船舶液壓系統(tǒng)氣泡危害消除及設(shè)計應(yīng)用

【摘 要】：本文深入分析氣泡對船舶液壓系統(tǒng)的危害性及其產(chǎn)生機理的基礎(chǔ)上，研究了船舶液壓系統(tǒng)利用油箱消除氣泡兩種方法的弊病所在，介紹了一種防空氣入侵和氣泡消除的思路，為降低氣泡對船舶液壓系統(tǒng)的危害提供了一種新的途徑。

【關(guān)鍵詞】：液壓系統(tǒng) 系統(tǒng)危害 氣泡消除

1.氣泡對液壓系統(tǒng)的危害

液壓油作為動力的傳遞介質(zhì)，本應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能，但在生產(chǎn)、儲運及設(shè)備使用過程中極易受到各種形式的污染，對液壓系統(tǒng)造成不同程度的危害。

對船舶液壓系統(tǒng)油液質(zhì)量造成最大威脅的莫過于自然空氣的入侵產(chǎn)生氣泡，因為它對液壓油造成的污染具有雙重性：

首先，氣泡本身就是油液的污染物質(zhì)之一，設(shè)備運行過程中，系統(tǒng)工作壓力產(chǎn)生變化，氣泡急劇縮小和放大，即產(chǎn)生氣穴與氣蝕現(xiàn)象，降低容積效率，使系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲甚至遭到破壞。

其次，液壓油中氣泡的存在還將導(dǎo)致氣穴，產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，加劇元件表面剝蝕和損壞，引起系統(tǒng)的振動與噪音。降低設(shè)備運行可靠性，增大設(shè)備運行成本，對液壓系統(tǒng)造成相當(dāng)大的危害。使系統(tǒng)壓力產(chǎn)生脈動，元件、管路等連接松動執(zhí)行器輸出達不到額定值，并產(chǎn)生爬行、顫動，甚至產(chǎn)生誤動作。

2.船舶液壓系統(tǒng)自身消除氣泡能力分析

船舶液壓系統(tǒng)主要利用油箱來消除氣泡，利用液壓油在油箱內(nèi)的停留時間使氣泡依靠自身浮力浮出油面。但是氣泡雖輕，其體積卻很小，液壓設(shè)備工作時油箱隨船體做較大幅度擺動，而油液只是在油箱中匆匆而過，再則，由于泵的攪拌作用，微細化后的氣泡再經(jīng)過閥口高速噴出成為乳化液狀氣泡，即使在油箱中滯留相當(dāng)長的時間，靠氣泡自身浮力浮上油面極其困難。只有當(dāng)系統(tǒng)停止工作幾個小時以上，直徑較大的氣泡才能浮出油箱液面。事實證明，系統(tǒng)工作時的油箱基本上沒有消除空氣的功能。

船舶油箱透氣孔設(shè)有空氣過濾器，用來過濾空氣中較大的顆粒狀污染物質(zhì)，但其對于較小的顆粒及有害氣體卻無能為力。

3.傳統(tǒng)的空氣去除方法的不足

人們對液壓系統(tǒng)氣泡危害性的認識雖然存在差異，但在液壓裝置的設(shè)計制造過程中均考慮了氣泡的去除問題，沿用至今的唯一方法是利用油箱自然去除，即氣泡自行浮至油面溶入大氣。盡管在油箱的結(jié)構(gòu)上采取了多種措施，如水平截而積大于油液深度、設(shè)置隔板而延長油在箱內(nèi)的停留時間、進出油口盡量設(shè)置得遠些以及增大油箱體積等。但從氣泡去除效果以及裝置結(jié)構(gòu)方而來看仍有不足。

3. 1.氣泡去除效果差

如果氣泡界而的油液沒有向上運動，就完全要靠自身上浮。氣泡的上浮速度與氣泡的大小成正比，與油液粘度成反比。如直徑為0.3 mm的氣泡在粘度為100X10- 6m-/*的油液中每分鐘只上浮30mm。山于泵的攪拌作用，微細化后的氣泡再經(jīng)閥口高速噴出成為乳化液狀氣泡，這種氣泡即使在油箱內(nèi)滯留相當(dāng)長的時間，自行上浮也是極其困難的。由此可見，僅靠油箱來去除氣泡，其效果是相當(dāng)差的。

3. 2.液壓裝置結(jié)構(gòu)增大

油箱除具有儲油、冷卻功能之外，體積大的一個根本原因就是考慮到氣泡的清除，船舶液壓系統(tǒng)油箱的體積一般為泵流量的3至5倍，其它歐美國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定油箱的體積不得小于泵流量的3倍。增大油箱體積使裝置整體結(jié)構(gòu)變大，且不經(jīng)濟。

從以上分析可知，僅僅利用油箱消除液壓系統(tǒng)的空氣和氣泡，其效果是不盡如人意的，下面簡要介紹一種氣泡消除及防止氣泡入侵的裝置。

4.液壓系統(tǒng)氣泡清除器的設(shè)計和應(yīng)用

4.1. 氣泡消除裝置

氣泡是船舶液壓系統(tǒng)污染的萬惡之源，無論怎樣防護與管理，液壓系統(tǒng)中的氣泡總是難以避免的，根據(jù)油中氣泡難以自行消除的特點，可在系統(tǒng)回油路加入專用的氣泡消除裝置。該裝置的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。由于液體質(zhì)量大于氣泡質(zhì)量，在離心的作用下，氣泡向中心軸線方向聚集，中心軸線上的壓力是隨著液流螺旋加速度的增加而遞減的，在工作腔最小直徑處的中心壓力最低，氣泡在壓差和接近中心液流的帶動下向工作腔最小方向運動而聚合，后經(jīng)出氣管排出裝置之外。據(jù)資料顯示，這種裝置能消除系統(tǒng)中99%以上空氣。

4.2.氣囊式放氣泡入侵裝置

船舶液壓系統(tǒng)油箱為開式油箱，有一個通往大氣的通氣口，當(dāng)系統(tǒng)工作時，由于進出油箱的油液通常是不相等的，既油箱油位高度會發(fā)生經(jīng)常性變化，尤其是油箱油面減低時，含有大量微塵及各種化學(xué)成分氣體隨氣泡直接進入油箱，隨著油液在箱內(nèi)的流動，再加之油箱隨船舶的晃動，氣泡等有害物極易摻入油中，油箱就像一個吸塵器，液壓系統(tǒng)特別容易受到污染。針對此問題，“氣囊式放空氣入侵裝置”可較好地解決液壓系統(tǒng)“病從口入”這一最大污染源難題。

氣泡消除裝置是用質(zhì)地柔軟的橡膠制成，上端開口與油箱出氣口相連，下端裝有氣壓自動調(diào)節(jié)閥。氣囊體積的大小是根據(jù)油箱油液最大變化量確定的，在正常情況下使囊內(nèi)氣壓保持在±0.02MPa以內(nèi)，當(dāng)壓力低于或高于0.02MPa時均會對系統(tǒng)工作帶來不利，自動調(diào)節(jié)閥便根據(jù)內(nèi)部壓力變化情況自動開啟進行排氣或進氣，只要氣囊容積與油箱油液變化量匹配得當(dāng)，通常情況下自動調(diào)節(jié)閥常處于關(guān)閉狀態(tài)。其應(yīng)用簡況如圖所示。此裝置可有效地防止空氣等有害物進入船舶液壓系統(tǒng)，對液壓系統(tǒng)的保護啟到了關(guān)鍵性作用，它造價低廉，工作可靠性高。

4. 2. 1.氣泡消除裝置的主要特點

（ 1）由于液流在工作腔的旋流半徑很小，所以氣泡很容易向中心方向移動。另外，在工作腔的液體有較大的離心加速度，所以在半徑方向上形成了較大的壓力梯度，這十分有助于氣泡的析出。

（ 2）進入到工作腔的液體在導(dǎo)向葉輪的作用下具有較大的角動能，促使液體能夠維持較長距離的加速旋轉(zhuǎn)運動，這就增加了氣泡隨油液在工作腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，提高了氣泡清除效率。

（ 3） 氣泡消除裝置具有較大的壓差范圍，所以有較大的流量適應(yīng)區(qū)域，即對于某一規(guī)格的裝置來說，最大流量不小于最小流量的3倍，通過控制進油壓力，可使本裝置在一定的流量范圍內(nèi)始終處于良好的氣泡去除工況。

（ 4）適用于動力傳遞介質(zhì)的任何粘度油液的氣泡清除。

5.結(jié)束語

要強化船舶液壓系統(tǒng)的維護與管理，對于盡量減少氣泡對船舶液壓系統(tǒng)的危害，有著相當(dāng)重要的意義，如經(jīng)常檢查油箱油面，正確選用及適時更換液壓油，注意系統(tǒng)的排氣，設(shè)備停用時間較長或系統(tǒng)經(jīng)過修理、系統(tǒng)啟動后要適當(dāng)進行工作裝置的輕負荷運轉(zhuǎn)，可以把粒徑較大的氣泡隨油帶到油箱而自行上浮到油面，經(jīng)常檢查油泵進油管路密封情況等。

參考文獻

[1]艦船輔助機械，海軍工程大學(xué)。

[2]如何降低空氣對液壓系統(tǒng)的危害，液壓氣動與密封。

[3]船舶液壓技術(shù)，大連海事大學(xué)。