如何发现和预防液压油气穴(C)1.doc

如何发现和预防液压油气穴
颜霞
黑龙江龙煤集团机械装备公司鹤岗分公司
内容摘要：本文阐述了液压油的气穴现象，及如何影响液压元件，如何发现和预防气穴现象。
关键词：气穴
前言：
油液气穴在液压系统中危害性是非常严重的。液压系统的某些用户认为气穴与空气混入是同意词，因为二者在液压系统中造成的损害是相同的。其实，空气混入和气穴是互不相干的两种现象，具有不同的起因和不同的消除方法。
1. 什么是空气混入
空气混入是一种状态，在这种状态下分离的气泡在油液进入泵时被裹挟到液流中。用肉眼观察通常能辨别起因。气泡可能是在裹挟着空气的回油从高处冲入邮箱时产生的，也可能是在通过漩涡效应吸入一大团空气时产生的，油面过低时油箱中就会出现这种漩涡效应。
有时一个有质量问题或安装不正确的油封，或者装配不正确管接头将会把空气放进管路的吸油侧（油液不会漏出）。当你怀疑吸油侧漏气时，用粘度较高的机油淹没这些点，通过使泵发出的噪声明显变化通常可以找到漏气的部位。一台吸空的泵发出好像含水漱口的声音。
2. 什么是气穴
气穴更复杂些。顾名思义，它涉及到液体中的“空穴”或“空心空间”这些空穴多半充满着空气，而在常温常压下这些空气是溶解在液体中的。透明玻璃试管中静止的不含可见气泡的石油基油液实际上含有9%左右的溶解空气。
在任何给定的温度下，空气在油液中的溶解度直接随着系统压力而变化（图1）。在标准大气压2.6Mpa下，油液将含有9%左右的溶解空气，通俗点说，空气被赶到油液中并呆在那里溶解了。直到压力降低或温度下降时才跑出来。如果大气压（2.6Mpa）降低到一半1.3Mpa），则在2.6Mpa下溶解的9%的空气将有一部分分离出来。油液将产生气泡。如果这种降压现象发生在泵的吸油口或滑阀的棱边处，该气泡就称为“气穴”。
图1 空气在油液中的溶解度。油面上空气的压力升高时溶解在油液中的空气量也增加。提高温度将进一步增加溶解空气量
除了空气之外，空穴中还可能有水蒸气。除非油液经过仔细的脱水处理，否则任何一桶新油都至少会含有百万分之几的水分。在承受温度变化的液压系统中使用过的油液一般含有百万分之几百的水分。水的蒸气压力要比矿物油的蒸汽压力高出几千倍。所以，在任何给定的真空条件下，水将蒸发并用蒸气充满空穴。
3. 气穴对液压系统的影响
气穴通常在液压系统中造成灾难性后果。
一个轴向柱塞泵的柱塞孔里将会发生金属剥蚀。泵吸油口压力只不过没有高到足以在柱塞于其吸油行程后退时使液体加速进入柱塞孔。液体中形成空穴，当这些空穴挨着柱塞孔壁溃灭时，猛烈的压力（瞬时可能达到4.5×104Mpa）从壁面上敲落或崩掉一点金属。
齿轮泵侧板显示的损坏可以通过设想在低压侧即吸油侧产生的空穴被带到高压侧既排油侧并被压破来加以解释（这些损坏也可能是空气混入造成的，像气穴造成的一样）。
在叶片泵中，发生气穴的明显迹象是叶片在其上滑动的定子表面起波纹。由于气穴，叶片变得不稳定，倾向于来回跳动而不是滑动。
4. 如何发现气穴和空气混入
怎样知道什么时候一个工作着的系统正在气穴呢？一种方法是在泵的进口侧装个真空压力表并确认该压力是否等于或远高于泵的额定工作压力。
没有真空表时发觉气穴的最好方法是听泵的声音。发生气穴的泵发出一种高声调的声响或者尖叫声。有时候难以把它与轴承噪声、联轴节噪声或者来自附近的机床的噪声区别开，不过凭经验是可以区别的。
通过整个系统的失效也可以发觉气穴和空气混入，例如：
由于泵吸油不满，泵的输出流量将要减小。这足以使液压缸或液压马达的动作减慢。
被气穴损坏了的控制阀，由于阀内有效通道变大，可能使动作加快和时间不准。
系统可能呈现“海绵式”动作，特别是在空气混入的情况下更是这样。采用伺服阀时，混入空气或发生气穴的油液将呈现出较大的压缩性，控制回路的刚度降低，系统的操作者很容易发现这种现象。
如何发现空气混入呢?只要观察油箱或液面指示器液面的气泡数量就可以了。最终目的是在邮箱里把空气从油中分离出来，以便空气不被吸进泵的进口。前面提到，要找出漏气点并采取措施排除它。
合理的邮箱结构对空气从油中分离是很重要的。油液在油箱中逗留的时间较长显然是有利的。泵的进口与系统回油离得越远越好，用隔板拉长二者之间的路程。设置筛网是很有必要的（图2）。图3表明网目及筛网角度的影响。最佳情况是30度60目。

图2 油箱结构在清除油液中的空气以避免空气混入之害方面起重要作用

图3 网目和筛网在油箱的角度
5. 如何预防气穴
虽然系统的其他部分也能发生气穴，但这里的讨论仅到泵。
为了防止气穴，要确保泵的进口有足够高的油液压力以便在泵油零件（柱塞、叶片、轮齿）退离吸油口时灌满空间。不同型号的泵，所要求的泵进口油液压力是不同的。制造工艺、几何形状、甚至一个突起都是确定最低压力（最高真空度）的因素。
进口压力的测量必须在泵的进口。最低油液压力值是以在海面工作的系统中使用石油基液压油为基础的。
对于泵来说，在海拔1524m处无论从邮箱到泵的压降多小，进口油液压力已经低于泵的额定值。但是取较大的安全系数会缓解这种情况。解决的办法是放慢泵转速，以便在降低了的进口压力下泵油零件不“脱离”油液。
除了过大的海拔高度和过高的泵转速外，可能造成泵进口真空度过高（压力不足）的其他因素包括当大气压把油液从油箱推入泵中时能够造成压降的任何因素，例如：
① 油箱或吸油管中的堵塞了滤油器。
② 管路中的弯头、接头或法兰。
③ 软管的扭结或硬管的凹坑。
④ 吸油管内壁的局部突起。
但是，吸油管本身也有压降，因此应确保它尽可能粗大、短、直。
当泵位置高于油箱页面时，可直接从可用油液压力中扣除吸上高度。如果不能把泵装在低于液面的位置，则应尽量保持高液面。
值得注意的是，仅把泵装得低于液面不一定不发生气穴。必须把液压油面加高381mm左右以得到25.4mm.Hg的压力，既必须把泵装在比液面低381mm的位置上以得到25.4mm.Hg的压力。
油液粘度也是确定进口真空度的一个因素。油液越粘，在给定流量下的压降就越大。
作者简介： 颜霞（1963— ），女，山东曲阜人，1986年辽宁煤炭工程学院毕业，工程师。现任龙煤集团机械装备公司鹤岗分公司主任工程师。

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