EN
Гідравлічна система не може функціонувати без таких ключових компонентів, як гідравлічні насоси, гідравлічні клапани, гідравлічні двигуни та гідравлічні циліндри. Хтось може запитати: оскільки вода є всюди й коштує недорого, чи можемо ми використовувати її безпосередньо замість гідравлічної оливи?
Відповідь така: теоретично це можливо, але наслідки будуть незадовільними. Це схоже на використання звичайного велосипеда для буксирування вантажівка — він зможе рухатися кілька разів, але не варто очікувати високої продуктивності чи тривалого терміну служби. Розглянемо причини з п’яти аспектів нижче.
1. Недостатнє змащення
Принцип: гідравлічне масло утворює стабільну масляну плівку на металевій поверхні (рідинне змащення / пружне рідинне змащення), перетворюючи безпосередній контакт між металами на зсув «масло–масло», що значно зменшує знос і виділення тепла. Вода практично не утворює плівки, а її здатність до граничного змащення наближається до нуля.
Орієнтовна шкала: динамічна в’язкість води при 20 ° C ≈ 1 МПа · °C; динамічна в’язкість гідравлічного масла ISO VG 32 при 40 ° °C становить приблизно 25–30 мПа· · с (з невеликими коливаннями залежно від густини). Вода в 20–30 разів тонша за звичайні гідравлічні оливи.
Зони, схильні до проблем:
Знос бічної плити й зубчастої поверхні шестеренчастого насоса, защемлення та заклинювання;
Подряпини та синюшність на поверхні тертя між кінцями лопатей пластинчастого насоса й нерухомим кільцем;
Сухе тертя на посадковій поверхні циліндрового отвору й поршневого штока аксіального поршневого насоса, а також на поверхні ковзання підп’ятника на нахилених дисках;
Мала зазорність між серцевиною клапана й корпусом клапана (у кілька мікрометрів) може після втрати змащення стати «розтрісканою» й заклинити.
Приклад
Проведіть пробний запуск плунжерного насоса з низькою подачею та робочим тиском 25 МПа на чистій воді: навіть без навантаження швидке підвищення температури та гучний аномальний шум можуть виникнути протягом десятків хвилин або годин; при огляді виявлено подряпини на поверхні ковзного башмака та чорно-сині сліди на торцевій поверхні плунжера.
Якщо лопатевий насос втратить масляну плівку, то через кілька годин роботи виникне різкий свист і тиск не досягне номінального значення. Після розбирання на кромках лопатей будуть помітні «борошки».
2. Проблеми корозії
Принцип: вода містить розчинений кисень та електроліти, що сприяє електрохімічній корозії; одночасно вона також прискорює утворення точкової та щілинної корозії. Вода також може викликати поглинання води й набухання типових ущільнювальних/еластичних матеріалів (наприклад, NBR, PU тощо), прискорюючи їх старіння.
Зони, схильні до проблем: точкова корозія на робочій поверхні з’єднання корпусу клапана та його серцевини → прилипання та повзання; хромований шар на поршневому штоку масляного циліндра корозійно ушкоджений, а ущільнювальна кромка заострена; корозія на бічній плиті та внутрішніх стінках корпусу шестеренного насоса → попадання абразивних частинок у циркуляційну систему; ущільнювальний елемент (NBR/PU) вбирає воду, втрачає твердість і зазнає змін розмірів, що призводить до зростання витоків масла. Приклад: якщо після занурення в воду зовнішнє обладнання не відводиться й не сушиться вчасно, то через три–п’ять днів на серцевині клапана може утворитися легка іржа, що проявляється уповільненою дією та поштовхами під час запуску. У деяких литтєвих машин охолоджувальну воду помилково підключають до гідравлічного контуру, що призводить до появи іржавих плям на гільзі циліндра вже через кілька днів, а потім — до подряпин на ущільнювальній кромці через точкову корозію й різкого зростання витоків масла.
3. Ризик кавітації
Принцип: вода має низьку температуру кипіння та високий тиск насиченої пари. Як тільки локальний тиск на вході насоса стає нижчим за тиск насиченої пари води, вона випаровується з утворенням бульбашок; ці бульбашки миттєво колапсують у зоні високого тиску, у результаті чого виникають мікрострумені та ударні хвилі, що утворюють ямки (плями кавітації), подібні до ефекту піскоструминної обробки. Орієнтовний масштаб: тиск насиченої пари води при 60 ° °C становить приблизно 20 кПа, що значно вище за тиск насиченої пари гідравлічної оливи; отже, за однакових умов всмоктування кавітація виникає ймовірніше. Зони, схильні до проблем: вершини зубців шестеренного насоса — зона входу бічної плити, вхідна камера лопатевого насоса, вхідне вікно розподільної плити поршневого насоса; локальні зони низького тиску біля дросельних отворів та гострих кутів.
Приклад
Зубчастий насос з подачею 30 л/хв при роботі на воді з обертами 1500 об/хв і за умов довгого всмоктувального трубопроводу або встановлення тонкого фільтруючого елемента створюватиме «шум, схожий на шурхання наждачного паперу / гудіння». Через кілька днів на бічній плиті з’являться мікропори та півмісяцеподібні впадини, а об’ємний ККД знизиться з 90 % до 60–70 %.
Мала площа відкриття клапана зменшує витрату водяного середовища. За високих температур на корпусі та сідлі клапана часто спостерігаються голкоподібні пітингові впадини, що призводить до зростання внутрішньої витічки та шуму.
4. Принцип недостатньої в’язкості: Ущільнення та контроль витічки в гідравлічних системах значною мірою залежать від в’язкості робочого середовища. Простими словами, ламінарна витічка Qleak (Q_ {\text{leak}}) у зазорі приблизно пропорційна 1/ μ 1/\mu μ (за умов постійної геометрії та перепаду тиску). При заміні робочого середовища з 30 мПа · ·с на 1 мПа · ·с теоретична витічка може збільшитися в десятки разів.
5. Принцип чутливості до температури: Коли вода замерзає при 0 ° C, його об’єм збільшується приблизно на 9 %, що призводить до утворення тріщин у тонкостінних деталях/трубопроводах; При високих температурах інтенсивність випаровування зростає, а тиск пари підвищується, що призводить до частішого кавітаційного ефекту та коливань тиску. Гідравлічне масло містить присадку для поліпшення в’язкості в залежності від температури та антиоксидант, що забезпечує широкий діапазон робочих температур.
Вплив на місці: низька температура — замерзання → тріщини на всмоктувальному патрубку/корпусі насоса; Вплив є значним у момент запуску, що призводить до «розриву» ущільнювального краю; висока температура — частіше виникнення кавітації та кавітація на вході насоса; зростання пульсації тиску та шуму, що викликає різкі коливання виконавчих компонентів.
Приклад
Зовнішнє обладнання на півночі протягом ночі перебувало при температурі нижче нуля, і залишкова вода в трубопроводі замерзла. Наступного дня після запуску на корпусі шестеренного насоса з’явилися тонкі тріщини;
На сайті безперервного лиття в металургії в умовах навколишньої температури 60–70 °C ° C, у випробувальному контурі, де як робоче середовище використовується вода, часто спостерігаються шуми на стороні напірного кінця насоса та падіння тиску при високих температурах. Лише після повернення до водно-етиленглікольової суміші робота контуру стала ледь стабільною.
Прямий наслідок: значне зниження об’ємного ККД (особливо помітне при високих тисках); повільне наростання тиску та «повзучість» навантаження; внутрішні витоки в серцевині клапана збільшуються, що призводить до розбіжності між статичним тиском у системі та підвищенню нагріву. Приклад: при використанні води як робочого середовища шестеренчастий насос із номінальним тиском 20 МПа ще може обертатися без навантаження, але не здатний створити тиск навіть при навантаженні 8–10 МПа; після заміни того самого насоса на мастило VG46 його робочий тиск відновлюється до 18–20 МПа. Компоненти, такі як сервопропорційні клапани, які надзвичайно чутливі до малих зазорів, при заміні робочого середовища на низьков’язке виявляють сильні витоки у нульовому положенні та зсув нульового положення, що ускладнює стабілізацію контуру регулювання положення.
З огляду на викладені мною погляди, гідравлічні двигуни досі краще сумісні з гідравлічним маслом.
Однак слід зазначити, що в промисловості існують водні гідравлічні рідини (HFA/HFB/HFC, наприклад, етиленглікольна водна суміш), а також насоси/клапани/уплотнення та матеріальні системи, спеціально розроблені для них (нержавіюча сталь/нікелювання, кераміка, EPDM/PTFE тощо). Проте це належить до спеціалізованої системної інженерії, і недостатньо просто замінити існуючу масляну систему водою.