Autoserwis

Urządzeniem płynowym nazywać będziemy zespół współdziałających elementów, których działanie opiera się na wykorzystaniu tzw. płynu Roboczego. Wyróżnia się przy tym elementy charakteryzujące się czysto mechaniczną formą ruchu (elementy czysto mechaniczne) wykonane z ciał stałych oraz elementy charakteryzujące się płynową formą ruchu (elementy cieczowe i gazowe) będące w stanie płynnym. Elementy cieczowe zwane elementami hydraulicznymi oraz elementy gazowe zwane elementami pneumatycznymi niekiedy są również określone nazwą elementów fluidycznych (fluidiksów) — przeważnie w tych przypadkach, gdy nie występują ruchome części czysto mechaniczne. W urządzeniu płynowym muszą współpracować przynajmniej dwa wyżej wymienione elementy. Zawsze jednak urządzenie płynowe cechuje występowanie elementów bądź hydraulicznych lub pneumatycznych, bądź też obu równocześnie. Przyjęto określać urządzenia złożone z elementów czysto mechanicznych i płynowych terminem urządzeń hydraulicznych lub pneumatycznych.

W wielu rozwiązaniach konstrukcyjnych urządzeń płynowych są również wykorzystywane inne formy ruchu uważane tutaj za pomocnicze. Są to elementy charakteryzujące się elektryczną (magnetyczną), chemiczną lub termiczną formą ruchu. W przypadku skojarzenia w budowie urządzenia płynowego na przykład elementów elektrycznych, mówimy o nich jak o urządzeniach elektrohydraulicznych (hydromagnetycznych) albo elektropneumatycznych.

Urządzeniom płynowym wyznacza się głównie funkcję przetwarzania informacji (sterowania) oraz przetwarzania energii (ściślej przetwarzania formy ruchu energii). Urządzenia spełniające pierwszą funkcję są nazywane płynowymi urządzeniami sterującymi, drugą natomiast — płynowymi urządzeniami energetycznymi lub siłowymi. Wynika stąd fakt, że elementy płynowe spełniają albo funkcję sterowania, albo funkcję konstrukcyjno-eksploatacyjną, czyli płyn roboczy jest integralną częścią urządzenia i po-winien być uważany za jego podstawowy element. Ze względu na najtrudniejszą od strony konstrukcyjno-eksploatacyjnej funkcję ruchu obejmującą urządzenia płynowe (M — czysto mechaniczne, H — hydrauliczne, P — pneumatyczne) oraz na zewnątrz tego okręgu pomocnicze formy ruchu urządzeń płynowych (E — elektryczne, T — termiczne, C —chemiczne) płynu roboczego, a mianowicie zagwarantowanie niezawodności urządzeń płynowych, zajmiemy się przede wszystkim określeniem parametrów płynu roboczego, zabezpieczających poprawne działania płynowych urządzeń sterujących. Działanie płynowych urządzeń sterujących zależy głównie, przy właściwie dobranym płynie, od stopnia jego czystości. W płynowych urządzeniach energetycznych czystość cieczy decyduje o czasie pracy tych urządzeń, w mniejszym natomiast stopniu o poprawności ich działania.

Płynowe urządzenia w zależności od rodzaju funkcji spełnionej przez sterowanie można podzielić na trzy podstawowe typy:

—           urządzenia generacyjne, których działanie powoduje wytworzenie energii płynu, a przez zmianę mocy dostarczanej do generatora płynowego jest możliwe sterowanie wartościami parametrów określających ruch płynu; urządzenia generacyjne są najbardziej ekonomicznymi z punktu widzenia sprawności energetycznej sterowania;

—           urządzenia dysypacyjne, których działanie sterujące polega na „traceniu” części energii źródła płynu i wykorzystaniu efektywnym pozostałej części, bez obciążania zespołów sterujących, częścią „traconej” energii;

— urządzenia impedancyjne, których działanie sterujące polega również na dokonywaniu podziału energii źródła na dwie części, część „tracona” obciąża w głównej mierze zespoły sterujące.

Należy tutaj zaznaczyć, że istnieje ścisła współzależność między funkcją sterowania (przetwarzania informacji) a funkcją przetwarzania energii. Wyszczególnimy teraz podstawowe odmiany konstrukcyjne płynowych urządzeń sterujących. W wielu przypadkach zastosowań urządzenia sterujące spełniają także w głównej mierze rolę urządzeń energetycznych.

Wyróżniamy tutaj elementy najbardziej rozpowszechnione: suwak-tuleja, dysza-przysłona, rurka strumieniowa-dyjuzor, elementy nowszych konstrukcji urządzeń płynowych, elementy bez czysto mechanicznych części ruchomych — strumieniowe, wykorzystujące wzajemne oddziaływanie strumienia płynu, płynomagnetyczne, wykorzystujące oddziaływanie strumienia magnetycznego na przewodzący prąd elektryczny płyn roboczy oraz płynotermochemiczne, wykorzystujące działanie cieplne i chemiczne (np. wtrysk cieczy reagującej do dyszy wylotowej silnika rakietowego).

W zależności od zadań oraz warunków pracy, urządzenia płynowe są budowane jako urządzenia o działaniu ciągłym (Analogowym) lub o działaniu dyskretnym (cyfrowym). We wszystkich przypadkach zastosowań są wykorzystane proste lub złożone zestawy elementów z zastosowaniem różnorodnych, przyporządkowanych tym elementom płynów roboczych.

Projektując określone urządzenie lub układ płynowy staramy się możliwie dokładnie określić nie tylko stawiane mu wymagania eksploatacyjne, takie jak nominalne parametry pracy, dopuszczalne przeciążenia i trwałość poszczególnych elementów ale i wpływ poszczególnych czynników zakłócających poprawne działanie całości. Do niedawna jeszcze jedynymi, uwzględnianymi w opracowaniach nowych urządzeń płynowych przypadkowymi oddziaływaniami środowiska zewnętrznego były zmiany temperatury otoczenia wpływające na zmianę parametrów czynnika roboczego, wywołujące zmiany wymiarów elementów wskutek rozszerzalności cieplnej oraz zwiększające „obciążenie” cieplne elementów trących się. Nie uwzględniano prawie w ogóle lokalnych zmian temperatury, które w miejscach układu o szczególnie niekorzystnych warunkach wymiany ciepła mogą kilkakrotnie przewyższać temperaturę czynnika roboczego. Zupełnie pomijano także wpływ zanieczyszczeń w czynniku roboczym na trwałość oraz dokładność działania urządzeń hydraulicznych. Należy zauważyć, że w przypadku prostych, sterowanych dużymi siłami urządzeń, takich jak np. dwu- lub trzypołożeniowe zawory hydrauliczne z wejściem mechanicznym lub elektromagnetycznym, pominięcie wymienionych czynników nie prowadziło do zaburzeń ich działania. W miarę jednak rozwoju produkcji i stopniowego wprowadzania do zakładów przemysłowych układów sterowania typu serwozaworów elektro- płynowych, zagadnienie zanieczyszczenia płynu roboczego i związanych z nim konsekwencji staje się zasadniczym problemem tak dla producentów jak i dla użytkowników urządzeń płynowych.

W większości przypadków płyn roboczy skłonni jesteśmy uważać za idealnie czysty względnie zakładamy, że — zazwyczaj — przypadkowo wybrany filtr w zupełności zabezpiecza układ przed wpływem zanieczyszczeń. Postępowanie takie wynika z jednej strony z nieznajomości stopnia zanieczyszczenia rzeczywistego płynu roboczego, a z drugiej strony — z lekceważenia szkodliwego wpływu zanieczyszczeń na pracę urządzeń płynowych. Intuicyjnie jest sprawą oczywistą, że na przykład ciecz robocza wprowadzona do układu hydraulicznego jest silnie zanieczyszczona i napełnianie zbiornika przez przelewanie cieczy bezpośrednio z pojemników lub przy zastosowaniu filtru zgrubnego jest niedopuszczalne. Źródłami zanieczyszczeń cieczy roboczej w czasie transportu i składowania, wpływającymi wyjątkowo niekorzystnie — z punktu widzenia eksploatacji — na jakość cieczy, są:

—           domieszki mineralne, dostające się do cieczy podczas przeróbki nafty;

—           zanieczyszczenia technologiczne,

—           produkty korozji urządzeń produkcyjnych w procesie produkcji cieczy,

—           produkty korozji cystern transportowych,

—           zanieczyszczenia przedostające się z. atmosfery w czasie napełniania i opróżniania pojemników,

—           zanieczyszczenia wynikłe z nieprzemycia opakowań transportowych,

—           produkty zużycia urządzeń przepompowujących,

—           pył i para przedostające się do zbiorników przy zmianach ich napełnienia,

Na podstawie analizy osadów na filtrach stwierdza się, że zasadniczą część zanieczyszczeń stanowią cząstki stałe i ostre — kwarc, szpat, tlenki metali. Zanieczyszczenia organiczne występują w nieznacznych ilościach, mniejszych od 20-i-250/o. Widać więc, że w większości zanieczyszczenia są twardsze od materiałów użytych do wykonania urządzeń hydraulicznych. O tym, jak nieskuteczne jest zgrubne filtrowanie mogą przekonać dane z tabl. 1.1, w której podano ilość zanieczyszczeń w próbkach z poszczególnych zakresów wymiarowych. Dane te wyraźnie wykazują, że większość cząstek największych, a więc najniebezpieczniejszych dla poprawnej pracy urządzeń, zostaje wprowadzona do układu wraz z czynnikiem roboczym.

Nie znaczy to jednak, że dokładne oczyszczenie cieczy roboczej w czasie wprowadzania jej do układu umożliwia zastosowanie mniej dokładnych filtrów w samym układzie. Należy pamiętać o tym, że ilość zanieczyszczeń w zamkniętym układzie stale wzrasta w wyniku:

—           ściernego zużywania się elementów,

—           erozji wywołanej przepływem,

—           normalnego zużywania się części ruchomych,

—           przyspieszonego (występowaniem zanieczyszczeń) zużycia części ruchomych,

—           odrywania się powłok wewnętrznych (farb, lakierów, itp.),

—           reakcji cieczy z materiałami,

—           działalności organizmów biologicznych,

—           niszczenia uszczelnień,

—           radiacji nuklearnej,

—           przedostawania się pyłu z otoczenia.

Tylko dokładne filtrowanie zapobiega „lawinowemu” narastaniu tego procesu.

O konieczności ciągłego filtrowania czynnika roboczego przekonują także liczne badania dotyczące aglomeracji cząstek drobnych. Analiza zanieczyszczeń w próbkach ze zbiorników cieczy dokładnie oczyszczonej przed zalewaniem filtrem o dokładności oczyszczania równej 10 firn wykazała istnienie cząstek o wymiarach 50-=-200 Jedynym wyjaśnieniem ich pojawienia się może być zjawisko łączenia cząstek małych (aglomeracja). Zostało ono potwierdzone praktycznie, przy czym stwierdzono, że:

—           drgania powodują wzrost ilości cząstek dużych (przez zwiększenie częstości zderzeń cząstek małych),

—           duże cząstki (50-200 mikrometrów) rozpadają się przy zderzeniach,

—           nawet po dokładnym przefiltrowaniu cieczy i szczelnym zamknięciu zbiornika cząstki duże pojawiają się ponownie,

—           wzrost wymiarów cząstek obserwowano w zwykłych olejach, nie następował natomiast wzrost wymiarów w olejach np. z dodatkami antypolaryzującymi.

Przypuszczalnie przyczyną łączenia cząstek są siły adhezji pomiędzy warstwami polimerów adsorbowanymi przez małe cząstki. Dlatego też opisane zjawisko występuje szczególnie wyraźnie w przypadku cieczy roboczych z dodatkami syntetycznymi, np. stabilizującymi wskaźnik lepkości. Dla cieczy nie zawierających dodatków syntetycznych, aglomeracja nie stanowi istotnego źródła dużych zanieczyszczeń. Wpływ aglomeracji cząstek na pracę układu jest dwojaki. Z jednej strony ułatwia oddzielenie zanieczyszczeń nawet za pomocą zgrubnych filtrów, z drugiej zaś — powoduje konieczność zabezpieczania dodatkowymi filtrami odpowiedzialnych elementów oporowych. Uniwersalne rozwiązanie polega na odfiltrowaniu z cieczy zanieczyszczeń o wymiarach większych od 3-f-5 mikrometrów. Doświadczalnie stwierdzono, że bardzo małe cząstki lub cząstki o niewielkiej koncentracji nie łączą się, gdyż szybkość możliwej aglomeracji jest wprost proporcjonalna do kwadratu koncentracji zanieczyszczeń i maleje w czasie procesu łączenia się. Rozwiązanie takie jest jeszcze zbyt drogie do stosowania w skali przemysłowej.

Musimy więc pogodzić się z występowaniem w układach hydraulicznych silnie zanieczyszczonej cieczy roboczej. W związku z tym należy zwrócić baczniejszą uwagę na wpływ zanieczyszczeń na pracę poszczególnych elementów układów hydraulicznych i wypływające stąd wnioski konstrukcyjne. W układach pneumatycznych zagadnienia te są podobne z tą różnicą, że zanieczyszczenia gazu mają odmienne źródło.

Najpoważniejszymi w skutkach są trwałe uszkodzenia urządzeń wywołane ciągłym działaniem stałych cząstek zanieczyszczeń na ruchome elementy układu. Zmiana luzów pomiędzy odpowiedzialnymi częściami wywołana zużyciem, z reguły prowadzi do obniżenia sprawności układu, często- także do zmniejszenia wytrzymałości części i zniszczenia lub czasowego unieruchomienia urządzenia. Na rys. 1.3 przedstawiono przykładowe charakterystyki zmian w czasie względnego współczynnika sprawności objętościowej pompy wielotłokowej w zależności od wymiarów zarach: 1-^-3 urn (krzywa 2), 5-f-10 Jim (krzywa 3), 15-f-25 M-m (krzywa 4), l-r-40 im (krzywa 5). Prosta 1 odpowiada cieczy dokładnie przefiltrowanej.

Przedstawiony wpływ zanieczyszczeń można częściowo zredukować przez zastosowanie odpowiedniego płynu roboczego i dokładne jego filtrowanie. W przypadku pomp hydraulicznych szczególnie duże znaczenie mają dodatki stabilizujące lepkość cieczy i równocześnie powodujące opisane poprzednio zjawisko aglomeracji. Umożliwia ono efektywniejsze oddzielanie zanieczyszczeń przy tej samej dokładności nominalnej zastosowanego filtru.

Dla urządzeń sterujących oraz filtrów szczególnie niebezpieczne są uszkodzenia polegające na zatykaniu małych otworów, przede wszystkim dyszek sterujących, oporów stałych o kształcie cylindrycznym, płaskim itp., porowatych wkładów filtrujących (które można uważać za zbiór wielu miniaturowych oporów), oraz zakleszczaniu elementów ruchomych. Jakkolwiek uszkodzenia tego typu nie pozostawiają na elementach urządzeń płynowych wyraźnych, trwałych śladów (z wyjątkiem rys na suwakach rozrządczych), to jednak zaburzenia przebiegu procesu sterowanego, spowodowane chwilowym spadkiem czułości, np. regulatora, lub spadkiem ciśnienia w obwodzie, mogą być olbrzymie. Dlatego niezbędne jest poznanie wpływu zanieczyszczeń na elementy tego typu.

3 Responses to “Klasyfikacja urządzeń płynowych”

1. Loralgran Says:
   Luty 5th, 2011 at 15:27

   He he, no właśnie takich informacji szukałem, kto by pomyślał, że znajdę je na Waszej stronie

2. Grahun Says:
   Marzec 21st, 2011 at 15:27

   Napiszcie coś o zastosowaniu materiałów filtracyjnych o dużej porowatości.

3. Wojtek Says:
   Czerwiec 5th, 2011 at 15:28

   Fajna stronka, a przedmówcy to w ogóle nie zrozumiałem