למה לא ניתן להניע מנועים הידראוליים בעזרת מים?

המערכת ההידראולית אינה יכולה לפעול ללא רכיבים מרכזיים כגון משאבות הידראוליות, שסתומים הידראוליים, מנועים הידראוליים וצילינדרים הידראוליים. מישהו עלול לשאול: מכיוון שמים נמצאים בכל מקום וזולות, האם ניתן להשתמש במים ישירות במקום שמן הידראולי?

 

התשובה היא: תיאורטית, זה יכול לפעול, אך התוצאות אינן אידיאליות. זה דומה לניסיון לגרור משאית באופניים רגילים – אפשר להזיז אותה כמה פעמים, אך אין לצפות לביצועים טובים או לתקופת חיים ארוכה. בואו נבחן את הסיבות מחמישה היבטים שלהלן.

 

1. שיעור שמייה לא מספיק

עיקרון: שמן הידרוליק יוצר סרט שמן יציב על פני השטח המתכתי (שמן נוזל / שמן נוזל אלסטי), הופך מגע ישיר בין מתכות ל"שמן שמן" לחיצה, ומפחית מאוד גזמה וצורת חום. מים בקושי יוצרים סרט, ויכולת השמן הגבולית שלה היא קרוב לאפס.

 

סולם תקנה: קשישות דינמית של מים ב-20 ° ג ≈ 1 MPa · s; הוויסקוסות הדינמית של שמן הידרוליק ISO VG 32 ב-40 ° C הוא בערך 25-30 mPa · s (מתחלף מעט עם צפיפות). מים הם 20-30 פעמים רזים יותר מאשר שמן הידרוליק המשמש בדרך כלל.

 

תחומים נוטים לבעיות:

 

צלחת צד של משאבת התמרון/שחיטה על פני השטח של השיניים, נשיכה ודביקות;

 

פני הקרב בין קצה הלהב של משאבת הסליל והטבעת הקבועה מגרדים וכחולים;

 

פנימה של צליל חור של פופרת פופרת פופרת, פנימה של נעלי גלישה עם דיסק נוטה, חיכוך יבש;

 

החופש הקטן בין ליבת השסתום לגוף השסתום (בסדר כמה מיקרומטרים) עשוי להיות "מופרע" ולהתקע לאחר אובדן השמן.

 

 

 

דוגמה

 

הפעלת ניסיון של משאבה עם מוט דוחף זרימה נמוכה ב-25 MPa במים נקיים, ואפילו ללא עומס, עלולה לגרום לעליית טמפרטורה מהירה ולרעש חריג חזק תוך עשרות דקות עד שעות; בבדיקה התגלה שמשטח הנעל החליקיה היה מוקלף ופני הקצה של המוט הדוחף היו שחורים וכחלחלים.

 

אם משאבת הכנף תאבד אתフィילם השמן, תיווצר צווחת חדה ולחץ שלא יגיע לערך הנקוב לאחר הפעלה של כמה שעות. לאחר פירוק יופיעו 'חריצים' בולטים בקצות הכנפיים.

 

 

2. בעיות קורוזיה

עקרון: במים יש חמצן מומס ואלקטרוליטים, אשר גורמים לקורוזיה אלקטרוכימית; במקביל, הם יעודדו קורוזיה נקודתית וקורוזיה בפערים צרים. המים יכולים גם לגרום לחומרים נפוצים לשימוש בחיבורים/אלסטיים (כגון NBR, PU וכו') לספוג מים ולהתרחב, ובכך להאיץ את התהליך של ההזדקנות.

אזורים שנדירים לבעיות: קורוזיה נקודתית על פני השטח המתחבר של ליבת השסתום וגופו של השסתום → דבקות וזחילה; השכבה המצופה כרום על מוט הבוכנה של גליל השמן חלודה, ושפת האיטום מחודדת; קורוזיה על הפלטה הצדדית והדופן הפנימית של מעטפת משאבת ההילוכים → חלקיקים קשוחים שנכנסים למעגל; אלמנט החסימה (NBR/PU) סופג מים, מקטין את הקשיחות שלו, ומתרחשים בו שינויים בממדים, מה שגורם להגדלת הדליפות. לדוגמה: אם ציוד חיצוני לא מושך ונשף בזמן לאחר שהצטבל במים, הליבה של השסתום עלולה לפתח חלודה רדודה תוך שלושה עד חמישה ימים, המבוצעת בהתעכבת פעולת השסתום ורעודת ההפעלה. בחלק מהמכונות לייצור דפוסי פלסטיק מחברים בשגגה מים קירוריים למעגל ההידראולי, מה שגורם לנקודות חלודה על גופו של הצילינדר תוך כמה ימים, ולאחר מכן לשריטות על שפת החסימה עקב ניקור נקודתי, והגברה חדה בדליפת השמן.

 

 

3. סיכון לקוויטציה

עקרון: למים נקודת רתיחה נמוכה ולחץ אדים גבוה. ברגע שהלחץ המקומי בכניסה לפאמה נמוך מלחץ האדים של המים, הם יתאדו ויוצרים пузыרים; הפיצוץ המיידי שלהם באזור הלחץ הגבוה יוצר זרמי מיקרו וגלי הלם, שיוצרים קירות (נקודות קוויטציה) דומים לקליעת חול. סקאלת התייחסות: לחץ האדים של המים ב-60 ° °C הוא כ-20 קילו-パスקל, גבוה בהרבה מלחץ האדים של שמן הידראולי; לכן, הסיכוי לקוויטציה עולה תחת אותם תנאי ספיגה. אזורים שנדירים לבעיות: אזור קצה השיניים במשאבת גלגל שיניים – לוח הצד הכניסה, תאי הכניסה במשאבת להבים, חלון הספיגה בלוח ההתפלגות של משאבת מטאטא; אזורים מקומיים של לחץ נמוך בפתחי צמצום ובפינות חדות.

 

דוגמה

 

משאבה גירית של 30 ליטר/דקה, כאשר מופעלת במים במהירות סיבוב של 1500 דק"ש ובעזרת צינור ספיגה ארוך/אלמנט מסנן עדין, תיצור "צליל של נייר זכוכית/הומה". לאחר כמה ימים, הלוח הצדדי יפתח חורים קולקוליים ופירים בצורת סהר, והיעילות הנפחית תרד מ-90% ל-60–70%.

 

הפתח הקטן של השסתום מפחית את זרימת התווך המימי. בתנאי טמפרטורה גבוהה, נמצאים בדרך כלל פירים דמויי מחט על ליבת השסתום ועל המושב, מה שגורם לעלייה בדליפת פנימית וברעש.

 

4. עיקרון הצמיגות הלא מספקת: החסימה והשליטה בדליפה במערכות הידראוליות מסתמכות במידה רבה על הצמיגות של התווך. במילים פשוטות, הדליפה הלמינרית Qleak (Q_{\text{leak}}) בפער היא בקירוב פרופורציונלית ל-1/μ μ 1/μ μ (כשالגאומטריה וההפרש הלחצים קבועים). כאשר התווך משתנה מצמיגות של 30 מיליפאסקל·שניה · ל-1 מיליפאסקל·שניה · , הדליפה התיאורטית יכולה להתרחב פי עשרות.

 

5. עיקרון רגישות הטמפרטורה: כאשר המים קופאים ב-0° צלזיוס ° C, הנפח שלו מתרחב ב-9% בערך, מה שגורם לסתירות בחלקים ובטיפוסים דקיקי קיר; בטמפרטורות גבוהות, התאדות מתגברת ולחץ האדים עולה, מה שמוביל לתופעת הקוויטציה ול תנודות הלחצים בתדירות גבוהה יותר. שמן הידראולי מצויד במגביר ויסקוזיות כתלות בטמפרטורה ובנוגד חמצון, עם טווח טמפרטורות עבודה רחב.

השפעה באתר: טמפרטורות נמוכות: קיפאון → קריעת ספיגת המשאבה/הקליפה; ההשפעה משמעותית ברגע ההפעלה, וגורמת לשפת החסימה להתנתק; טמפרטורות גבוהות: תופעת הקוויטציה מתרחשת בתדירות גבוהה יותר, וכן קוויטציה בכניסה למשאבה; תנודות הלחץ והרעש עולות, מה שגורם לרוטט המרכיבים המבצעיים במהירות רבה.

 

 

דוגמה

 

הציוד החיצוני בצפון היה מתחת לאפס בלילה, והמים הנותרים במערכת הצינורות קפאו. למחרת, נראו סדקים עדינים בגוף משאבת הגלילים כאשר הופעלה;

 

באתר יציקת המתכת הרציפה בסביבה של 60–70°‏C ° ג', מעגל הבדיקה שמשתמש במים כחומר ביניים סובל לעיתים קרובות מרעש בקצה המשאבה ומנתב לחץ בטמפרטורות גבוהות. רק לאחר שחזרו לשימוש בגליקול אתיлен במים הוא כמעט השתבץ.

 

 

השלילה הישירה: ירידה משמעותית בכفاءת הנפחית (במיוחד בלחצים גבוהים); בניית לחץ איטית ועומס מתפתל; הדליפה הפנימית של ליבת השסתום גדלה, מה שגורם להבדל בלחץ הסטטי של המערכת ולקפאת חום. דוגמה: כאשר משתמשים במים כחומר ביניים, משאבת גלגל שיניים בעלת לחץ נומינלי של 20 MPa עדיין מסתובבת ללא עומס, אך אינה יכולה להעלות את הלחץ תחת עומס של 8–10 MPa; לאחר החלפת אותה משאבה בשמן VG46, היא יכולה להיות משוחזרת ל-18–20 MPa. רכיבים כגון שסתומים פרופורציונליים סרווו, אשר רגישים ביותר לריקים קטנים מאוד, סובלים מדליפת מיקום אפס חמורה ושינוי מיקום (דריפט) כאשר מחליפים אותם בחומר ביניים נמוך צמיגות, מה שמקשה על יציבות לולאת המיקום.

 

 

בהתאם לנקודות המבט שהצגתי, מנועים הידראוליים עדיין תואמים יותר לשמן הידראולי.

 

עם זאת, יש לציין שקיימים במערכת התעשייה נוזלים הידראוליים מבוססי מים (HFA‏/HFB‏/HFC, כגון גליקול אתילן-מימית), וכן מערכות משאבות‏/שסתומים‏/חיבורים וחומרים שתוכננו במיוחד עבורם (פלדת אל חלד‏/ציפוי ניקל, קרמיקה, EPDM‏/PTFE וכו'). עם זאת, זה שייך להנדסת מערכות متخصות, ולא מספיק פשוט להחליף את מערכת השמן הקיימת במים.