液压系统的污染控制技术文档格式.docx
- 文档编号:16785040
- 上传时间:2022-11-26
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:215.01KB
液压系统的污染控制技术文档格式.docx
《液压系统的污染控制技术文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《液压系统的污染控制技术文档格式.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
环境温度过高
磁场
环境中有强磁场
辐射
环境中有射源
1.3污染物的危害
污染物对液压系统的危害是十分巨大的。
据统计,液压系统75%以上的故障是由于油液及其污染造成的。
固体颗粒是液压系统中最主要的污染物,液压系统污染故障中的三分之二都是由固体颗粒引起的。
表2-2给出了各种污染物的危害。
表1-2污染物的危害
危害
元件的污染磨损
磨损元件运动副表面,降低元件工作性能
元件的污染卡紧
电磁阀间隙进入污染物,使阀动作缓慢或失灵
元件的污染堵塞
元件的功能性小孔被堵塞,使元件功能失效
油液的劣化变质
金属颗粒的存在,使油液的酸值迅速升高
腐蚀
腐蚀金属表面,生成的锈片进一步污染油液
加速油液劣化
与金属颗粒同在时,使油液氧化速度急剧加快
与添加剂产生作用产生沉淀物、胶质等
低温结冰
低温时,自由水变成冰粒,堵塞元件的间隙或小孔
气蚀
破坏元件表面
降低弹性模量
降低油液体积弹性模量,使系统响应缓慢
加速油液氧化变质
与水反应形成酸,腐蚀金属表面
洗涤
将附着于金属表面的污染物洗涤到油液中
引起油液变质,降低油液润滑性能
危害安全
静电与油蒸气作用可引起爆炸和火灾
引起元件的电流腐蚀
改变油液性能
降低油液黏度
加速油液氧化
加速元件老化
加速密封件老化
吸附颗粒
将油液中铁磁性颗粒吸附在间隙内,引起磨损和卡紧
放射性物质
加速油液的劣化变质
1.4污染物特征的描述
液压系统中的污染物既有以物质形式存在的,如固体颗粒、水、空气、化学物质和微生物等,又有以能量形式存在的,如静电、热、磁和辐射等。
化学物质主要以其种类和含量来进行污染特征的描述;
微生物除了能繁殖与游动外,其污染特征与固体颗粒相近;
静电污染一般以电荷电压来描述其特征;
热一般以温度的高低来描述其特征;
磁一般以磁场强度来进行描述;
辐射主要以其种类和能量来进行描述。
下面对液压系统的最常见的固体颗粒、水及空气的污染特征作一介绍。
1.4.1固体颗粒
描述固体颗粒污染特征的参数主要有颗粒的密度、堆积松散度、沉降性、分散性、迁移性、成块性、硬度、破碎性、尺寸、尺寸分布、浓度、形状等。
污染控制经常使用的特征主要有尺寸、尺寸分布和浓度等。
颗粒具有不规则的形状,我们如何去描述它的大小、给出它的尺寸呢?
为此,人们给出了关于颗粒尺寸的不同定义,在污染控制领域,常用的定义主要有两种,一是颗粒的最大弦长,即用颗粒的最大弦长来描述颗粒的大小,这种定义在显微镜计数法中得到使用;
二是用颗粒等效投影面积的直径作为颗粒的尺寸,这种定义自动颗粒计数法中得到使用。
在颗粒众多的情况下,我们所得到的各种尺寸颗粒的数量具有相对稳定性,它基本上真实地反映了液压系统中各种颗粒的大小及其数量。
不同尺寸的颗粒对液压元件的危害是不一样的,人们常用不同尺寸段的颗粒数所占的比例来描述颗粒的尺寸分布,而使用单位体积油液中不同尺寸段的颗粒数或单位体积油液中固体颗粒的重量来描述颗粒的浓度。
1.4.2水
水的污染特征描述主要有水的存在形式及其含量。
油液中的水有三种存在形式:
溶解水、乳化水及自由水。
溶解水是指油液分子间存在的水,其尺寸一般在0.1μm以下。
乳化水是指高度分散在油液中的水,其尺寸一般在10μm以下。
自由水是指沉降在油液下部的水,其尺寸一般在100μm以上。
油液中三种形式的水是能够互相转化的。
温度降低、压力下降时,油液中的溶解水会析出,成为乳化水或自由水。
温度升高、压力上升时,乳化水和自由水会溶解在油液中,形成溶解水。
自由水在剧烈搅动时会形成乳化水。
乳化水在长时间静置时会变成自由水。
油液中的水含量可以用重量百分比(%w)或体积百分比(%v)表示。
在含量较低时常用重量百万分率(ppmw)或体积百万分率(ppmv)表示。
1.4.3空气
与水类似,空气的污染特征描述主要有空气的存在形式及其含量。
油液中的空气也有三种存在形式:
溶解态、乳化态及自由态。
溶解态空气是指油液分子间存在的空气,其尺寸较小。
乳化态空气是指高度分散在油液中的空气泡。
自由态空气是指积聚在液压系统内部高点的空气。
油液中三种形式的空气也是能够互相转化的。
温度升高、压力下降时,油液中的溶解态空气会析出,成为气泡或自由态空气。
温度下降、压力上升时,油液中的气泡和自由态空气会溶解在油液中,形成溶解态空气。
油液中的空气含量一般以体积百分比(%v)表示。
2.液压系统污染控制
2.1液压系统污染控制要求
2.1.1油液中固体颗粒污染控制要求
有研究资料表明,机械设备的功能失效50%归于磨损,而磨损主要是由于系统内的固体颗粒污染物造成的。
另有统计资料表明,液压及润滑元件失效70%~85%归因于油液污染,美国Massachusetts技术学院的一项统计资料表明,修理机械磨损的费用约占全美国总产值的6%~7%(2700亿美元),而液压及润滑系统的故障有75%以上是由于油液中固体颗粒的污染造成的,经常看到因杂质颗粒卡死阀芯、堵塞节流孔、破损密封件引起外漏,从而导致停产维修的报道。
5μm左右的颗粒是卡死阀芯、堵塞节流孔(既使是局部堵塞),在系统内产生沉积的主要原因,而15μm以上的颗粒将导致堵塞节流孔和加速元件磨损。
因此,要想维持系统的正常运行,必须严格控制系统的油液污染程度,特别是要严格控制油液中所含固体颗粒污染物的浓度。
导致阀芯和柱塞卡死的最大威胁被认为是接近阀芯和柱塞径向间隙尺寸的固体颗粒。
要想最大限度地延长元件和流体的寿命就必须滤除与间隙尺寸相近的颗粒,把磨损降低到最低点。
表2-1列出了典型元件的工作间隙。
表2-1典型元件的工作间隙
齿轮泵齿尖至泵壁
0.5~5μm
比例阀
1~6μm
齿轮泵齿至侧板
方向控制阀
2~8μm
叶片泵叶尖至泵壁
0.5~1μm
滚动轴承
0.1~1μm
叶片泵叶片侧隙
5~13μm
滑动轴承
0.5~100μm
柱塞泵柱塞
5~14μm
静压轴承
1~25μm
柱塞泵阀板
齿轮
伺服阀芯轴
1~4μm
动力油封
0.05~0.5μm
注意,工作间隙不等于机械间隙,工作间隙随负荷、速度、粘度而变化。
液压系统的污染控制要求主要是依据系统中液压元件对固体颗粒污染的敏感性,工作可靠性和系统寿命及性能来决定。
这些控制规范是对实际液压系统的污染状况和使用情况作广泛调查和测试分析的基础上作出的。
美太平洋科仪公司H/AC分部在七十年代对液压元件和系统的污染度进行了广泛的调研,总结了各工业部门液压装置与系统的污染度等级参考指南,其主要内容如下:
表2-2液压元件的污染控制要求
液压
元件
军用飞机、导弹和试验室用伺服阀,导弹和军用飞机液压泵
飞船、飞机用伺服阀,宇宙飞船液压泵,高要求比例阀
比例阀,机床滑阀,民用飞机液压泵
齿轮泵、叶片泵,一般滑阀,机床用液压泵和马达及液压缸
柱塞泵,重机设备用液压元件
ISO4406
13/10
14/11
15/12
16/13
17/14
NAS1638
4
5
6
7
8
表2-3液压系统的污染控制要求
液压系统
飞机、导弹试验台、试验室的液压系统,飞机制动系统
气轮机润滑系统,导弹和飞机飞行控制系统每高性能伺服控制系统
数控机床和新出厂的机床液压系统,飞机液压系统
气轮机和舰船液压系统,调速控制器液压系统,专用飞机液压系统,枪炮液压系统
弹射装置和一般工程机械液压系统,中压液压系统
低压重工业液压系统,绞车和起货机系统
大间隙低压液压系统
(18~19)/(15~16)
(20~21)/(17~18)
9~10
11~12
2.1.2油液中水分控制要求
油液中水分的污染主要来源于热交换器泄漏、密封失效、潮湿空气的冷凝、油箱顶盖的配置不当、温度降低,溶解水析出变为游离水。
水分在油液中的存在形式主要有游离水(乳化或水滴)、溶解水、悬乳水。
温度对油液中水分存在形式有影响,当系统温度降低时,溶解水会析出变为游离水,为了降低游离水对系统的危害,要尽可能的把油液含水量控制在饱和曲线以下,见图4-1。
几种常用油的含水饱和度
●液压油:
200~400ppm●润滑油:
200~750ppm●变压器油:
30~50ppm
2.2液压系统污染控制方法
2.2.1油液中固体颗粒的控制方法
液压系统(包括润滑系统),由于外界不断侵入系统,内部又不断产生固体颗粒污染物。
因此说液压系统的污染是不可避免的,但污染是可以控制的,这种控制最主要的是采用过滤器净化系统的油液,使油液的清洁度控制到系统可允许的程度。
虽然,净化油液的方法除过滤外,还有离心、聚结、静电、磁性吸附等,但过滤仍是当前最广泛的油液净化方法。
根据液压系统污染物的来源不同,可采取不同的控制措施:
表2-4
性质
污染源
控制措施
外部侵入
更换元件
对元件有清洁度要求
补新油
对油液预先过滤或使用过滤车加油
通气口
加装空气呼吸过滤器
环境
加强现场维护
内部产生
组装时携带
组装前有清洁度要求,组装后仔细清洗到一定的清洁标准
管道滞留
避免易滞留颗粒的设计
元件磨损
安装合适的过滤器防止连锁磨损
内部残留
加工装配
要求装配过程中注意清洁好内部杂质
过滤器的工作原理是通过过滤材料将液流中的污物颗粒直接阻截在过滤材料中,其特点是液流中的颗粒不偏离流束,而是被阻挡在滤材表面或内部通道缩口处。
过滤器承担污染控制的任务主要有三个方面:
(1)在系统投入使用前,用它来清洗整个液压系统(俗称系统串油);
(2)在系统投运中,用它来滤除系统油液中污物,以维持系统的油液清洁度在允许的污染等级之内;
(3)在系统换油和补充油液时,用它来对注入新油进行过滤。
2.2.2油液中水分的控制方法
液压系统中常用的除水方法有:
沉降法、离心法、吸附法、真空法、聚结分离法。
沉降法:
使用沉降槽,使水分和杂质在静止状态下慢慢沉入槽底,然后用浮动吸入管从上部将油吸出,主要除去油中的游离水。
离心法:
利用油和水以及油中杂质的比重不同,靠机械的高速离心力使它们进行分离。
主要去除油中的游离水和机械杂质。
吸附法:
主要是指利用一种少孔质的表面水凝胶化的丙烯纤维作为吸水剂,做成筒状滤芯安装于油液系统中。
由于该材料有比较强的亲水作用,所以随着过滤时间的增加,本身体积逐渐膨胀,逐渐堵塞油路,此时需要及时更换吸水滤芯。
本方法主要去处游离水。
真空法:
主要指真空蒸馏,通过扩散分离过程来去除油中水分。
先将脏油输入到加热箱内预热,然后将加热后的热油引入到一个真空箱内进行蒸发,这样,水、气体和易溶物被蒸发掉,得到脱水后的洁净油。
主要去除油液中的游离水和溶解水。
聚结分离法:
聚结原理就是使脏油先通过一级滤芯,在那里利用纤维的亲水性进行破乳聚结,使不易沉淀和分离的悬浮水聚结成易于沉淀和分离的游离水,并在层流条件下沉降下来。
在流动过程中未被沉降的水,可再经过疏水的第二级分离网,以达到油水分离的目的。
本方法对汽油、煤油、柴油等燃料有使用效果最佳,并可在炼油厂的精炼设备中,代替真空脱水装置使用。
表2-5各种污染控制方法的优缺点
方法
优点
缺点
沉降法
方法简单、成本较低。
占用大量的沉降槽、时间长、效率低、处理效果一般
离心法
占地面积比沉降槽小得多,处理迅速。
能耗大、噪音大,处理能力随着油液中水份含量的降低而下降,为了去除油液中最后所生的少量水分需要经过多次的离心分离。
吸附法
结构简单,使用方便。
需要经常更换吸水滤芯,脱水效果一般,膨胀后纤维易脱落造成污染。
真空法
没有高速运动的机械部件,噪声相对于离心法小得多。
可设计成自动化程度高、操作方便、劳动强度低的设备。
处理油液的范围广,效果较好。
能耗高,体积大。
聚结分离法
没有机械运动部件,结构简单,成本低,只需很小的油液压力就可通过设备,能耗低。
材料使用寿命长。
一般带有固液分离材料可同时有效去除油液中的固体杂质。
一般用于燃油,对于润滑油等粘度较大的油液效果不佳。
3.过滤原理与过滤介质
过滤就是利用多孔隙的可透性的介质滤除悬浮在油液中的固体颗粒污染物。
3.1过滤原理
过滤介质对液流中颗粒污染物的滤除作用可归纳为两种主要机制,即直接阻截和吸附作用。
直接阻截的特点是液流中的颗粒不偏离流束,直接被阻挡在过滤介质表面孔口或介质内部通道缩口处。
吸附作用的特点是油液中的颗粒在流经过滤介质时由于各种力的作用偏离流束,并在表面力(静电力或分子吸附力等)的作用下吸附在通道内壁,对于纤维介质即吸附在纤维表面。
3.2过滤介质
按照结构和过滤原理,过滤介质可分为表面型和深度型两大类。
表面型过滤介质时靠介质表面的孔口阻截液流中的颗粒。
属于这一类型的过滤介质有金属网式、线隙式和片式等过滤元件。
表面型过滤介质通孔的大小一般是均匀的,凡尺寸大于介质孔口的颗粒均被截留在介质靠上有油液一侧的表面,而小于介质孔口的颗粒则随液流通过介质,因此,全部过滤作用都是由过滤介质的一个表面来实现的。
深度型过滤介质为多孔材料,如滤纸和无纺布等。
这类介质内有无数曲折迂回的通道,从介质的一面贯穿到另一面,并且每一通道中有许多狭窄的孔口,当油液流经过滤介质时,大颗粒污染物被阻截在介质表面孔口或介质内部通道的缩口处;
小颗粒污染物流经通道时,有些被吸附在通道内壁或粘附在纤维表面,而有些则沉积在通道内空穴的液流静止区。
因而深度型过滤介质的过滤机制既有直接阻截,又有吸附作用,过滤介质对颗粒的滤除过程发生在介质整个深度范围内。
表面型滤材由于过滤机制比较单一,主要是直接阻截,因此其纳污容量较小,但经过反向冲洗,介质表面的颗粒容易清除干净,所以可以反复使用。
受工艺限制,一般使用表面型滤材的滤芯,其过滤精度很难达到25μm以上。
深度型滤材纳污容量要大得多,但介质内部的污染物很难清除,一般只能一次性使用。
但是其过滤精度可以做得很高,可以比较容易地达到1μm。
这一点对于表面型滤材来说是不可能的。
因此,在对系统油液要求比较高的液压和润滑系统中,均采用深度型滤材的滤芯作为过滤元件。
目前广泛使用的深度型滤材主要为超细玻璃纤维材料,相比较于原来使用的植物纤维滤材,具有纤维丝径细,过滤精度高,稳定性好,不易脱落纤维且耐热和耐酸碱等优点,基本上已经完全取代了植物纤维。
4.污染控制元件介绍
液压系统污染控制的元件和设备主要有滤芯、过滤器和过滤设备。
除了油箱中的吸油滤芯外,滤芯是不能单独使用的。
滤芯一般安装在一定形状的壳体中,由此便组成了过滤器。
过滤器是液压系统污染控制的主要元件。
过滤器和泵电机组等元件组成一个单独运行的过滤设备,该设备独立于液压系统之外,可以对液压系统的油液进行外循环过滤。
一般流量较小,体积较小,移动方便的过滤设备,称为过滤机或过滤车,而一些流量较大,体积较大,独立于液压及润滑系统的过滤设备,成为体外循环过滤系统。
4.1滤芯
滤芯分为过滤滤芯、吸水滤芯、聚结滤芯和分离滤芯等。
油液污染控制中使用最多的滤芯为过滤滤芯与聚结分离滤芯,下面对其进行较为详细的介绍。
过滤滤芯
过滤滤芯的结构形式有线隙式、片式、烧结式、圆筒折叠式等多种。
线隙式滤芯是将金属丝线缠绕在滤芯骨架上,利用丝线间的间隙捕获油液中的颗粒污染物。
片式滤芯由一组圆片组成,利用圆片间的间隙捕获油液中的颗粒污染物。
烧结式滤芯由金属粉末烧结而成,利用粉末之间的间隙捕获油液中的颗粒污染物。
圆筒折叠式滤芯是应用最为普遍的一种滤芯,它具有过滤面积大、纳污容量大、过滤精度范围宽等许多优点。
如图4-1所示,圆筒折叠式滤芯一般由端盖1、骨架2、支撑层3、保护层4、过滤层5及密封圈(垫)6等部分组成。
骨架承受滤芯上下游间的压差;
端盖将组成滤芯的各部分连接在一起,并提供合适的连接接口,使滤芯安装在过滤器中;
密封垫(圈)防止滤芯上下游间的油液相通;
支撑层防止过滤层结构与形状的破坏,确保过滤层的有效过滤面积;
过滤层起截留污染物的作用,是滤芯过滤性能好坏的重要因素。
过滤材料主要有玻璃纤维纸、合成纤维纸、植物纤维纸、金属纤维毡及金属网等。
在纸质过滤材料中,玻璃纤维纸的过滤精度最高、合成纤维纸次之,植物纤维纸最低。
金属纤维毡与金属网一般用于腐蚀性强的油液中、高温的环境中或滤芯需要反复使用的工况下。
过滤材料的类型和可滤除的最小颗粒情况见表4-1
表4-1
过滤材料类型
玻璃纤维、
陶瓷
不锈钢毛毡、
金属粉末烧结、泡沫塑料
合成纤维、滤纸、片式线隙式、
金属网式
纺织品、
毛毡
微孔滤膜
可滤除的最小颗粒(μm)
1
3
10
0.45
图4-1圆筒折叠式滤芯结构
(a)滤芯外形图(b)滤芯截面图
1―端盖2―骨架3―支撑层
4―保护层5―过滤层6―密封圈
过滤层的折叠式结构显著增大了滤材的有效过滤面积。
在滤芯流量一定的情况下,可以显著减小滤芯的外形尺寸或增大滤芯的纳污容量;
在滤芯外形尺寸一定的情况下,可以显著增大滤芯的流量或增大滤芯的纳污容量。
因而在工业领域中得到了广泛的应用。
吸水滤芯
吸水滤芯依靠吸水材料对水的吸附能力,将油液中的水分去除。
随着吸水量的增加,吸水滤芯的压降上升,当压降达到一定值时,滤芯需要更换。
聚结滤芯与分离滤芯
聚结滤芯与分离滤芯是配合使用的,聚结滤芯利用自身的聚结材料将油中乳化的小水珠聚结成大的水珠,分离滤芯利用分离材料的憎水亲油特性将聚结滤芯聚结成的大水珠阻挡在分离滤芯的外面,而油可以顺畅地通过,两者配合使用实现油水的分离。
如707所研制的燃油过滤器中使用的聚结滤芯、分离滤芯的工作原理是:
燃油先经过聚结滤芯,依次实现:
(1)固体颗粒杂质的过滤;
(2)对燃油中的游离水分进行聚结,将细微的游离水逐渐聚结成大水珠。
(3)由于水与燃油的比重差,聚结的大水珠与燃油的运动方向出现分化,比重轻的燃油由于压差作用向上移动,而大水珠由于重力作用而向下沉降,进入滤器底部积水槽。
由于液体粘反影响,燃油向上运动时仍然夹带少量细小水珠及被聚结的游离水份,通过分离滤芯加以分离,纯净的燃油进入洁净区并排出滤器进入下游,细小水珠及游离水份被挡在分离滤芯外表面,逐渐聚结成大水珠,当水珠重量不断增大到足以克服压差作用时,水珠则因重量作用向下沉降直至积水槽。
积水槽中随沉降积水的不断增多,当水面到达警戒位置时,可将积水放出。
聚结滤芯前后压差随着固体杂质的不断增积累而增加,当达到压差预设值时,应更换聚结滤芯。
工作原理图4-2如下:
图4-2聚结分离滤芯工作原理
4.2过滤器
到目前为止,液压系统的过滤器还没有统一的分类方法,一般都是根据过滤器在液压系统中的位置、过滤器的过滤精度、过滤器进出口的连接形式、过滤器的压力等级、过滤器的筒体数量等对过滤器进行分类。
表7-2给出了按上述分类方法而划分的过滤器类型。
另外,还有一些其它类型的过滤器。
如安装在重要元件油液入口处用于保护该元件的安全过滤器。
安装在油箱加油孔处用于防止加油过程带入污染物的加油过滤器。
安装在泄油回路上用于防止生成污染物进入油箱的泄油过滤器。
表4-2过滤器类型
分类方法
类型
说明
按安装位置
吸油过滤器
安装于吸油回路上,保护液压泵
压油过滤器
安装于压力管路上,控制液压系统的污染度
回油过滤器
安装于回油回路上,控制液压系统的污染度
按过滤精度
高精度过滤器
β4,5,6(c)≥100
精密过滤器
β10,15,20(c)≥100
中等精度过滤器
β30,40(c)≥100
粗过滤器
β50,…(c)≥100
按进出口的连接形式
管式连接过滤器
采用法兰、公制螺纹或管螺纹连接
板式连接过滤器
进出油口在同一板面上,一般采用螺栓连接
按压力等级
高压过滤器
压力>
16MPa
中压过滤器
16MPa≥压力>
1.6MPa
低压过滤器
压力≤1.6MPa
按筒体数量
单筒过滤器
过滤器只有一个滤壳
双筒过滤器
过滤器有两个滤壳,可在运行中更换滤芯
组成过滤器的主要部件为滤壳和滤芯,其中滤壳一般分滤头和滤筒两部分。
旁通阀、压差指示器为其附件。
图4-3为一管式连接压油过滤器的典型结构。
油液从滤头3的进油口进入过滤器,沿滤芯4的径向由外向内通过滤芯,油液中的颗粒污染物被滤芯的过滤层捕获,进入滤芯内部的油液即为洁净的油液,洁净油液从滤头的出油口流出过滤器。
过滤器的压力就是指滤壳5能承受的压力。
高压过滤器的滤头与滤筒间一般采用螺纹连接,低压过滤器的滤头与滤筒间一般采用螺栓连接。
安装或更换滤芯时需要将滤筒(或滤头)从滤头(或滤筒)上拆卸下来。
随着过滤器工作时间的增加,滤芯过滤层上捕获的颗粒越来越多,过滤器进出口间的压差越来越大。
压差指示器1用来指示过滤器进出口间压差的高低,是用户了解滤芯堵塞情况、及时更换滤芯的重要依据。
若滤芯在达到极限压差时未及时更换,则旁通阀2在压差继续增大到一定值时开启,防止滤芯的破裂。
4.3过滤设备
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 液压 系统 污染 控制 技术