混入氣液泵油液后的危害分析和消除措施

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

混入氣液泵油液后的危害分析和消除措施

蘇萬清 鐘麗珠

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

闡述氣體進(jìn)入氣液泵油液的途徑和危害，分析計算混入氣體后油液體積的彈性模量，給出油液混氣量的推算方法，介紹了在設(shè)計、使用過程中減少氣體混入量的措施。

氣液泵；體積彈性模量；消除措施；節(jié)能效果

氣液增壓泵具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，且在運(yùn)行過程中能自動保壓等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各個行業(yè)，近年來如何提高氣液增壓泵的工作性能、使用壽命、節(jié)能利用等問題及其影響因素受到普遍關(guān)注，其中，如何處理好氣體混入氣液增壓泵油液的問題，成為一個重要的研究課題。

1 氣液泵的工作原理

氣液增壓泵是一種以有壓氣體作用于氣缸大面積活塞，帶動液壓缸小面積活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動，從而使液壓油獲得較大壓力輸出的裝置，簡稱氣液泵。圖1為雙作用式氣液泵工作原理示意圖，當(dāng)氣缸右端P1口進(jìn)氣、左端P2口排氣時，氣缸的活塞向左運(yùn)動，同時驅(qū)動兩油缸柱塞同向運(yùn)動，右油缸工作腔容積增大，形成真空而處于吸油過程，右上單向閥因上下壓差而關(guān)閉；同時左油缸工作腔容積減少而處于壓油過程，由于左下單向閥關(guān)閉，高壓油由左上單向閥經(jīng)P3口輸出；當(dāng)氣缸活塞運(yùn)動至左端盡頭時，磁性傳感器工作，自動換向閥換向，進(jìn)、排氣口改變，此時P2口進(jìn)氣、P1口排氣；柱塞反向運(yùn)動，右油缸將高壓油輸出至P3口，左油缸處于吸油過程；隨著氣缸活塞的往復(fù)循環(huán)，高壓油便連續(xù)輸送到液壓系統(tǒng)中去；當(dāng)氣壓驅(qū)動力和負(fù)載之間達(dá)到平衡時，氣缸活塞的往復(fù)運(yùn)動將減慢直至停止，此時泵的輸出壓力恒定，系統(tǒng)自動保壓，能量消耗最低；當(dāng)泄露等原因造成的液壓系統(tǒng)壓力下降，氣液泵都將自動啟動，保持回路壓力回

2 氣體進(jìn)入氣液泵油液中的途徑

氣體以兩種方式存在于油液中，其一氣體以微小氣泡的形式懸浮于油液中；其二氣體直接溶解于油液中，溶解于油液中氣體含量會隨著壓力的增加而增加，但當(dāng)壓力從高值降到一定值時溶解于油液中氣體將從油液中析出，產(chǎn)生大量微小氣泡并懸浮于油液中；隨著壓力進(jìn)一步降低和溫度升高，混入油液中微細(xì)的氣泡體積將膨脹并聚集而形成更大體積的氣泡，其幾何尺寸和分布密度將直接影響油液的物理性能，進(jìn)而影響氣液泵的工作穩(wěn)定性。

由于氣液泵中氣缸與油缸連體，其間僅用動密封裝置隔開，如圖1中的A、B處，由于缸中的壓力交替變化和油液流動速度變化大，因此相對于液壓泵，其油液更容易混入氣體，這種由氣泡混合于油液的混合油液，將導(dǎo)致油液體積彈性模量K的大幅下降，直接影響氣液泵的工作性能和使用壽命。所以應(yīng)及時檢測和處理氣液泵油液中混入氣體。

3 油液體積彈性模量的理論計算

則在工作壓力p作用下，純油液的體積為：

根據(jù)波義耳定律，一定質(zhì)量的氣體，在密閉容器中的定量氣體，在恒溫下，氣體的壓力和體積成反比關(guān)系，或壓力與體積的乘積保持不變，即：=常數(shù)。

圖1 氣液泵工作原理示意圖

根據(jù)式（1），計算當(dāng)自由氣體混入油液后的液體的體積彈性模量：

4 危害及相應(yīng)措施

4.1 危害

氣體混入油液后，將在油液中產(chǎn)生大量的氣泡，導(dǎo)致油液的流動狀態(tài)發(fā)生瞬時交替變化，呈劇烈的紊流狀態(tài)，加大沿程壓力損失和慣性損失；特別是油液流經(jīng)局部阻力區(qū)域時將受到很大的擾動，這時阻力系數(shù)要比正常值大很多倍，實(shí)際壓力損失更為嚴(yán)重；壓力損失轉(zhuǎn)換為熱能后，使得油液溫度快速增加，加速油液的氧化而縮短使用期限；油液的黏度也隨之下降，進(jìn)而使得泄露增大，傳動效率降低，節(jié)能效果變差；氣液泵內(nèi)工作壓力處于不斷變化中，油液中氣泡急劇縮小和放大，易產(chǎn)生氣穴與氣蝕現(xiàn)象，將惡化氣液泵的工作條件，最終表現(xiàn)在泵性能下降和壽命縮短，降低氣液泵的節(jié)能效果。此外，當(dāng)混入油液的氣體過量時，還將因油液的彈性模量大幅下降而降低油壓傳導(dǎo)速度，致使氣液泵反應(yīng)遲滯，最終導(dǎo)致液壓執(zhí)行元件傳動精度降低。

4.2 措施

在設(shè)計和使用上正確處理氣體混入油液問題的具體辦法有：

（1） 組成氣液泵左右油缸的缸體及其重要零部件應(yīng)采用抗腐蝕能力強(qiáng)、機(jī)械性能好的材料，并確保其有較高的強(qiáng)度和表面質(zhì)量。

（2）在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)避免前后孔徑變化大等不合理結(jié)構(gòu)，以免壓降大而導(dǎo)致溶解于油液中的空氣析出過量。

（3）適當(dāng)加大吸油管的內(nèi)徑，以降低吸油管中油液流速，或在吸油口設(shè)置輔助泵供應(yīng)足夠的低壓油。

（4）在油箱中設(shè)置傾斜30°左右的金屬網(wǎng)，破碎氣體，并及時補(bǔ)充油液。

（5）及時更換氣缸與油缸之間老化、磨損密封件，避免大量氣體進(jìn)入油缸，混入油液中。

（6）在安裝、調(diào)試或檢修、更換油液時，應(yīng)松開泵出口處的接頭或螺堵讓存于油缸中的氣體溢出，或空載啟動泵循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)幾次，以排盡氣體。

結(jié)語

油液中混入的氣體對液壓系統(tǒng)的危害極大，由于氣液泵缸體內(nèi)存在有一定壓力的氣體，極容易混入油液中，應(yīng)引起高度重視。本文給出了混入氣體后油液體積彈性模量的理論計算方法，并通過對體積彈性模量的檢測，推算出混入液體中的氣體量；對混入氣體后的危害進(jìn)行了闡述，并提供了幾種減少氣體進(jìn)入氣液泵的措施。實(shí)踐證明，通過以上幾點(diǎn)措施，是可以減少氣體的混入量，進(jìn)而提高氣液泵的工作性能、節(jié)能效果和使用壽命。

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