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液压系统的空气污染与试验分析
文章出处：威海戥同测试设备有限公司 人气：发表时间：2017-12-12
（威海戥同测试设备有限公司 威海 264209）
摘要：本文简要论述了空气污染对液压系统的危害，并通过试验证明了减少液压油中气体溶
解度，能大幅度降低液压泵出口和壳体回油温度，大幅度提高液压泵的效率。可成倍的延长液压泵、元件及油液的使用寿命。并提出用气体直接给液压油箱增压的方案是不可取的。
关键词 液压系统 空气污染 试验 研究
1 概述
液压油的污染主要是指固体颗粒、水份和空气的污染。据部队统计，液压系统故障占飞机故障总数的37.2%，而液压系统的故障和失效有70%以上是因污染产生的，所以液压油的污染已成为液压技术发展的主要障碍；因此，近30年世界各发达国家无不投巨资加以研究，主要包括污染机理研究、污染物检测手段、污染物净化设备、产品污染耐受度的设计研究、各项污染控制标准的制定等。这些方面已使污染控制技术构成独立的科学领域，至今已初见成效，取得高精密液压附件在航空航天上的可靠应用，各种磨擦副长寿命工作，故障率明显降低等技术成果。
但是，国内外关于污染控制的研究方向主要是针对固体颗粒和水的研究，在现行的标准中无论是NAS1638还是ISO4406都是对固体颗粒规定了等级标准，产品的污染控制等级也都是固体颗粒的等级，对含水量也只有在MIL—0—5606油和我国15号航空液压油GJB1177—91中有出厂验收定量的规定，使用中的控制水平尚未规定。而对空气的污染却没有得到应有的重视，定量分析，尚未见报导。在固体颗粒污染已受到普遍重视的今天，如何控制空气对液压系统的影响也应当提到议程上来了，本文着重谈空气污染问题。
2 关于空气污染
液压油中溶解空气是不可避免的，因无论是在生产过程和应用过程中都无法做到与空气隔绝。液压油中空气溶解量是依压力和温度的不同而不同，在1个大气压条件下，矿物油饱和溶解度约为体积的9—10%，不同气体在矿物油中的溶解度见表1。
气体在四种矿物油中的溶解度（%） 表1
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气体
|
温度℃
|
油A
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B
|
C
|
D
|
平均
|
|
氮 气
|
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 气
|
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 气
|
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
|
随着压力的增加，饱和溶解度是呈线性的增加（如图1），同时又随温度的增加而不同程度的减小。
图1 在矿物油中空气的溶解度
正因如此，在系统中，不同位置压力是不同的，温度也是变化的，所以空气在系统中有时溶解有时逸出，这种时隐时现的变化过程对系统有很大的危害，是系统中的顽症。
3 空气污染的危害
3﹒1 降低了液压油的刚度 当液压油未掺混气泡时，油的体积弹性系数约为1600MPa，而掺混气泡后就大幅度下降，有时能到500MPa以下，引起系统响应迟缓。对飞机的低空大机动危害就十分严重。
3﹒2 增大系统峰值压力 当油中溶解空气量太多时，在液压泵工作中其吸油口处易分离出气泡，大气泡可产生气塞，而小气泡到高压区又发生瞬时崩溃，产生较大的局部冲击力和局部高温，该局部冲击力可在系统中产生很大的峰值压力，这种周期性的峰值压力也是附件疲劳破坏的主要因素。局部高温可引起材料表面剥蚀和油温的升高。同时加大了液压泵的噪声。
3.3 空气引起系统温升的试验 空气对液压油的危害从定性的角度，国内外文献多有论述；而定量的特性，几乎没有实测的例子，在这方面的工作几乎是个空白。为初步得到一些定量的数据，本公司于2003年9月做了一次空气对液压系统温度影响试验。
试验方法：
a、用ZB—34M液压泵的试验台，该试验台是用0.35MPa的氮气给油箱直接增压（以下称开式增压油箱），在工作转速4000r/min下，测ZB—34M泵压力—流量特性和液压泵进口、出口和壳体回油的温度。
b、用一个与空气隔离的液压油箱，以下称闭式油箱，代替开式增压油箱，并用GHP70净油机将油箱和系统内油液中的空气净化到见不到气泡为止，散热条件不变，做与a项相同的试验。
试验结果：
a、在进口压力相同的条件下，泵出口流量平均增加了1.526L/min，容积效率平均增加了4.4%。
b、在流量为0、50%、80%、100%不同状态下，开式增压油箱状态和闭式油箱状态液压泵进口温度、出口温度和壳体回油温度，见图2、图3和图4。
图2 泵进口油温度
图3 泵出口油温度
图4 泵壳体回油温度
3﹒4 对试验结果的初步分析
该对比试验是在试验台散热状态相同的条件下进行的。测试设备为批生产状态的测试仪表，精度不高，尽管如此，测试数据也足以说明一些现象。开式增压油箱是以0.35MPa的氮气直接在油面上增压，氮气的溶解量约占体积的27%以上，而闭式油箱没有增压，且将油箱和系统内的气体用GHP70净油机净化30分钟，溶气量约为5%。两种状态的试验结果出现很大差别。
3﹒4﹒1 平均温度大幅度下降，见表2。
油泵进口、出口和回油口平均温度对比 表2
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泵进口温度T1（℃）
|
泵出口温度T2（℃）
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泵壳体回油温度T3（℃）
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开式增压油箱状态
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40.1
|
51.5
|
64.5
|
|
闭式油箱状态
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38.5
|
42.3
|
49.3
|
开式油箱液压泵出口比进口油温平均增加了11.4℃，而闭式油箱却只增加了3.8℃，说明闭式油箱的温升只有开式油箱的33%；
开式油箱泵壳体回油口比泵进口油温平均增加了24.4℃，而闭式油箱只增加了10.8℃，闭式油箱状态泵回油温升只相当开式油箱状态的44%。
3﹒4﹒2 两种油箱状态，液压泵效率估算：
在没有测得输入扭矩的条件下，将热损耗与有用功之和看成是输入总功率，计算如下：
液压泵有用功率N1=PQ/60；
泵出口温升热损耗N2=Q·ΔT2·C·ρ/60；
泵壳体回油温升热损耗N3=q·ΔT3·C·ρ/60；
式中 Q——泵出口流量，L/min；
P——泵出口压力，MPa；
q——泵壳体回油流量，L/min；
ΔT2——泵出口与进口温差，℃；
ΔT3——泵壳体回油口与进口温差，℃；
ρ——油液密度，g/cm3；
C——油液的比热容为2.05，J/（g·K）。
总功率 N=N1+N2+N3
总效率 η=N1/N；
式中 N——总输入功率，KW；
N1——有用功功率，KW；
N2——泵出口热损耗，KW；
N3——泵壳体回油热损耗，KW；
η——总效率。
计算结果见图5
图5 液压泵总效率对比
取流量为50%、80%和100%三种状态泵效率的平均值，开式增压油箱（进口压力0.155MPa）为44%，最大功率点的效率为48%，而用闭式油箱的平均效率为61%（进口压力平均为－0.06MPa），最大功率点效率为79%。
注：试验所用泵为旧泵。
4 结束语
试验结果说明了油中溶气量减少，除大幅度提高液压泵效率以外，使液压泵出口温升平均降低了67%，泵壳体回油温升平均降低了56%，必将使全系统温度大幅度下降，见图2。有资料介绍，油温每降低8℃，液压油的寿命可增长1倍，噪声和动态峰值均大大减少，成倍的提高液压泵和其他元件的使用寿命。正因如此，在MIL—H—87227中明确提出“切勿用气体增压式的油车油箱来维护飞机。油箱中的油液溶有大量的增压气体，在进行维护工作时，这些气体将会有机会进入飞机系统。”我们航空系统内有许多试验台和加油车仍然用空气直接增压，这为系统带来的危害是不能不关注的。
参考文献
1 〔日〕竹中利夫 浦田暎三著 液压流体力学 科学出版社 1980
2 〔美〕液压系统军用规范 MIL—H—87227 1985
3 邓起孝、戚昌滋著 流体液压系统现代设计方法 中国建筑工业出版社 1985
此文关键词：净油机,净油机生产厂家,滤油机生产厂家
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