EN
Hệ thống thủy lực không thể thiếu các thành phần cốt lõi như bơm thủy lực, van thủy lực, động cơ thủy lực và xilanh thủy lực. Một số người có thể đặt câu hỏi: Vì nước có mặt ở khắp nơi và chi phí thấp, liệu chúng ta có thể sử dụng trực tiếp nước thay cho dầu thủy lực hay không?
Câu trả lời là: về mặt lý thuyết, hệ thống có thể vận hành được, nhưng hậu quả sẽ không khả quan. Điều này tương tự như việc dùng một chiếc xe đạp thông thường để kéo một chiếc xe tải — xe có thể di chuyển được vài lần, nhưng đừng kỳ vọng vào hiệu suất hay tuổi thọ. Hãy cùng xem xét nguyên nhân từ năm khía cạnh dưới đây.
1. Bôi trơn không đủ
Nguyên lý: Dầu thủy lực tạo thành một màng dầu ổn định trên bề mặt kim loại (bôi trơn chất lỏng / bôi trơn chất lỏng đàn hồi), biến sự tiếp xúc trực tiếp giữa các bề mặt kim loại thành hiện tượng cắt trượt giữa "dầu-dầu", từ đó giảm đáng kể mài mòn và sinh nhiệt. Nước gần như không thể hình thành màng bôi trơn, và khả năng bôi trơn ở chế độ ranh giới của nó gần bằng không.
Thang đo tham chiếu: Độ nhớt động học của nước ở 20 ° C ≈ 1 MPa · s; Độ nhớt động học của dầu thủy lực ISO VG 32 ở 40 ° °C vào khoảng 25–30 mPa · s (có sự chênh lệch nhẹ tùy theo mật độ). Nước loãng hơn khoảng 20–30 lần so với dầu thủy lực thông dụng.
Các khu vực dễ phát sinh sự cố:
Mài mòn, kẹt và dính trên tấm bên/bề mặt răng của bơm bánh răng;
Bề mặt ma sát giữa đầu cánh gạt của bơm cánh gạt và vòng cố định bị xước và ngả màu xanh lam;
Bề mặt ghép nối giữa xi-lanh con trượt và piston của bơm piston, cũng như bề mặt giày trượt trên đĩa nghiêng của bơm piston bị ma sát khô;
Khe hở nhỏ giữa lõi van và thân van (cỡ vài micromet) có thể bị "sờn" và kẹt sau khi mất khả năng bôi trơn.
Ví dụ
Chạy thử một máy bơm pít-tông lưu lượng thấp áp suất 25 MPa bằng nước sạch; ngay cả khi không tải, nhiệt độ có thể tăng nhanh và phát ra tiếng ồn bất thường lớn trong vòng vài chục phút đến vài giờ; Khi kiểm tra, phát hiện bề mặt giày trượt bị xước và bề mặt đầu pít-tông xuất hiện vệt đen và xanh lam.
Nếu bơm cánh gạt mất lớp màng dầu, sau vài giờ vận hành, bơm sẽ phát ra tiếng rít sắc và áp suất không đạt giá trị định mức; Sau khi tháo rời, các cạnh của cánh gạt sẽ xuất hiện rõ ràng các "rãnh".
2. Vấn đề ăn mòn
Nguyên lý: Nước chứa oxy hòa tan và các chất điện ly, dễ gây ra ăn mòn điện hóa; Đồng thời, nước còn thúc đẩy hiện tượng ăn mòn điểm (pitting) và ăn mòn khe hở (crevice corrosion). Ngoài ra, nước cũng có thể khiến các vật liệu làm kín/thun giãn thông dụng (như NBR, PU, v.v.) hấp thụ nước và phình lên, làm gia tốc quá trình lão hóa.
Các khu vực dễ gặp sự cố: ăn mòn điểm trên bề mặt tiếp xúc giữa lõi van và thân van → dính và bò; Lớp mạ crôm trên thanh piston của xi-lanh dầu bị ăn mòn, và mép gioăng làm kín bị sắc cạnh; Ăn mòn trên tấm bên và thành trong của vỏ bơm bánh răng → các hạt mài mòn xâm nhập vào hệ thống tuần hoàn; Bộ phận làm kín (NBR/PU) hấp thụ nước, giảm độ cứng và thay đổi kích thước, dẫn đến rò rỉ tăng lên. Ví dụ: Nếu thiết bị ngoài trời không được xả nước và sấy khô kịp thời sau khi ngập nước, lõi van có thể xuất hiện gỉ nhẹ trong vòng ba đến năm ngày, biểu hiện bằng hiện tượng phản ứng chậm và rung giật khi khởi động. Một số máy ép phun nhầm nối nước làm mát vào mạch thủy lực, gây ra các đốm gỉ trên thân xi-lanh trong vài ngày, sau đó là các vết trầy xước trên mép gioăng làm kín do ăn mòn điểm (pitting corrosion), kèm theo sự gia tăng mạnh lượng dầu rò rỉ.
3. Nguy cơ xâm thực
Nguyên lý: Nước có điểm sôi thấp và áp suất hơi cao. Khi áp suất cục bộ tại cửa vào bơm thấp hơn áp suất hơi của nước, nước sẽ hóa hơi thành các bọt khí; những bọt khí này ngay lập tức bị xẹp trong vùng áp suất cao, tạo ra các tia vi mô và sóng xung kích, hình thành các vết lõm (vết xói mòn do hiện tượng xâm thực) tương tự như phun cát. Thang đo tham khảo: Áp suất hơi của nước ở 60 ° °C khoảng 20 kPa, cao hơn nhiều so với áp suất hơi của dầu thủy lực; do đó, hiện tượng xâm thực dễ xảy ra hơn trong cùng điều kiện hút. Các khu vực dễ gặp sự cố: vùng đỉnh răng bơm bánh răng – vùng cửa vào của tấm bên, buồng cửa vào của bơm cánh gạt, cửa hút trên tấm phân phối của bơm pít-tông; các vùng áp suất cục bộ thấp tại các cổng tiết lưu và các góc sắc.
Ví dụ
Một bơm bánh răng có lưu lượng 30 L/phút, khi vận hành bằng nước ở tốc độ 1500 vòng/phút và với đường ống hút dài/bộ lọc có lõi lọc mịn, sẽ phát ra tiếng "giống như giấy nhám / vo ve". Sau vài ngày, tấm bên sẽ xuất hiện các vết rỗ và các hố hình lưỡi liềm, đồng thời hiệu suất thể tích sẽ giảm từ 90% xuống còn 60–70%.
Khe hở nhỏ của van làm giảm lưu lượng môi chất nước. Trong điều kiện nhiệt độ cao, các vết rỗ dạng kim thường xuất hiện trên lõi van và ghế van, dẫn đến rò rỉ trong tăng và tiếng ồn gia tăng.
4. Nguyên lý độ nhớt không đủ: Việc bịt kín và kiểm soát rò rỉ trong hệ thống thủy lực phụ thuộc mạnh vào độ nhớt của môi chất. Nói một cách đơn giản, lưu lượng rò rỉ tầng Qleak (Q_{\text{leak}}) trong khe hở xấp xỉ tỷ lệ thuận với 1/\mu μ 1/\mu μ (khi hình học và chênh lệch áp suất được giữ cố định). Khi thay đổi môi chất từ 30 mPa·s · sang 1 mPa·s · , lưu lượng rò rỉ lý thuyết có thể tăng lên hàng chục lần.
5. Nguyên lý độ nhạy với nhiệt độ: Khi nước đóng băng ở 0°C ° C, thể tích của nó giãn nở khoảng 9%, gây nứt các chi tiết/ống dẫn thành mỏng; Ở nhiệt độ cao, tốc độ bay hơi tăng mạnh và áp suất hơi tăng lên, dẫn đến hiện tượng xâm thực xảy ra thường xuyên hơn cũng như dao động áp suất gia tăng. Dầu thủy lực được bổ sung chất cải thiện độ nhớt theo nhiệt độ và chất chống oxy hóa, có dải nhiệt độ làm việc rộng.
Tác động tại hiện trường: nhiệt độ thấp: đóng băng → nứt phần hút/bao bọc của bơm; Tác động đặc biệt nghiêm trọng vào thời điểm khởi động, khiến mép gioăng bị "bật mở"; Nhiệt độ cao: xâm thực thường xuyên và xâm thực tại cửa hút bơm; Dao động áp suất và tiếng ồn tăng lên, khiến các cơ cấu chấp hành dao động nhanh và mạnh.
Ví dụ
Thiết bị ngoài trời ở miền Bắc xuống dưới 0°C về đêm, nước còn sót lại trong đường ống bị đóng băng. Ngày hôm sau, các vết nứt nhỏ xuất hiện trên thân bơm bánh răng khi khởi động;
Tại hiện trường đúc liên tục luyện kim trong môi trường 60–70°C ° C, mạch thử nghiệm sử dụng nước làm môi chất thường gặp tiếng ồn ở đầu bơm và sụt áp ở nhiệt độ cao. Chỉ sau khi chuyển trở lại dùng hỗn hợp nước–ethylene glycol, mạch mới gần như ổn định.
Hệ quả trực tiếp: hiệu suất thể tích giảm đáng kể (đặc biệt rõ rệt hơn ở áp suất cao); quá trình tăng áp diễn ra chậm và tải tăng dần một cách ì ạch; rò rỉ bên trong lõi van gia tăng, gây ra sự chênh lệch áp suất tĩnh của hệ thống và làm tăng nhiệt độ. Ví dụ: Khi sử dụng nước làm môi chất, một bơm bánh răng có áp suất định mức 20 MPa vẫn có thể quay được ở chế độ không tải, nhưng lại không thể đạt được áp suất dưới tải 8–10 MPa; sau khi thay thế cùng loại bơm này bằng dầu VG46, áp suất có thể khôi phục lên mức 18–20 MPa. Các thành phần như van tỷ lệ servo – vốn cực kỳ nhạy cảm với khe hở nhỏ – sẽ xuất hiện hiện tượng rò rỉ tại vị trí zero nghiêm trọng và trôi vị trí khi thay bằng môi chất có độ nhớt thấp, khiến vòng điều khiển vị trí rất khó ổn định.
Dựa trên các quan điểm tôi đã trình bày, động cơ thủy lực vẫn tương thích hơn với dầu thủy lực.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng trong ngành công nghiệp hiện có các loại chất lỏng thủy lực gốc nước (HFA/HFB/HFC, ví dụ như hỗn hợp ethylene glycol pha nước), cũng như các hệ thống bơm/bộ phân phối/phớt và vật liệu được thiết kế đặc biệt cho chúng (thép không gỉ/mạ niken, gốm sứ, EPDM/PTFE, v.v.). Nhưng đây thuộc về lĩnh vực kỹ thuật hệ thống chuyên biệt, và việc thay thế đơn thuần hệ thống dầu hiện có bằng nước là chưa đủ.