EN
Hydraulický systém nemůže fungovat bez klíčových komponent, jako jsou hydraulická čerpadla, hydraulické ventily, hydraulické motory a hydraulické válce. Někdo se může zeptat: „Jelikož je voda všude a je levná, můžeme ji místo hydraulického oleje použít přímo?“
Odpověď zní: teoreticky by to šlo, avšak důsledky nejsou ideální. Je to jako použít běžné kolo k tažení nákladního vozu – pohne se několikrát, ale nečekejte výkon ani životnost. Důvody si podrobně rozebereme z následujících pěti hledisek.
1. Nedostatečné mazání
Princip: Hydraulický olej vytváří na kovovém povrchu stabilní olejovou vrstvu (tekuté mazání / elastohydrodynamické mazání), čímž se přímý kovový kontakt mění na smykový pohyb „olej-olej“, což výrazně snižuje opotřebení a tvorbu tepla. Voda téměř neschopna vytvořit takovou vrstvu a její schopnost hraničního mazání je téměř nulová.
Referenční stupnice: Dynamická viskozita vody při 20 ° C ≈ 1 MPa · °C; Dynamická viskozita hydraulického oleje ISO VG 32 při 40 ° °C činí přibližně 25–30 mPa · ·s (mírně se liší v závislosti na hustotě). Voda je 20 až 30krát řidší než běžně používané hydraulické oleje.
Oblasti náchylné k problémům:
Opotřebení boční desky a povrchu zubů ozubeného čerpadla, zaseknutí a lepení;
Poškození třeného povrchu mezi špičkou lopatky lamelového čerpadla a pevným kroužkem – poškrábání a modravé zabarvení;
Suché tření na styčné ploše mezi pístem a válcovou dutinou pístového čerpadla a na kluzné podrážce nakloněné desky;
Malá mezera mezi jádrem a tělesem ventilu (v řádu několika mikrometrů) se po ztrátě mazání může „rozvláknit“ a zaseknout.
Příklad
Zkuste provozovat pístovou čerpadlo s nízkým průtokem a tlakem 25 MPa čistou vodou; i bez zátěže může dojít k rychlému nárůstu teploty a hlasitému neobvyklému hluku během desítek minut až několika hodin; při prohlídce bylo zjištěno, že povrch kluzného kotoučku je poškrábaný a koncový povrch pístu má černé a modré stopy.
Pokud lopatkové čerpadlo ztratí olejovou vrstvu, může po několika hodinách provozu vydávat ostrý syčivý zvuk a nedosahovat jmenovitého tlaku. Po rozebrání budou na okrajích lopatek zřetelné „drážky“.
2. Problémy s korozí
Princip: Voda obsahuje rozpuštěný kyslík a elektrolyty, které snadno způsobují elektrochemickou korozí; zároveň podporuje bodovou a štěrbinovou korozí. Voda může také způsobit nasáknutí a následné zvětšení běžných těsnicích a elastických materiálů (např. NBR, PU atd.), čímž urychluje jejich stárnutí.
Oblasti náchylné k problémům: bodová korozí na styčné ploše jádra a těla ventilu → lepení a plazení; Chromová vrstva na pístní tyči olejového válce je korodována a těsnicí okraje jsou zaostřené; Koroze na boční desce a vnitřní stěně skříně ozubového čerpadla → vnikání abrazivních částic do oběhu; Těsnicí prvek (NBR/PU) absorbuje vodu, snižuje tvrdost a mění rozměry, což vede ke zvýšenému úniku oleje. Příklad: Pokud se venkovní zařízení po ponoření do vody nevyprázdní a neosuší včas, může se jádro ventilu za 3 až 5 dnů pokrýt povrchovou rží, projevující se zpožděnou reakcí a chvěním při startu. Některé vstřikovací stroje nesprávně připojují chladicí vodu k hydraulickému obvodu, čímž se během několika dnů na válcové komoře objeví rzi, následovaná rýhami na těsnicích okrajích způsobenými bodovou korozi a prudkým nárůstem úniku oleje.
3. Riziko kavitace
Princip: Voda má nízký bod varu a vysoký tlak nasycených par. Jakmile klesne místní tlak na vstupu čerpadla pod tlak nasycených par vody, začne se vypařovat za vzniku bublin; ty se následně okamžitě zhroutí v oblasti vysokého tlaku, čímž vznikají mikrotrysky a rázové vlny, které vytvářejí jamky (místa kavitace) podobně jako při pískování. Referenční hodnota: Tlak nasycených par vody při 60 ° °C je přibližně 20 kPa, což je mnohem vyšší než tlak nasycených par hydraulického oleje; kavitace se proto za stejných sacích podmínek vyskytuje pravděpodobněji. Oblasti náchylné k problémům: vrchol zubů ozubeného čerpadla – oblast vstupu boční desky, vstupní komora lopatkového čerpadla, sací okno rozdělovací desky pístového čerpadla; místní oblasti nízkého tlaku u škrcících otvorů a ostrých rohů.
Příklad
Zubová čerpadla s výkonem 30 l/min při provozu se vodou při otáčkách 1500 min⁻¹ a při použití dlouhého sacího potrubí/velmi jemného filtračního prvku vyvolávají zvuk podobný „pískovému papíru“ nebo bzučení. Po několika dnech se na boční desce objeví pórůvání a půlměsícovité jamky a objemová účinnost klesne z 90 % na 60–70 %.
Malý průtokový průřez ventilu snižuje průtok vodního prostředí. Za vysokých teplot se na jádru a sedle ventilu často vyskytují jehlovité jamky způsobené pórůváním, což vede ke zvýšenému vnitřnímu úniku a hluku.
4. Princip nedostatečné viskozity: Těsnění a regulace úniku v hydraulických systémech silně závisí na viskozitě prostředí. Jednoduše řečeno, laminární únik Qₗₑₐₖ je v mezeře přibližně úměrný 1/μ μ 1/μ μ (pokud jsou geometrie a tlakový rozdíl konstantní). Při změně prostředí z 30 mPa·s · na 1 mPa·s · se teoretický únik může zvýšit několikrát až desetinásobně.
5. Princip citlivosti na teplotu: Když voda zamrzne při 0 °C ° C se jeho objem zvětší přibližně o 9 %, což způsobuje praskání tenkostěnných dílů/rozvodů; Při vysokých teplotách se intenzifikuje vypařování a roste tlak nasycených par, což vede k častějšímu vzniku kavitace a tlakovým kolísáním. Hydraulický olej je vybaven přísadou zlepšující viskozitně-teplotní vlastnosti a antioxidantem, má široký provozní teplotní rozsah.
Dopad na místě: nízká teplota: zamrzání → praskání sacího hrdla čerpadla/pouzdra čerpadla; Dopad je výrazný v okamžiku startu a způsobuje „roztržení“ těsnicího okraje; Vysoká teplota: častá kavitační jev a kavitační jev na sací straně čerpadla; Zvyšují se tlakové pulsace a hluk, což způsobuje rychlé kolísání pracovních členů.
Příklad
Venkovní zařízení na severu bylo přes noc pod bodem mrazu, zbytková voda v potrubí zamrzla. Následujícího dne se při spuštění objevily jemné trhliny na pouzdru ozubového čerpadla;
Na metallurgickém pracovišti pro spojitou lití v prostředí 60–70 °C ° C, zkušební obvod používající vodu jako prostředek často vykazuje hluk na výstupu čerpadla a pokles tlaku při vysokých teplotách. Stabilizace se podařila až po návratu k vodě s ethylenglykolem.
Přímý důsledek: výrazný pokles objemové účinnosti (je výraznější při vyšších tlacích); pomalé budování tlaku a plíživé zatěžování; vnitřní úniky u jádra ventilu se zvyšují, což způsobuje rozdíl v statickém tlaku systému a zvýšení ohřevu. Příklad: při použití vody jako pracovního prostředí se ozubené čerpadlo s jmenovitým tlakem 20 MPa stále otáčí i bez zátěže, avšak při zátěži 8–10 MPa není schopno dosáhnout požadovaného tlaku; po výměně za olej VG46 lze opět dosáhnout tlaku 18–20 MPa. Komponenty, jako jsou servoproporcionální ventily, které jsou extrémně citlivé na malé vůle, při výměně za nízkoviskózní prostředí vykazují výrazné úniky v nulové poloze a posun nulové polohy, čímž se stává obtížné stabilizovat smyčku polohy.
Na základě výše uvedených názorů jsou hydraulické motory stále lépe kompatibilní s hydraulickým olejem.
Je však třeba poznamenat, že v průmyslu existují vodní hydraulické kapaliny (HFA/HFB/HFC, např. voda s ethylenglykolem) stejně jako čerpadla/ventily/těsnění a materiálové systémy speciálně pro ně navržené (nerezová ocel/niklování, keramika, EPDM/PTFE atd.). Toto však spadá do specializovaného systémového inženýrství a nestačí prostě nahradit stávající olejový systém vodou.