40	14.4	14.3	13.9	14.1	14.18
	60	14.2	14.1	13.3	13.7	13.83
	80	13.3	13.8	13.3	13.8	13.55
空氣	20	9.56	9.39	9.13	9.14	9.31
	40	9.50	9.46	9.16	9.33	9.36
	60	9.62	9.45	9.51	9.41	9.50
	80	9.73	9.64	9.64	9.68	9.67

隨著壓力的增加，飽和溶解度是呈線性的增加（如圖1），同時又隨溫度的增加而不同程度的減小。

圖1 在礦物油中空氣的溶解度

正因如此，在系統中，不同位置壓力是不同的，溫度也是變化的，所以空氣在系統中有時溶解有時逸出，這種時隱時現的變化過程對系統有很大的危害，是系統中的頑癥。

3 空氣污染的危害

3﹒1 降低了液壓油的剛度當液壓油未摻混氣泡時，油的體積彈性系數約為1600MPa，而摻混氣泡后就大幅度下降，有時能到500MPa以下，引起系統響應遲緩。對飛機的低空大機動危害就十分嚴重。

3﹒2 增大系統峰值壓力當油中溶解空氣量太多時，在液壓泵工作中其吸油口處易分離出氣泡，大氣泡可產生氣塞，而小氣泡到高壓區又發生瞬時崩潰，產生較大的局部沖擊力和局部高溫，該局部沖擊力可在系統中產生很大的峰值壓力，這種周期性的峰值壓力也是附件疲勞破壞的主要因素。局部高溫可引起材料表面剝蝕和油溫的升高。同時加大了液壓泵的噪聲。

3.3 空氣引起系統溫升的試驗空氣對液壓油的危害從定性的角度，國內外文獻多有論述；而定量的特性，幾乎沒有實測的例子，在這方面的工作幾乎是個空白。為初步得到一些定量的數據，本公司于2003年9月做了一次空氣對液壓系統溫度影響試驗。

試驗方法：

a、用ZB—34M液壓泵的試驗臺，該試驗臺是用0.35MPa的氮氣給油箱直接增壓（以下稱開式增壓油箱），在工作轉速4000r/min下，測ZB—34M泵壓力—流量特性和液壓泵進口、出口和殼體回油的溫度。

b、用一個與空氣隔離的液壓油箱，以下稱閉式油箱，代替開式增壓油箱，并用GHP70凈油機將油箱和系統內油液中的空氣凈化到見不到氣泡為止，散熱條件不變，做與a項相同的試驗。

試驗結果：

a、在進口壓力相同的條件下，泵出口流量平均增加了1.526L/min，容積效率平均增加了4.4%。

b、在流量為0、50%、80%、100%不同狀態下，開式增壓油箱狀態和閉式油箱狀態液壓泵進口溫度、出口溫度和殼體回油溫度，見圖2、圖3和圖4。

圖2 泵進口油溫度

圖3 泵出口油溫度

圖4 泵殼體回油溫度

3﹒4 對試驗結果的初步分析

該對比試驗是在試驗臺散熱狀態相同的條件下進行的。測試設備為批生產狀態的測試儀表，精度不高，盡管如此，測試數據也足以說明一些現象。開式增壓油箱是以0.35MPa的氮氣直接在油面上增壓，氮氣的溶解量約占體積的27%以上，而閉式油箱沒有增壓，且將油箱和系統內的氣體用GHP70凈油機凈化30分鐘，溶氣量約為5%。兩種狀態的試驗結果出現很大差別。

3﹒4﹒1 平均溫度大幅度下降，見表2。

油泵進口、出口和回油口平均溫度對比表2

	泵進口溫度T₁（℃）	泵出口溫度T₂（℃）	泵殼體回油溫度T₃（℃）
開式增壓油箱狀態	40.1	51.5	64.5
閉式油箱狀態	38.5	42.3	49.3

開式油箱液壓泵出口比進口油溫平均增加了11.4℃，而閉式油箱卻只增加了3.8℃，說明閉式油箱的溫升只有開式油箱的33%；

開式油箱泵殼體回油口比泵進口油溫平均增加了24.4℃，而閉式油箱只增加了10.8℃，閉式油箱狀態泵回油溫升只相當開式油箱狀態的44%。

3﹒4﹒2 兩種油箱狀態，液壓泵效率估算：

在沒有測得輸入扭矩的條件下，將熱損耗與有用功之和看成是輸入總功率，計算如下：

液壓泵有用功率N₁=PQ/60；

泵出口溫升熱損耗N₂=Q·ΔT₂·C·ρ/60；

泵殼體回油溫升熱損耗N₃=q·ΔT₃·C·ρ/60；

式中 Q——泵出口流量，L/min；

P——泵出口壓力，MPa；

q——泵殼體回油流量，L/min；

ΔT₂——泵出口與進口溫差，℃；

ΔT₃——泵殼體回油口與進口溫差，℃；

ρ——油液密度，g/cm³；

C——油液的比熱容為2.05，J/（g·K）。

總功率 N=N₁+N₂+N₃

總效率 η=N₁/N；

式中 N——總輸入功率，KW；

N₁——有用功功率，KW；

N₂——泵出口熱損耗，KW；

N₃——泵殼體回油熱損耗，KW；

η——總效率。

計算結果見圖5

圖5 液壓泵總效率對比

取流量為50%、80%和100%三種狀態泵效率的平均值，開式增壓油箱（進口壓力0.155MPa）為44%，最大功率點的效率為48%，而用閉式油箱的平均效率為61%（進口壓力平均為－0.06MPa），最大功率點效率為79%。

注：試驗所用泵為舊泵。

4 結束語

試驗結果說明了油中溶氣量減少，除大幅度提高液壓泵效率以外，使液壓泵出口溫升平均降低了67%，泵殼體回油溫升平均降低了56%，必將使全系統溫度大幅度下降，見圖2。有資料介紹，油溫每降低8℃，液壓油的壽命可增長1倍，噪聲和動態峰值均大大減少，成倍的提高液壓泵和其他元件的使用壽命。正因如此，在MIL—H—87227中明確提出“切勿用氣體增壓式的油車油箱來維護飛機。油箱中的油液溶有大量的增壓氣體，在進行維護工作時，這些氣體將會有機會進入飛機系統。”我們航空系統內有許多試驗臺和加油車仍然用空氣直接增壓，這為系統帶來的危害是不能不關注的。

參考文獻

1 〔日〕竹中利夫浦田暎三著液壓流體力學科學出版社 1980

2 〔美〕液壓系統軍用規范 MIL—H—87227 1985

3 鄧起孝、戚昌滋著流體液壓系統現代設計方法中國建筑工業出版社 1985

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此文關鍵詞：凈油機,凈油機生產廠家,濾油機生產廠家