ВЛИЯНИЕ РАСТВОРЁННОГО ВОЗДУХА НА РАБОТУ ГИДРОПРИВОДА

DISSOLVED AIR INFLUENCE ON WORKING PROCESS OF HYDRAULIC ENGINE

Ramazan Mirzamahammadov

postgraduate, Department of Machinery and Material Science, The Azerbaijan State Oil and Industry University,

Azerbaijan, Baku

АННОТАЦИЯ

Целью данной работы является исследование влияния растворённого воздуха в перекачиваемой жидкости на работу гидропривода путём литературного обзора предыдущих авторов совместно с расчётами. В данной статье анализировались такие явления, как аэрация, изменение физических свойств перекачиваемой среды, влияющий на слаженную работу насоса и гидравлического двигателя. В результате анализа было выявлено, что растворённый воздух меняет физические свойства перекачиваемой среды, что делает работу насоса и гидроцилиндра неслаженной.

ABSTRACT

The purpose of this work is to study the effect of dissolved air in the pumped liquid on the operation of the hydraulic engine by means of a literature review of previous authors with calculations. This article analyzed such phenomena as aeration, changes in the physical properties of the pumped medium, which affects the coordinated operation of the pump and hydraulic motor. As a result of the analysis, it was found that the dissolved air changes the physical properties of the pumped medium, which makes the operation of the pump and hydraulic cylinder uncoordinated.

Ключевые слова: растворённый воздух, гидропривод, гидравлический цилиндр, физические свойства перекачиваемой жидкости.

Keywords: dissolved air, hydraulic engine, hydraulic cylinder, physical properties of pumped liquid.

ВВЕДЕНИЕ

Плавная работа гидропривода зависит от надлежащей работы его элементов. Элементы гидропривода, играющие роль в передачи энергии, являются гидронасос, гидромотор и гидроцилиндр. Слаженная работа всех частей гидропривода обеспечивает его надежность в работе. Кроме конструктивных частей гидропривода, правильный подбор перекачиваемой жидкости играет немаловажную роль. Перед конструированием гидропривода проводят типовой расчет гидропривода, подбор насоса, гидроцилиндра, а также подбор рабочей жидкости. Рабочая жидкость является средой для передачи энергии от насоса к гидроцилиндру. Своевременный ответ гидроцилиндра на «сигнал» от насоса, при условии, что гидропривод пригоден для использования, обеспечивается только за счёт перекачиваемой среды.

В гидравлике, принято любую жидкость принимать сплошной и несжимающейся. В таком случае, теоретически, гидроцилиндр будет работать плавно, двигаясь без запаздывания и своевременно при работе насоса. В реальности, жидкость является сжимаемой, но сжимаемость жидкостей мало, поэтому ими пренебрегают.

Одной из проблем, с которыми сталкиваются гидроприводы и гидронасосы является воздух. Следует отметить, что воздух условно можно разделить на свободный воздух, увлечённый жидкостью воздух и растворенный. Растворенный воздух недостаточно хорошо изучен, и, именно такой тип воздуха является проблемным в гидроприводах и насосах.

В случае, если перекачиваемая жидкость содержит растворенный воздух, тогда, происходит неплавная работа элементов гидропривода, в частности, гидроцилиндра, который запаздывает в работе. Это происходит из-за того, что жидкость, из-за наличия растворенного воздуха в ней, становится сжимаемой, и тратится дополнительная энергия на сжимание жидкости насосом.

1. АНАЛИЗ АЭРАЦИИ В ГИДРОСИСТЕМЕ

В работе [1] анализируется эффект аэрации, как причина для возникновения центров, где образуются кавитации. Основной акцент внимания в этом заключалось в изменении физических свойств перекачиваемой жидкости при наличии воздуха в виде пузырей.

Эффективный модуль объёмной упругости жидкости изменяется при присутствии воздуха в гидросистеме следующим образом:

где B_ж – объёмный модуль упругости перекачиваемой жидкости, Па; B_в – объёмный модуль упругости воздуха, Па; α – доля воздуха в перекачиваемом объеме жидкости.

Обычно, значение объёмного модуля упругости воздуха равна B_в = 10⁵ Па. Примем значение объёмный модуль упругости авиационного масла марки АМГ-10 равным B_ж = 1,6·10⁹ Па.

Выведем из вышеуказанной формулы B_эфф и подставим значения:

Из полученного результата видно, что принятое в гидравлических расчетах объёмный модуль упругости отличается от фактического на 1,1 МПа при доле воздуха 9%.

Кроме объёмного модуля упругости, меняется и фактическая плотность газо-жидкостной смеси:

Здесь ρ_м – плотность перекачиваемого масла, кг/м³ (плотность АМГ-10 равна 810 кг/м³); ρ_в – плотность воздуха, кг/м³ (принимаем равным 1,2 кг/м³).

Как видно из последней формулы фактическая плотность перекачиваемой среды отличается от принятой (при пренебрежении сжимаемости жидкости).

Таким же образом и меняется вязкость перекачиваемой среды:

В данной формуле, μ_э – фактическая вязкость газо-жидкостной смеси, Ст; μ – вязкость масла АМГ-10 (принимаем μ = 0,22 Ст). Данная формула является эмпирически выявленным [1, с. 18-19].

В статье [2] также приведен результат влияния воздуха на изменение физических свойств перекачиваемой жидкости, где, даже 1% жидкости существенно уменьшает объёмный модуль упругости перекачиваемой среды.

2. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ РАСТВОРЁННОГО ВОЗДУХА

В статье [3] был продемонстрирован опыт, в котором исследовалось выход растворённого воздуха из перекачиваемой жидкости. Для проведения опыта использовался гидроцилиндр двойного действия, которая работала с жидкостью марки MIL-H-5606. Гидроцилиндр был оснащён приборами для измерения количества воздуха.

Опыт начинается с установления низкого давления в системе равная P = 0,2 МПа. В единой гидросистеме, совместно с гидроцилиндром, в работе учувствовал гидронасос и четырёхлинейный гидрораспределитель. Жидкость проходила через трубу очень малого диаметра (0,0032 дюймов).

Давление в гидроцилиндре периодически увеличивалась до 0,6 МПа, 14 МПа и 20 МПа. Регистрировалось количество жидкости, необходимое для достижения таких давлений. Далее, эффективный модуль упругости вычислялся для отдельных случаев. Оказалось, что доля воздуха в 0,17% стало причиной того, что действительный объёмный модуль упругости было меньше теоретической в два раза.

Рисунок 1. Зависимость доли растворённого воздуха в жидкости от давления

Для каждого указанного выше давлений, проводились 6 циклов, после каждого цикла – измеряли количество воздуха. При работе гидроцилиндра с 0,6 МПа, после трёх циклов работы поршня, количество воздуха в жидкости уменьшилось до 0,08%, а после шести циклов увеличилось до 2,6%. Из этого, сделали вывод, что воздух, выходя из раствора, скапливается в полости гидроцилиндра, и, в зависимости от давления и количества жидкости, может снова быть увлечённым жидкостью.

Результат эксперимента показан на графике выше (рисунок 1) [3].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной статье было проанализировано изменение в физических свойствах перекачиваемой среды, а также проведены расчёты влияния воздуха на изменение объёмного модуля упругости, плотности и вязкости рабочей жидкости. Кроме этого, был проиллюстрирован график изменения доли воздуха в рабочей жидкости в зависимости от давления. В результате анализа было выявлено, что растворённый воздух меняет физические свойства рабочей жидкости, делая работу гидропривода неслаженной.

Список литературы:

1. David del Campo Sud. Analysis of the Suction Chamber of External Gear Pumps and their influence on Cavitation and Volumetric Efficiency. The Polytechnic University of Catalonia. March 2012
2. Vincent G. Magorien. Effect of Air on Hydraulic Systems // Hydraulics and Pneumatics. October 1967 [Electronic resource]. URL: https://www.hydraulicspneumatics.com/technologies/hydraulic-fluids/article/21883212/effects-of-air-on-hydraulic-systems (дата обращения 20.05.2021)
3. Hydraulic and Pneumatics. [Electronic resource]. URL: https://www.hydraulicspneumatics.com/technologies/hydraulic-fluids/article/21883213/how-hydraulic-fluids-generate-air (дата обращения 20.05.2021)