Autoserwis

Układy płynowe zastępują tradycyjne układy mechaniczne lub elektryczne. Ze względu na stosunkowo łatwą sterowalność układów płynowych, szczególnie układów hydraulicznych charakteryzujących się szybką reakcją elementów, układy takie są wyjątkowo wygodne w realizacji ruchów postępowo-zwrotnych.

W układzie hydrostatycznym ciecz spełnia rolę elementu przenoszącego siły poprzez „statyczne” jej połączenie z elementami mechanicznymi, w układzie hydrokinetycznym — poprzez własną energię kinetyczną.

Dla układów hydraulicznych, podstawowym wymaganiem jest nieściśliwość cieczy oraz taka jej płynność, aby możliwe było wydajne przekazywanie mocy przy najmniejszych stratach. W związku z tym ciecz powinna mieć takie parametry techniczne, aby spełnione były możliwie najdokładniej ogólne wymagania wynikające ze specyfiki pracy układu hydraulicznego.

W odniesieniu do cieczy stosowanych w układach hydraulicznych wymagania te są następujące:

—           ciecz powinna mieć gęstość niezbyt wysoką, aby zanieczyszczenia w czasie przechowywania cieczy mogły swobodnie opadać na dno zbiornika, oraz aby zmniejszyć oddziaływania sił bezwładności;

—           ciecz powinna być odporna na zmiany temperatury; spełniają to ciecze o wysokim wskaźniku lepkości; lepkość cieczy powinna nieznacznie zmieniać się ze zmianą temperatury, aby przy zmianie warunków pracy (temperatury i ciśnień) nie zakłócać pracy urządzenia;

—           ciecz powinna mieć szeroki zakres temperatur roboczych, co zapewnia wysoka temperatura zapłonu oraz niska temperatura krzepnięcia;

—           ciecz powinna zachowywać stałe i dobre własności smarne w całym zakresie temperatur, w jakim może się znaleźć podczas eksploatacji; również adhezja powinna być taka, aby nie występowało zjawisko kawitacji;

—           ciecz powinna zachowywać jednorodność struktury w czasie przechowywania, transportu oraz eksploatacji; stabilność strukturalna jest własnością zmniejszającą szybkość starzenia się cieczy;

—           ciecz nie powinna wydzielać par szkodliwych dla otoczenia

oraz nie powinna być trująca;

—           ciecz nie powinna zawierać ciał stałych mogących zakłócić pracę urządzenia;

—           ciecz nie powinna powodować korozji części metalowych, ani niszczenia elementów uszczelniających;

—           ciecz powinna być odporna na działanie mechaniczne; szczególnie na duże dławienie i ciśnienie;

—           ciecz powinna mieć jak najmniejsze skłonności do tworzenia piany; na powstawanie piany mają wpływ: wadliwa konstrukcja układu (podciśnienie, nieszczelność przewodów, duża cyrkulacja w zbiorniku itp.), obecność powietrza rozpuszczonego w cieczy, zmiany ciśnienia oraz niektóre stałe zanieczyszczenia;

—           ciecz powinna mieć jak najmniejsze skłonności do> wchłaniania płynów (powietrza, innych gazów, wody). Zawartość tych domieszek powoduje intensyfikację procesu starzenia się cieczy i wywołuje korozję; ponadto zawartość gazów w stanie nierozpuszczonym powoduje nierównomierność pracy wskutek zmian ściśliwości i innych parametrów fizycznych;

—           ciecz powinna przeciwstawiać się powstawaniu zmętnień na skutek wydzielin krystalicznych, emulsji wodnej, krótkotrwałych wysokich temperatur, dużych turbulencji itp.;

—           ciecz powinna mieć odpowiednie własności elektryczne i magnetyczne; ciecz robocza powinna być dielektrykiem; pożądane są własności antymagnetyczne lub stałe własności magnetyczne nawet na skutek zanieczyszczeń oraz domieszek;

—           ciecz powinna charakteryzować się łatwością oczyszczania; możliwością ulepszania;

—           ciecz powinna odpowiadać względom ekonomicznym, tzn. powiiłna mieć taką cenę, aby zapewniała ekonomiczność pracy urządzenia przy spełnianiu wymagań stawianych podczas pracy.

Wymagania techniczne określają te wartości parametrów płynu roboczego, które są niezbędne dla właściwej pracy urządzenia, z drugiej strony powinny być takie, aby charakteryzowały ciecz roboczą i były łatwe do określenia. Do podstawowych parametrów określanych przez warunki techniczne należą: gęstość czynnika, lepkość kinematyczna dla dwu, trzech lub czterech różnych temperatur (np. —10, +20 i +50°C), temperaturowe punkty charakterystyczne, zawartość domieszek i dodatków (inhibitor utleniania i korozji, dodatki poprawiające wskaźnik lepkości, własności smarne, dodatki przeciwpieniące i przeciwemulgujące, depresator) oraz inne.

Przedstawione wyżej wymagania ogólne oraz względy fizykochemiczne cieczy prowadzą do wysunięcia następujących wniosków i zaleceń w zakresie stosowania cieczy roboczych:

1.            Zadowalające działanie urządzenia zależy nie tylko od prawidłowo zaprojektowanego obwodu, ale również od sprawnego działania wszystkich elementów, w tym i od rodzaju stosowanej cieczy. Ciecz musi być uważana za równorzędny element składowy urządzenia, konieczny dla jego poprawnego działania.

2.            Projektowanie układu hydraulicznego musi opierać się na znajomości średniej lepkości cieczy roboczej. Poszczególne elementy obwodu muszą mieć taką tolerancję, aby w dozwolonym zakresie temperaturowym było zapewnione sprawne działanie urządzenia w jak najdłuższym okresie czasu.

3.            Opór przepływu i tarcie wewnętrzne cieczy spowodowane lepkością muszą być takie, aby straty energii (m. in. wydzielanie się ciepła) były jak najmniejsze. Z tego powodu teoretycznie najlepiej używać olejów ekstra płynnych. Praktycznie ograniczenia istnieją ze względu na przecieki (uwarunkowane szczelnością elementów obwodu) i smarowanie. Należy więc używać oleju dość płynnego, aby umożliwić swobodne jego krążenie w obwodzie, a zarazem dość gęstego, aby zapewnić największy współczynnik sprawności (jak najmniejsze przecieki).

4.            Z chwilą uzyskania temperatury krzepnięcia, lepkość danej cieczy rośnie nieskończenie. Wzrost lepkości dla tych samych różnic temperatur jest większy bliżej temperatury krzepnięcia. Dla scharakteryzowania „czułości” na zmiany temperatur cieczy wprowadzono wskaźnik lepkości (Dean i Davis). Im wyższy jest ten wskaźnik lepkości, tym mniejszy spadek lepkości wykazuje dany olej w miarę wzrostu temperatury i odwrotnie. Posługiwanie się wskaźnikiem lepkości umożliwia natychmiastową ocenę podstawowych własności cieczy przeznaczonych do pracy w trudnych warunkach. Dlatego też jest wskazane, aby wszystkie typy cieczy hydraulicznych miały podany wskaźnik lepkości.

5.            Najbardziej racjonalną ze wszystkich dotychczasowych metod wyznaczania „czułości” lepkościowo-temperaturowej jest metoda współczynnika temperaturowego (Wilcock) uwzględniająca również konkretną wartość lepkości w określonych temperaturach. Warto się zastanowić, czy stosowanie tej metody jest bardziej uzasadnione i czy nie lepiej byłoby posługiwać się tym współczynnikiem.

6.            Bardzo istotną cechą cieczy jest smarność i przyczepność. Ciecz jest tym lepsza, im bardziej jest zdolna tworzyć na powierzchni metalu bardzo cienką błonę smarującą, szczególnie gdy na powierzchni tarcia działa wielkie ciśnienie i gdy występują nierówności powierzchni. Istnieją specjalne dodatki przeciwścierne, które uniemożliwiają przebicie błony smarującej nawet przy du-żych ciśnieniach lokalnych. Tworzą one dodatkową cienką błonkę, chemicznie połączoną z metalem, w przypadku zaistnienia niebezpiecznie wysokich ciśnień i temperatur.

7.            Zawartość wody i powietrza w olejach mineralnych prowadzi do tworzenia emulsji i piany. Zjawiska te są przyczyną nierównomiernej pracy elementów układu hydraulicznego i ich nadmiernego nagrzewania się. Należy opracować metody kontroli powstawania piany w obwodzie oraz jej usuwania.

8.            Obecność wody w obwodzie hydraulicznym nie przystosowanym do tej ewentualności może doprowadzić do korozji części metalowych (szczególnie stalowych). Korozja układu hydraulicznego może doprowadzić do wielkich strat, a zatem należy wprowadzić specjalne dodatki (np. wchłaniacze) chroniące metal przed działaniem czynnika korodującego.

9.            Do wyznaczenia zawartości węglowodorów aromatycznych służy punkt anilinowy, określający najniższą temperaturę, w której olej rozpuszcza się klarownie w takiej samej ilości suchej aniliny. W obecności tych węglowodorów następuje rozpuszczenie, napęcz- nienie i zmiękczenie uszczelek szczególnie z kauczuku naturalnego, częściowo syntetycznego i innych materiałów uszczelniających. Węglowodory parafinowe mają bardzo małe „właściwości łączenia” oleju, co obniża smarność, podwyższa zaś wskaźnik lepkości.

10.          Węglowodory wchodzące w skład oleju mogą ulec przemianom chemicznym pod wpływem ciepła i tlenu zawartego w powietrzu. Proces utleniania może przebiegać szybciej na skutek działania katalizacyjnego niektórych metali (szczególnie miedzi). Prowadzi to do starzenia się oleju. Należy zatem dokładnie wyznaczyć czas stabilności chemicznej, obserwując i prowadząc analizę chemiczną oleju z uwzględnieniem warunków pracy (temperatura, ciśnienie, zanieczyszczenie).

11.          Każdą z podstawowych własności oleju należy brać pod uwagę i dążyć do tego, aby te własności były optymalne. Niektóre parametry mogą być poprawione przez zastosowanie dodatków, inne przez przeprowadzenie określonych zabiegów technologicznych. Należy jednak zaznaczyć, że dodatki mogą polepszyć jedną własność, a często być przyczyną pogorszenia innych własności. Konieczne jest więc takie ich dozowanie, aby olej mógł jak najlepiej spełniać postawione mu zadanie. Wymaga to jednak żmudnych i długotrwałych prób.

12.          Woda jest najtańszym płynem stosowanym w układach hydraulicznych. Ma ona niską smarność oraz powoduje korozję części metalowych. Rozpuszczone w wodzie oleje mineralne poprawiają smarność. Wadą takiego rozwiązania jest powstająca korozja biochemiczna, spowodowana przez fermentację anaerobów w zamkniętym obiegu.

13.          Ciecze otrzymywane w wyniku syntezy są coraz częściej stosowane w układach hydraulicznych. Zastosowanie swoje zawdzięczają na ogół niskiej temperaturze krzepnięcia, dobrej stabilności lepkościowej (wyższy wskaźnik lepkości) oraz okoliczności, że są to najczęściej płyny ognioodporne.

14.          Cieczą najczęściej stosowaną w układach regulacji jest olej mineralny. Dzięki swoim własnościom jest on jednym z najlepszych płynów w zakresie temperatur od +5 do 50°C. Dobrze dobrany olej mineralny może znacznie polepszyć sprawność urządzenia.

15.          Zanieczyszczenie oleju powoduje z jednej strony konieczność filtrowania, z drugiej zaś — konieczność okresowych przepłukiwań elementów układu. Ma to na celu usunięcie zanieczyszczeń osiadłych w przewodach i komorach roboczych obwodu. Do przepłukiwania obwodu nie można stosować wody (ze względu na korozję), benzyny oraz nafty (uszkodzenia złączy). Należy używać specjalnego oleju o dobrych własnościach czyszczących.

16.          W hydraulicznych układach przemysłowych, lepkość oleju powinna się zawierać w zakresie: dolna granica 2 stopni Englera przy 50°C (ze względu na przecieki), górna granica 120 stopni Englera. Powyżej tej górnej granicy lepkości olej nie może być pompowany. W tym zakresie może łatwo wystąpić kawitacja.

17.          Własności oleju podczas dłuższej pracy mogą ulegać zmianie. Należy prowadzić okresową kontrolę lepkości i zmiany liczby kwasowej, w celu stwierdzenia oznak starzenia się oleju. Najlepiej jest określić dokładnie warunki techniczne takich prób, wskazujących na możliwość utrzymywania parametrów urządzenia hydraulicznego w ścisłej charakterystyce energetycznej, co stanowi jego przewagę nad innymi urządzeniami, np. elektrycznymi.

18.          Istnieje możliwość wyboru między kilkoma typami cieczy roboczych: woda, oleje syntetyczne, oleje mineralne, ciekłe metale. Ciecze pochodzenia syntetycznego, jeśli są ognioodporne, mają zarazem wysoką wydajność i uniemożliwiają powstanie pożaru nawet przy przeciekach lub uszkodzeniach układu.

Comments are closed.