液壓系統中的氣穴現象
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氣穴現象
    在液壓系統中,當流動液體某處的壓力低于空氣分離壓時,原先溶解在液體中的空氣就會游離出來,使液體中產生大量氣泡,這種現象稱為氣穴現象。氣穴現象使液壓裝置產生噪聲和振動,使金屬表面受到腐蝕。為了說明氣穴現象的機理,必須先介紹一下液體的空氣分離壓和飽和蒸氣壓。
    一、空氣分離壓和飽和蒸氣壓
    液體不可避免地會含有一定量的空氣。液體中所含空氣體積的分數稱為它的含氣量???/span>氣可溶解在液體中,也可以氣泡的形式混合在液體之中??掌諞禾逯械娜芙舛扔胍禾宓木?/span>
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對壓力成正比,如圖3-36a所示。在常溫常壓下,石油基液壓油的空氣溶解度約等于
6%~12%。溶解在液體中的空氣對液體的體積模量沒有影響,但當液體的壓力降低時,這些
氣體就會從液體中分離出來,如圖3-36b所示。
               
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
    壓 jjprMPa
        a)
jjplMPa
    b1
    圖3-36氣體溶解度以及從油液中放出的氣體體積與壓力間的關系
    a)溶解度與壓力間的關系b)油液中放出氣體體積與壓力間的關系
    在一定溫度下,當液體壓力低于某值時,溶解在液體中的空氣將會突然地迅速從液體中
分離出來,產生大量氣泡,這個壓力稱為液體在該溫度下的空氣分離壓?;煊釁蕕囊禾迤?/span>
體積模量將明顯減小。氣泡越多,液體的體積模量越小。
    石油基液壓油在靜止狀態下空氣的溶解度與時間的關系如圖3-37所示,它反映了溶解
速度。一般說來,溶解過程并不很快,因此要想通過系統高壓區來全部溶解混入液壓液中的
氣泡是不太可能的。
    當液體在某一溫度下其壓力繼續下降而低于一定數值時,液體本身便迅速汽化,產生大
量蒸氣,這時的壓力稱為液體在該溫度下的飽和蒸氣壓。一般說來,液體的飽和蒸氣壓比空
氣分離壓要小得多。幾種液壓液的飽和蒸氣壓與溫度的關系如圖3-38所示。
3-37空氣在液壓油中的溶解度與時間的關系
 
    溫度,℃
  圖3-38飽和蒸氣壓和溫度的關系
1-水包油乳化液2-水一乙二醇液3-合成液
4-石油基油液5-硅酸酯液6-磷酸酯液
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    由此可見,要使液壓液不產生大量氣泡,
氣分離壓。
    二、節流口處的氣穴現象
它的最低壓力不得低于液壓液所在溫度下的空
    口C
    當液流流到圖3-39所示的節流口的喉部位置時,根
據能量方程,該處的壓力要降低。如該處壓力低于液壓
液工作溫度下的空氣分離壓,溶解在液壓液中的空氣將
迅速地大量分離出來,變成氣泡,產生氣穴。表征薄壁
孔口氣穴的相似判據為氣穴系數c
     P2 - pf;
             (3-68)
     式中p.、p:——薄壁孔口前、后的壓力;
    p。——液壓液的空氣分離壓。
    薄壁孑L口的無氣穴條件為c<3.5。
    氣穴發生時,液流的流動特性變壞,造成流量不
3-39節流口的氣穴現象
穩,噪聲驟增。特別是當帶有氣泡的液壓油液被帶到下
游高壓部位時,周圍的高壓使氣泡絕熱壓縮,迅速崩潰,局部可達到非常高的溫度和沖擊壓
力。例如在38℃下工作的液壓泵,當泵的輸出壓力分別為6.8、13.6、20. 4MPa時,氣泡崩潰處的局部溫度可達766℃、993℃、1149℃,沖擊壓力可以達到幾百兆帕。這樣的局部高溫和沖擊壓力,一方面使那里的金屬疲勞,另一方面又使液壓油液變質,對金屬產生化學腐蝕作用,因而使元件表面受到侵蝕、剝落,或出現海綿狀的小洞穴。這種因氣穴而對金屬表面產生腐蝕的現象稱為氣蝕。氣蝕會嚴重損傷元件表面質量,大大縮短其使用壽命,因而必須加以防范。
    關于液壓泵的氣穴問題將在第四章中進行敘述。
    三、減小氣穴現象的措施
    在液壓系統中,哪里壓力低于空氣分離壓,那里就會產生氣穴現象。為了防止氣穴現象
的發生,最根本的一條是避免液壓系統中的壓力過分降低。具體措施有:
    1)減小閥孔口前后的壓差,一般希望其壓力比P1/P2<3.5。
    2)正確設計和使用液壓泵站(詳見第四章第七節)。
    3)液壓系統各元部件的連接處要密封可靠,嚴防空氣侵入。,
    4)采用抗腐蝕能力強的金屬材料,提高零件的機械強度,減小零件表面粗糙度值。

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