EN
Hidravlični sistem ne more obstajati brez jedrnih komponent, kot so hidravlične črpalke, hidravlični ventili, hidravlični motorji in hidravlični valji. Nekdo se lahko vpraša: Ker je voda povsod in poceni, ali jo lahko namesto hidravličnega olja neposredno uporabimo?
Odgovor je: teoretično bi deloval, vendar posledice niso zadovoljive. To je podobno kot pri uporabi običajnega kolesa za vleko tovornjaka – premakne se nekajkrat, a ne pričakujte dobre zmogljivosti ali dolge življenjske dobe. Razloge si oglejmo spodaj iz petih vidikov.
1. Nezadostna mazalna učinkovitost
Načelo: Hidravlično olje tvori stabilno oljno plast na kovinski površini (tekočinska podmazava / elastična tekočinska podmazava), s čimer se neposredni stik med kovinami spremeni v striženje »olja z oljem«, kar znatno zmanjša obrabo in nastajanje toplote. Voda skorajda ne tvori plasti, njena sposobnost mejnega podmaševanja pa je skoraj enaka nič.
Referenčna skala: Dinamična viskoznost vode pri 20 ° C ≈ 1 MPa · s; Dinamična viskoznost hidravličnega olja ISO VG 32 pri 40 ° °C znaša približno 25–30 mPa · s (z rahlimi razlikami glede na gostoto). Voda je 20–30-krat tanjša od običajno uporabljanih hidravličnih olj.
Območja, ki so nagnjena k težavam:
Izrabljanje in zagrizanje stranske plošče oz. zobne površine zobatega črpalka ter zlepljanje;
Drskalna površina med konico lopatic črpalke in stalnim obročem je poškodovana in modrikasta;
Površina med valjčkom in cilindričnim izvrtom pri batični črpalki ter drsna površina kliznega čevlja na poševni plošči sta izpostavljeni suhi trenji;
Majhen zraček med jedrom ventila in telesom ventila (v velikosti nekaj mikrometrov) se lahko po izgubi podmazave »razvije« in zlepi.
Primer
Preskusni zagon plunjske črpalke z nizko pretokovno zmogljivostjo pri tlaku 25 MPa s čisto vodo lahko že po desetih minutah do nekaj urah, celo brez obremenitve, povzroči hitro povečanje temperature in glasen nenormalen hrup; pri pregledu je bilo ugotovljeno, da je površina drsne čevlje poškodovana, na koncu plunjca pa so črne in modre sledi.
Če lopatna črpalka izgubi oljno plast, se po nekaj urah obratovanja pojavi oster svist in tlak ne doseže nazivne vrednosti. Po razstavitvi so na robovih lopatic očitne »žlebove«.
2. Težave s korozijo
Načelo: Voda vsebuje raztopljen kisik in elektrolite, zaradi česar je nagnjena k elektrokemijski koroziji; hkrati spodbuja točkasto in mešičasto korozijo. Voda lahko povzroči tudi, da se običajni tesnilni/elastični materiali (npr. NBR, PU itd.) absorbirajo vodo in se razširijo, kar pospešuje staranje.
Območja, ki so nagnjena k težavam: točkasta korozija na stični površini jedra in telesa ventila → lepljenje in plazenje; Hromirani sloj na batnem drogu oljnega cilindra je korodiran, ustna tesnila pa so zaostrene; Korozija na stranski plošči in notranji steni ohišja zobatega črpalka → abrazivne delce, ki vstopajo v kroženje; Tesnilni element (NBR/PU) absorbira vodo, zmanjša trdoto in spremeni dimenzije, kar povzroči povečano uhajanje. Primer: Če se zunanjih naprav po potopitvi v vodo ne izprazni in ne posuši pravočasno, se lahko jedro ventila že v treh do petih dneh pokrije z rahlo rjo, kar se kaže kot zakasnitev pri delovanju in tresenje ob zagonu. Nekatere strojne enote za litje pod tlakom napačno priključijo hladilno vodo na hidravlični krog, kar povzroči nastanek rjavih madežev na cevi cilindra že v nekaj dneh, nato pa zaradi pikaste korozije poškodbe na ustnih tesnil, ki povzročijo ostro povečanje uhajanja olja.
3. Tveganje kavitacije
Načelo: Voda ima nizko vrelišče in visok parni tlak. Ko lokalni tlak na vhodu črpalke pade pod parni tlak vode, se voda izpari v mehurčke; ti se takoj sesedejo v območju visokega tlaka, pri čemer nastanejo mikrocurki in udarni valovi, ki povzročijo vdolbine (mesta kavitacije), podobne tistim pri peskanju. Referenčna skala: parni tlak vode pri 60 ° °C znaša približno 20 kPa, kar je veliko več kot parni tlak hidravličnega olja; zato se pri enakih vhodnih pogojih kavitacija pojavi lažje. Območja, ki so nagnjena k težavam: vrhovi zob zobnega kolesa v zobni črpalki – vhodno območje bočne plošče, vhodna komora lopatne črpalke, sesalno okno razdelilne plošče plunžerske črpalke; lokalna območja nizkega tlaka pri zožitvah in ostrih voglih.
Primer
Zobni črpalki z izhodno prostornino 30 L/min, ki deluje z vodo pri 1500 vrtljajih na minuto in z dolgim sesalnim cevovodom/finim filtrom, nastane zvok kot pri brušenju s ščetko ali žvižganje. Po nekaj dneh se na stranski plošči pojavijo udarne jame in polmesastega oblika jame, volumetrična učinkovitost pa pade z 90 % na 60–70 %.
Majhen odprtinski presek ventila zmanjša pretok vodnega medija. Pri visokih temperaturah so na jedru in sedežu ventila pogosto opazne igelaste udarne jame, kar povzroča povečano notranjo uhajanje in hrup.
4. Načelo nedostatne viskoznosti: Tesnjenje in nadzor uhajanja v hidravličnih sistemih močno temeljita na viskoznosti medija. Preprosto povedano, laminarno uhajanje QleakQ_{\text{leak}} Qleak v reži je približno sorazmerno z 1/ μ 1/\mu1/ μ (ko sta geometrija in tlakova razlika konstantni). Ko se medij spremeni z 30 mPa · s na 1 mPa · s, se teoretično uhajanje lahko poveča več desetkrat.
5. Načelo občutljivosti na temperaturo: Ko se voda zamrzne pri 0 ° Pri 0 °C se njegova prostornina poveča za približno 9 %, kar povzroča razpoke v tankostenskih delih/ceveh; pri visokih temperaturah se izparevanje intenzivira in para tlak poveča, kar vodi do pogostejšega kavitacijskega pojava in nihanja tlaka. Hidravlično olje vsebuje dodatek za izboljšanje viskoznosti v odvisnosti od temperature in antioksidant ter ima širok delovni temperaturni razpon.
Vpliv na lokaciji: nizka temperatura: zamrzovanje → razpoke na sesalnem priključku črpalke/hiši črpalke; učinek je opazen ob zagonu, kar povzroči »raztrganje« tesnilne ustnice; visoka temperatura: pogosta kavitacija in kavitacija na sesalnem priključku črpalke; nihanja tlaka in hrup se povečata, kar povzroči hitra nihanja izvedbenih elementov.
Primer
Zunanja oprema na severu je ponoči padla pod ničlo, ostanka vode v cevovodu sta se zamrznila. Naslednji dan so se ob zagonu pojavile drobne razpoke na ohišju zobate črpalke;
Na lokaciji stalnega litja v metalurški industriji v okolju 60–70 °C ° C, preskusni krog, ki kot sredstvo uporablja vodo, pogosto izkazuje šum na koncu črpalke in padec tlaka pri visokih temperaturah. Šele po prehodu nazaj na vodo z etilenglikolom se je delovanje skoraj stabiliziralo.
Neposredna posledica: znatno zmanjšanje prostorninske učinkovitosti (še bolj izrazito pri višjih tlakih); počasno naraščanje tlaka in pohlepno obremenjevanje; notranji uhanki jedra ventila se povečajo, kar povzroča razliko v statičnem sistemskega tlaka in povečanje segrevanja. Primer: pri uporabi vode kot sredstva se zobata črpalka z nazivnim tlakom 20 MPa še vedno vrti brez obremenitve, vendar se tlaka ne da dvigniti pri obremenitvi 8–10 MPa; po zamenjavi iste črpalke z oljem VG46 se tlak lahko ponovno doseže 18–20 MPa. Komponente, kot so servo-proporcionalni ventili, ki so izjemno občutljivi na majhne zračne reže, pri zamenjavi z nizkoviskoznim sredstvom izkazujejo hude uhanke v ničelni legi in odmike, kar otežuje stabilizacijo zank položaja.
Na podlagi izloženih stališč so hidravlični motorji še vedno bolj združljivi z hidravličnim oljem.
Vendar je treba opozoriti, da v industriji obstajajo vodne hidravlične tekočine (HFA/HFB/HFC, npr. voda s etilenglikolom) ter črpalko/ventil/zatesnitveni in materialni sistemi, ki so posebej zasnovani za njih (nerjaveča jeklena/niklirana površina, keramika, EPDM/PTFE itd.). To pa spada v specializirano sistemsko inženirstvo in ni dovolj, da bi preprosto zamenjali obstoječi oljni sistem z vodnim.