Влияние воздуха на минеральные масла гидравлических лифтов

Во всех жидкостях, находящихся в контакте с газом, в частности, с воздухом, в той или иной степени происходит растворение этого газа, в зависимости от давления и температуры самой жидкости.

Количество газа находится в прямой зависимости от давления и обратно пропорционально температуре.

При 20 °С и атмосферном давлении минеральные масла содержат приблизительно 9% объема воздуха, т.е. 100 литров масла содержат около 9 литров воздуха.

Этот воздух растворяется на молекулярном уровне, он невидим и ни в коей мере не влияет на плотность, вязкость и сжимаемость.

Когда при уменьшении давления и/или увеличении температуры снижается степень растворимости воздуха в масле, избыточный воздух образует пузырьки больших или меньших размеров, которые стремятся подняться на поверхность жидкости, образуя нечто вроде пены внутри самой жидкости, которая приобретает пастообразный вид. Такое же явление возникновения пузырьков воздуха может наблюдаться, если масло в своем движении проходит через воздушные участки, или если в резервуаре образуются сильные завихрения.

Удаление внутренней пены зависит от времени покоя и от скорости подъема пузырьков воздуха, которая, в свою очередь, зависит от размеров самих пузырьков, от вязкости масла, от присутствия специальных присадок и т.д.

Следует также отметить, что если быстрое понижение давления вызывает столь же быстрое преобразование воздуха, содержащегося на молекулярном уровне в пузырьках, при обратном явлении, т.е. при повышении давления, это происходит значительно медленнее, поэтому лишь часть свободного воздуха мгновенно растворяется в жидкости на молекулярном уровне.

Присутствие свободного воздуха в масле вызывает повышение его сжимаемости, что приводит к возникновению вибраций и шума с последующим образованием эрозии и кавитации, а также к опусканию или подъему кабины при любом положительном или отрицательном изменении давления.

Обычно о возможности такого явления предостерегают в тех случаях, когда в наличии имеются большие массы жидкости и значительные производительности. Особое значение этот вопрос может приобретать для пассажирских и грузовых лифтов при повышенных требованиях к точности остановки.

Сжимаемость минерального масла не является постоянной величиной; она уменьшается при увеличении давления и зависит от количества воздуха, присутствующего в жидкости в газообразном состоянии, а также от способа сжатия, т.е. отводится ли образующееся при сжатии тепло мгновенно и полностью или же оно остается в жидкости, вызывая повышение ее температуры.

График зависимости коэффициента сжимаемости от давления представлен на рис.2.3. По оси абсцисс указана величина давления в Мпа.

С присутствием свободного воздуха в жидкости связан так называемый эффект Дизеля.

При быстром сжатии воздушного пузырька может оказаться, что сжатие является адиабатическим, и, следовательно, происходит значительное повышение температуры пузырька и содержащихся в нем паров масла. Эта температура может намного превышать температуру самовозгорания смеси и вызвать взрыв пузырька с пагубными последствиями для гидравлической установки, в частности, для уплотнений. Иллюстрацией могут служить графики, приведенные на рис. 2.4, По оси ординат отложена температура в °С, а по оси абсцисс - давление в МПа. На каждом из графиков указано время сжатия пузырьков в секундах [ 23 ].

Как показывают графики на рис. 2.4, если, например, давление масла возрастает от 0 до 5 МПа в течение 0,125 секунды, температура воздушного пузырька может подняться выше 600 °С, и пузырек взорвется.

Для возникновения дизельного эффекта необходимо, чтобы отношение между начальным и конечным давлениями было выше 1/20, т.е., чтобы начальное давление около 0,1 - 0,2 МПа, которое может присутствовать в трубопроводе, не подвергаемом рабочему давлению, быстро возросло до 4 - 5 МПа.

В пассажирских и грузовых лифтах данное явление практически не возникает благодаря совокупности благоприятных условий, к которым относятся: тщательное удаление воздуха, присутствующего в гидравлической линии в момент установки лифта; ограниченный скачок давления от статического до рабочего даже при полностью загруженной кабине; и, что очень важно, невысокое значение давления, которое должен преодолевать насос при пуске в фазе подъема. И действительно, в первые моменты всасываемое масло не достигает мгновенно цилиндра, а возвращается в резервуар при росте давления в несколько бар, и лишь постепенно давление жидкости возрастает до режимного.