Наявність повітря в рідині може бути причиною безлічі проблем в гідравлічній або мастильної системі, таких як. високий рівень шуму, погана керованість виконавчих пристроїв через високий вміст повітря і рідини, пошкодження внаслідок кавітації, деградація рідини.
Пристрої для видалення бульбашок з гідравлічної рідини використовуються для механічного видалення повітря, але вирішуючи це завдання вони так само допомагають зменшити розмір гідравлічного бака і зменшити загальну вартість системи (див. "Основні функції гідравлічного бака"). У цій статті розповідається про принципи роботи та обслуговування пристроїв, які можуть бути встановлені в гідравлічну систему для фізичного видалення бульбашок повітря в ході експлуатації системи.
Кавітація виникає, коли тиск, що діє на рідину нижче тиску насичення розчиненого в рідині газу. У той момент, коли бульбашка, що міститься в рідини циркулюючої в системі потрапляє в область високого тиску (зазвичай гідравлічний насос), він руйнується як це показано на малюнку вище. Залежно від тиску в гідравлічному насосі цей процес може наносити серйозні пошкодження і бути причиною високочастотної вібрації, шуму, термічної деградації масла.
У гідравлічному баку бульбашки газу можуть перебувати в основному на поверхні у вигляді піни, але так само можуть бути і в самій гідравлічної рідини як на малюнку нижче.
Якщо бульбашки присутні в рідині і гідравлічному баку, вони можуть бути засмоктало насосом, де їх обсяг спочатку збільшиться через зниження тиску на лінії всмоктування, а потім знову зменшиться, коли вони потраплять в область високого тиску. Таке стиснення майже адіабатичне (бульбашка нагрівається, але не сильно підвищує температуру навколишнього рідини) в результаті чого високі температури локалізуються на поверхні розділу газ-рідина, що призводить до термічного пошкодження масла і утворення нагару.
З точки зору впливу складно провести різницю між цими двома процесами, тому в рамках даної статті будемо розглядати їх обидва як єдиний процес кавітації.
Існують різні причини потрапляння повітря в систему, такі як.
- Опір всмоктуванню.
- Падіння тиску при проході рідини через отвори.
- Падіння тиску при проході рідини через труби і шланги.
- Турбулентність від закриття або відкриття клапана.
- Ударні хвилі, викликані різким закриттям клапанів або різким припиненням роботи насоса.
- Падіння тиску через різке відкриття клапана.
- Зовнішні зусилля, що впливає на шток гідроциліндра.
- Недостатній обсяг рідини для роботи гідравлічного насоса.
У системах змащення при подачі рідини на шестерні або підшипники при проходженні через них бульбашки можуть створювати ефект спінювання. Зазвичай фізичні і хімічні ефекти, що виникають в результаті такі процесів небажані, наприклад збільшення шуму системи, відоме як ефект «водяного молота» як правило, супроводжується кавітацією.
Крім того, кавітація може привести до посилення окислення масла. Якщо в бульбашці газу міститься запалюється речовина, воно може спалахнути через підвищення температури, яким супроводжується стиснення. Цей процес триває наносекунди, але локальна температура може сягає 1,100 ºC і вище. Цей процес так само називають «мікро-дизель» і він може призводити до окислення масла, а різкі перепади тиску, які супроводжують його, призводять до квитанційній ерозії гідравлічного насоса і інших компонент. Крім цих добре відомих процесів, кавітація може привести до утворення проміжних хімічних речовин, які здатні вплинути на вторинний окислювальний і відновні процеси.
Інші проблеми гідравлічних систем викликані наявністю пухирців в гідравлічної рідини:
- Підвищення температури масла.
- Погіршення якості масла.
- Погіршення змащувальних властивостей (внаслідок яких втрати в'язкості, або утворення нагару).
- Знижена теплопровідність.
- Кавітація і ерозія.
- Сильний шум.
- Зменшення коефіцієнта пружності (через наявність бульбашок в рідині).
- Зменшення продуктивності насоса.
- Низькі діелектричні властивості.
Нещодавно компанія «Opus System, Inc» розробила пристрій для механічного видалення бульбашок з гідравлічної рідини, яка отримала оригінальну назву «Bubble Eliminator», що з англійської перекладається як відділювач бульбашок
Як це працює. Пристрій складається з конусоподібної трубки, що має круглий поперечний переріз, яка знаходиться в циліндричній камері самого пристрою. Рідина, яка містить пухирці, потрапляє в пристрій під прямим кутом з вхідної трубки і створює закручений потік, який циркулює через проточний канал. Закручений потік, прискорення якого по радіусу зменшується, знижує тиск рідини уздовж центральної осі відповідно до закону Бернуллі. До кінця конусоподібної трубки вихровий потік сповільнюється, тиск відновлюється, і рідина рухається на вихід.
Значення відцентрової сили залежить від відстані, тому в вихровому потоці бульбашки рухаються у напрямку до центральної осі за рахунок різниці значень відцентрової сили. Дрібні бульбашки створюють повітряний стовп, з закрученого потоку, що обертається в центрі, де тиск найнижче. Потім бульбашки видаляються з пристрою через клапан.
А) аерувати рідина В) Де-аерована рідина.
Використання
Bubble Eliminator так само може бути підключений на лінії зливу, було продемонстровано, що він ефективно видаляти бульбашки з гідравлічних рідин, запобігаючи кавітацію і поломки обладнання.
Використання обладнання з видалення повітря з гідравлічної рідини дозволяє зменшити обсяг гідравлічного бака, і крім цього дає наступний переваги.- Зменшення фізичних розмірів і ціни.
- Зменшує деградацію рідини, тим самим продовжуючи її термін використання.
- Запобігання кавітації і шуму в насосі.
- Зменшення стисливості рідини і поліпшення динамічних характеристик.
- Спрощена конструкція гідравлічного бака без екрануючої перегородки.