混入氣液泵油液后的危害分析和消除措施

蘇萬清　鐘麗珠

摘 要：闡述氣體進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，介紹了在設計、使用過程中減少氣體混入量的措施。

關鍵詞：氣液泵；體積彈性模量；消除措施；節能效果

中圖分類號： TE32 文獻標識碼：A

氣液增壓泵具有結構簡單，操作方便，且在運行過程中能自動保壓等優點而廣泛應用于國民生產的各個行業，近年來如何提高氣液增壓泵的工作性能、使用壽命、節能利用等問題及其影響因素受到普遍關注，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現往復運動，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，當氣缸右端P1口進氣、左端P2口排氣時，氣缸的活塞向左運動，同時驅動兩油缸柱塞同向運動，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，由于左下單向閥關閉，高壓油由左上單向閥經P3口輸出；當氣缸活塞運動至左端盡頭時，磁性傳感器工作，自動換向閥換向，進、排氣口改變，此時P2口進氣、P1口排氣；柱塞反向運動，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循環，高壓油便連續輸送到液壓系統中去；當氣壓驅動力和負載之間達到平衡時，氣缸活塞的往復運動將減慢直至停止，此時泵的輸出壓力恒定，系統自動保壓，能量消耗最低；當泄露等原因造成的液壓系統壓力下降，氣液泵都將自動啟動，保持回路壓力回

2 氣體進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，產生大量微小氣泡并懸浮于油液中；隨著壓力進一步降低和溫度升高，混入油液中微細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，進而影響氣液泵的工作穩定性。

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

設標準大氣壓下油液的總體積為，氣體在油液中的溶解量為，若油液只有溶解的氣體無混入氣體，則溶解于油液的氣體體積為，純油液的體積為；若油液既有溶解的氣體又有混入氣體，設油液中混入的氣體體積為；當工作壓力為，設油液的總體積為，混入的氣體體積為，則溶解于油液的氣體體積為，純油液的體積為。（氣體的溶解量隨壓力的變化而變化，但變化量較小，可視為不變；同時由于工作溫度基本不變，去除溫度變化因素的影響[2]。）目前的氣液泵中，一般工作壓力設計在，純油的體積彈性模量為，在工程計算中一般取，標準大氣壓為，取工作壓力，常態油中氣體的溶解量可達6%～12%，常用液壓油的空氣溶解量為9%左右，假設油液中混有5%的氣體（實際大于該值），即，根據式（6）計算得：，即油液中混入5%空氣在工作壓力下，體積彈性模量下降為正常值的70%左右，且在低壓工況下下降更明顯。在工程應用上，通過測量油液的體積彈性模量，推算出油液的混氣量，從而初步判斷設備使用的合理性。

4 危害及相應措施

4.1 危害

氣體混入油液后，將在油液中產生大量的氣泡，導致油液的流動狀態發生瞬時交替變化，呈劇烈的紊流狀態，加大沿程壓力損失和慣性損失；特別是油液流經局部阻力區域時將受到很大的擾動，這時阻力系數要比正常值大很多倍，實際壓力損失更為嚴重；壓力損失轉換為熱能后，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，進而使得泄露增大，傳動效率降低，節能效果變差；氣液泵內工作壓力處于不斷變化中，油液中氣泡急劇縮小和放大，易產生氣穴與氣蝕現象，將惡化氣液泵的工作條件，最終表現在泵性能下降和壽命縮短，降低氣液泵的節能效果。此外，當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速度，致使氣液泵反應遲滯，最終導致液壓執行元件傳動精度降低。

4.2 措施

在設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采用抗腐蝕能力強、機械性能好的材料，并確保其有較高的強度和表面質量。

（2）在結構設計上應避免前后孔徑變化大等不合理結構，以免壓降大而導致溶解于油液中的空氣析出過量。

（3）適當加大吸油管的內徑，以降低吸油管中油液流速，或在吸油口設置輔助泵供應足夠的低壓油。

（4）在油箱中設置傾斜30°左右的金屬網，破碎氣體，并及時補充油液。

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

（6）在安裝、調試或檢修、更換油液時，應松開泵出口處的接頭或螺堵讓存于油缸中的氣體溢出，或空載啟動泵循環運轉幾次，以排盡氣體。

結語

油液中混入的氣體對液壓系統的危害極大，由于氣液泵缸體內存在有一定壓力的氣體，極容易混入油液中，應引起高度重視。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行了闡述，并提供了幾種減少氣體進入氣液泵的措施。實踐證明，通過以上幾點措施，是可以減少氣體的混入量，進而提高氣液泵的工作性能、節能效果和使用壽命。

參考文獻

[1]Hitchcox，A.L.Pneumatic cylinders epitomize variety.Hydraulics and Pneumatics，v53，n11，Nov， 2000：47-48，50，78.

[2]吳春玉，辛莉.液壓與氣動技術[M].北京：北京大學出版社，2008（08）：24-26.

[3]李新德.氣泡對液系統的危害及預防措施[J].液壓氣動與密封，2003：12-15.

[4]劉彥玲.關于液壓系統爬行的原因和解決方案[J].液壓氣動與密封，2008（04）：24-25.endprint

摘 要：闡述氣體進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，介紹了在設計、使用過程中減少氣體混入量的措施。

關鍵詞：氣液泵；體積彈性模量；消除措施；節能效果

中圖分類號： TE32 文獻標識碼：A

氣液增壓泵具有結構簡單，操作方便，且在運行過程中能自動保壓等優點而廣泛應用于國民生產的各個行業，近年來如何提高氣液增壓泵的工作性能、使用壽命、節能利用等問題及其影響因素受到普遍關注，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現往復運動，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，當氣缸右端P1口進氣、左端P2口排氣時，氣缸的活塞向左運動，同時驅動兩油缸柱塞同向運動，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，由于左下單向閥關閉，高壓油由左上單向閥經P3口輸出；當氣缸活塞運動至左端盡頭時，磁性傳感器工作，自動換向閥換向，進、排氣口改變，此時P2口進氣、P1口排氣；柱塞反向運動，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循環，高壓油便連續輸送到液壓系統中去；當氣壓驅動力和負載之間達到平衡時，氣缸活塞的往復運動將減慢直至停止，此時泵的輸出壓力恒定，系統自動保壓，能量消耗最低；當泄露等原因造成的液壓系統壓力下降，氣液泵都將自動啟動，保持回路壓力回

2 氣體進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，產生大量微小氣泡并懸浮于油液中；隨著壓力進一步降低和溫度升高，混入油液中微細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，進而影響氣液泵的工作穩定性。

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

設標準大氣壓下油液的總體積為，氣體在油液中的溶解量為，若油液只有溶解的氣體無混入氣體，則溶解于油液的氣體體積為，純油液的體積為；若油液既有溶解的氣體又有混入氣體，設油液中混入的氣體體積為；當工作壓力為，設油液的總體積為，混入的氣體體積為，則溶解于油液的氣體體積為，純油液的體積為。（氣體的溶解量隨壓力的變化而變化，但變化量較小，可視為不變；同時由于工作溫度基本不變，去除溫度變化因素的影響[2]。）目前的氣液泵中，一般工作壓力設計在，純油的體積彈性模量為，在工程計算中一般取，標準大氣壓為，取工作壓力，常態油中氣體的溶解量可達6%～12%，常用液壓油的空氣溶解量為9%左右，假設油液中混有5%的氣體（實際大于該值），即，根據式（6）計算得：，即油液中混入5%空氣在工作壓力下，體積彈性模量下降為正常值的70%左右，且在低壓工況下下降更明顯。在工程應用上，通過測量油液的體積彈性模量，推算出油液的混氣量，從而初步判斷設備使用的合理性。

4 危害及相應措施

4.1 危害

氣體混入油液后，將在油液中產生大量的氣泡，導致油液的流動狀態發生瞬時交替變化，呈劇烈的紊流狀態，加大沿程壓力損失和慣性損失；特別是油液流經局部阻力區域時將受到很大的擾動，這時阻力系數要比正常值大很多倍，實際壓力損失更為嚴重；壓力損失轉換為熱能后，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，進而使得泄露增大，傳動效率降低，節能效果變差；氣液泵內工作壓力處于不斷變化中，油液中氣泡急劇縮小和放大，易產生氣穴與氣蝕現象，將惡化氣液泵的工作條件，最終表現在泵性能下降和壽命縮短，降低氣液泵的節能效果。此外，當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速度，致使氣液泵反應遲滯，最終導致液壓執行元件傳動精度降低。

4.2 措施

在設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采用抗腐蝕能力強、機械性能好的材料，并確保其有較高的強度和表面質量。

（2）在結構設計上應避免前后孔徑變化大等不合理結構，以免壓降大而導致溶解于油液中的空氣析出過量。

（3）適當加大吸油管的內徑，以降低吸油管中油液流速，或在吸油口設置輔助泵供應足夠的低壓油。

（4）在油箱中設置傾斜30°左右的金屬網，破碎氣體，并及時補充油液。

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

（6）在安裝、調試或檢修、更換油液時，應松開泵出口處的接頭或螺堵讓存于油缸中的氣體溢出，或空載啟動泵循環運轉幾次，以排盡氣體。

結語

油液中混入的氣體對液壓系統的危害極大，由于氣液泵缸體內存在有一定壓力的氣體，極容易混入油液中，應引起高度重視。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行了闡述，并提供了幾種減少氣體進入氣液泵的措施。實踐證明，通過以上幾點措施，是可以減少氣體的混入量，進而提高氣液泵的工作性能、節能效果和使用壽命。

參考文獻

[1]Hitchcox，A.L.Pneumatic cylinders epitomize variety.Hydraulics and Pneumatics，v53，n11，Nov， 2000：47-48，50，78.

[2]吳春玉，辛莉.液壓與氣動技術[M].北京：北京大學出版社，2008（08）：24-26.

[3]李新德.氣泡對液系統的危害及預防措施[J].液壓氣動與密封，2003：12-15.

[4]劉彥玲.關于液壓系統爬行的原因和解決方案[J].液壓氣動與密封，2008（04）：24-25.endprint

摘 要：闡述氣體進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，介紹了在設計、使用過程中減少氣體混入量的措施。

關鍵詞：氣液泵；體積彈性模量；消除措施；節能效果

中圖分類號： TE32 文獻標識碼：A

氣液增壓泵具有結構簡單，操作方便，且在運行過程中能自動保壓等優點而廣泛應用于國民生產的各個行業，近年來如何提高氣液增壓泵的工作性能、使用壽命、節能利用等問題及其影響因素受到普遍關注，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現往復運動，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，當氣缸右端P1口進氣、左端P2口排氣時，氣缸的活塞向左運動，同時驅動兩油缸柱塞同向運動，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，由于左下單向閥關閉，高壓油由左上單向閥經P3口輸出；當氣缸活塞運動至左端盡頭時，磁性傳感器工作，自動換向閥換向，進、排氣口改變，此時P2口進氣、P1口排氣；柱塞反向運動，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循環，高壓油便連續輸送到液壓系統中去；當氣壓驅動力和負載之間達到平衡時，氣缸活塞的往復運動將減慢直至停止，此時泵的輸出壓力恒定，系統自動保壓，能量消耗最低；當泄露等原因造成的液壓系統壓力下降，氣液泵都將自動啟動，保持回路壓力回

2 氣體進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，產生大量微小氣泡并懸浮于油液中；隨著壓力進一步降低和溫度升高，混入油液中微細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，進而影響氣液泵的工作穩定性。

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

設標準大氣壓下油液的總體積為，氣體在油液中的溶解量為，若油液只有溶解的氣體無混入氣體，則溶解于油液的氣體體積為，純油液的體積為；若油液既有溶解的氣體又有混入氣體，設油液中混入的氣體體積為；當工作壓力為，設油液的總體積為，混入的氣體體積為，則溶解于油液的氣體體積為，純油液的體積為。（氣體的溶解量隨壓力的變化而變化，但變化量較小，可視為不變；同時由于工作溫度基本不變，去除溫度變化因素的影響[2]。）目前的氣液泵中，一般工作壓力設計在，純油的體積彈性模量為，在工程計算中一般取，標準大氣壓為，取工作壓力，常態油中氣體的溶解量可達6%～12%，常用液壓油的空氣溶解量為9%左右，假設油液中混有5%的氣體（實際大于該值），即，根據式（6）計算得：，即油液中混入5%空氣在工作壓力下，體積彈性模量下降為正常值的70%左右，且在低壓工況下下降更明顯。在工程應用上，通過測量油液的體積彈性模量，推算出油液的混氣量，從而初步判斷設備使用的合理性。

4 危害及相應措施

4.1 危害

氣體混入油液后，將在油液中產生大量的氣泡，導致油液的流動狀態發生瞬時交替變化，呈劇烈的紊流狀態，加大沿程壓力損失和慣性損失；特別是油液流經局部阻力區域時將受到很大的擾動，這時阻力系數要比正常值大很多倍，實際壓力損失更為嚴重；壓力損失轉換為熱能后，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，進而使得泄露增大，傳動效率降低，節能效果變差；氣液泵內工作壓力處于不斷變化中，油液中氣泡急劇縮小和放大，易產生氣穴與氣蝕現象，將惡化氣液泵的工作條件，最終表現在泵性能下降和壽命縮短，降低氣液泵的節能效果。此外，當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速度，致使氣液泵反應遲滯，最終導致液壓執行元件傳動精度降低。

4.2 措施

在設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采用抗腐蝕能力強、機械性能好的材料，并確保其有較高的強度和表面質量。

（2）在結構設計上應避免前后孔徑變化大等不合理結構，以免壓降大而導致溶解于油液中的空氣析出過量。

（3）適當加大吸油管的內徑，以降低吸油管中油液流速，或在吸油口設置輔助泵供應足夠的低壓油。

（4）在油箱中設置傾斜30°左右的金屬網，破碎氣體，并及時補充油液。

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

（6）在安裝、調試或檢修、更換油液時，應松開泵出口處的接頭或螺堵讓存于油缸中的氣體溢出，或空載啟動泵循環運轉幾次，以排盡氣體。

結語

油液中混入的氣體對液壓系統的危害極大，由于氣液泵缸體內存在有一定壓力的氣體，極容易混入油液中，應引起高度重視。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行了闡述，并提供了幾種減少氣體進入氣液泵的措施。實踐證明，通過以上幾點措施，是可以減少氣體的混入量，進而提高氣液泵的工作性能、節能效果和使用壽命。

參考文獻

[1]Hitchcox，A.L.Pneumatic cylinders epitomize variety.Hydraulics and Pneumatics，v53，n11，Nov， 2000：47-48，50，78.

[2]吳春玉，辛莉.液壓與氣動技術[M].北京：北京大學出版社，2008（08）：24-26.

[3]李新德.氣泡對液系統的危害及預防措施[J].液壓氣動與密封，2003：12-15.

[4]劉彥玲.關于液壓系統爬行的原因和解決方案[J].液壓氣動與密封，2008（04）：24-25.endprint