Источники загрязнений.
Не менее 80 % всех аварийных ситуаций в гидросистемах происходит из-за загрязненности рабочих жидкостей. Особенно чувствительны к загряз-нениям гидроагрегаты, работающие при высоких давлениях.
При эксплуатации, хранении, перевозках загрязнение рабочих жидкостей происходит непрерывно. Загрязняющие вещества выделяются из жидкости в виде частиц красителя, различных присадок и добавок, улучшающих те или иные свойства жидкостей. При длительном хранении в минеральных маслах могут развиваться колонии микроорганизмов, водорослей и грибков, представляющих собой желеобразную массу, которая прочно удерживается на поверхностях баков, трубопроводов, фильтров и гидроагрегатов.
Постоянно идет процесс окисления масел, используемых в качестве рабочих жидкостей и тем интенсивнее, чем выше температура и чем больше в масле эмульгированного воздуха. Катализаторами окисления являются частицы износа стальных и медных деталей гидромашин и гидроаппаратов.
При окислении образуются как растворимые, так и нерастворимые продукты, которые способствуют загущению минеральных масел и выпадению в виде «лаков» на поверхности деталей гидросистем.
При транспортной вибрации происходит увеличение размеров загрязняющих частиц от 10…20 мкм до 200 мкм, представляющих собой рыхлые образования, что обусловлено их противоположными электрическими зарядами, сохраняющимися в диэлектрической масляной среде.
Жидкости загрязняются частицами воздушной пыли при контакте с воздухом. В одном литре воздуха может содержаться до 200 000 тысяч пылинок, а предельная крупность частиц пыли составляет 50 мкм, хотя большинство частиц имеет размер около 10 мкм.
В составе воздушной пыли до 80% кварц, остальное – окись алюминия, полевой шпат и другие минералы, обладающие твердостью, превышающей твердость стали. При этом бóльшая часть пыли размерами соизмерима с зазорами в подвижных соединениях гидроагрегатов.
Непрерывно в жидкости повышается содержание продуктов износа трущихся деталей, но наибольшее количество загрязняющих частиц остается в гидросистеме и ее элементах после изготовления и ремонта. Это песок, попадающий при литье, пыль, осевшая на стенках, окалина от сварки, ковки или термической обработки, остатки механической обработки деталей, заусенцы от трубопроводов, волокна ветоши, остающиеся после протирки и т.д.
Кроме того, загрязнения попадают в жидкости при обслуживании гидросистем, при небрежном монтаже агрегатов, рукавов и трубопроводов, через не заглушенные соединительные узлы, из-за загрязненности инструментов, заправочных средств, одежды обслуживающего персонала и т. д.
Даже фильтры, предназначенные для очистки жидкостей, являются источниками загрязнений, так как в процессе работы их фильтрующие элементы, сделанные из войлока, бумаги, целлюлозы, стекловолокна, постепенно разрушаются, выносятся потоком жидкости в гидросистему и циркулируют в ней.
Жидкость считается чистой, если содержание загрязнений по массе не превышает 0,005%, что составляет 50 мг/л. Но массовая концентрация загрязненности лишь косвенно характеризует опасность самих загрязнений.
Если все частицы меньше 5 мкм, то они не представляют опасности, так как зазоры в трущихся деталях, как правило, больше.
Но таких жидкостей не бывает. Основная масса загрязняющих частиц имеет размеры 15…40 мкм, множество части 40…80 мкм и всегда присут-ствуют загрязнения гораздо бóльшего размера.
В рабочих жидкостях горных, строительно-дорожных, подъемно-транс-портных машин, постоянно работающих на строительных объектах, при анализе жидкостей гидросистем обнаруживаются загрязнения с концентрацией более 1000 мг/л при размерах частиц до 500 мкм.
Влияние загрязненности жидкостей на срок службы гидросистем.
Повышение тонкости фильтрации жидкости в гидросистеме с 20 до 5 мкм увеличивает срок службы насосов и гидромоторов более чем в десять раз, а гидроаппаратуры – в 5…7 раз. При фильтрации тонкостью 10 мкм износ гидрооборудования практически прекращается.
Но повышение чистоты рабочих жидкостей приводит к увеличению затрат на фильтрацию. Считается, что затраты на фильтрацию примерно удваиваются при переходе к каждому последующему классу чистоты, а всего их семнадцать!
При наличии загрязнений особенно интенсивный износ происходит в распределительных устройствах роторных насосов, что приводит к существенному снижению подачи и объемного к. п. д. гидромашины.
На рис. 1.9-а приведены зависимости относительного объемного к. п. д. аксиально-поршневого насоса, определяемого отношением ηт / ηн, от времени наработки при работе на очищенной 1 и загрязненных 2 жидкостях ( ηт – текущее значение объемного к. п. д, ηн – начальное значение объемного к. п. д. нового насоса).
а. б.
Рис. 1.9. Зависимости относительного к. п. д. объемного насоса (а) и относительного расхода через дроссель (б) от времени наработки
При наличии в жидкости загрязнений размером 20…30 мкм, рис. 1.9-а, объ-
емный к. п. д. насоса всего за шесть часов наработки снижается почти на 40%, а при работе на хорошо очищенной жидкости, изменения не про-исходит.
Взвешенные частицами при течении со скоростью до 200 м/с, притупляет кромки распределительных отверстий. От этого увеличиваются зазоры, изменяются коэффициенты расхода и сопротивления сопел и калиброванных отверстий.
На рис. 1.9-б показаны изменения относительного расхода Q от через дроссельное устройство в зависимости от времени работы под действием перепада давления ΔР = 10 МПа. Под относительным расходом понимается отношение расхода через дроссель в текущий момент времени Q т к расходу Q н через новый дроссель:
Q от = Q т / Q н.
Увеличение Q от вызвано износом отверстия в шайбе дросселя. При работе на загрязненной жидкости через двадцать часов проливки расход через дроссель увеличился на 11%.
Увеличение утечек рабочей жидкости из-за износа гидроагрегатов и аппаратов уменьшает жесткость гидросистем, скорость движения исполни-тельных механизмов и, вместе с тем, существенно понижает полный к. п. д. гидропривода машин.