Veze između čestica tečnosti, kao što znamo, slabije su nego između molekula u čvrstom stanju. Stoga treba očekivati da se pri istom zagrijavanju tečnosti šire u većoj mjeri nego čvrste tvari. To je zaista potvrđeno iskustvom.
Bocu sa uskim i dugim grlom napunite toniranom tečnošću (voda ili bolje sa kerozinom) do pola grla i označite nivo tečnosti gumenim prstenom. Nakon toga spuštamo tikvicu u posudu sa vrućom vodom. Prvo će se uočiti smanjenje nivoa tečnosti u grlu tikvice, a zatim će nivo početi da raste i značajno raste iznad početnog. To je zbog činjenice da se posuda u početku zagrijava, a volumen joj se povećava. To uzrokuje pad nivoa tečnosti. Zatim se tečnost zagreva. Šireći se, ne samo da ispunjava povećani volumen posude, već i značajno premašuje ovu zapreminu. Shodno tome, tečnosti se šire u većoj meri nego čvrste materije.
Temperaturni koeficijenti zapreminskog širenja tečnosti su znatno veći od koeficijenata zapreminskog širenja čvrste materije; mogu dostići vrednosti od 10 -3 K -1.
Tečnost se ne može zagrijati bez zagrijavanja posude u kojoj se nalazi. Stoga ne možemo uočiti pravo širenje tečnosti u posudi, jer širenje posude potcenjuje prividno povećanje zapremine tečnosti. Međutim, koeficijent zapreminskog širenja stakla i drugih čvrstih materija je obično mnogo manji od koeficijenta zapreminskog širenja tečnosti, a uz ne baš tačna merenja, povećanje zapremine posude može se zanemariti.
Karakteristike ekspanzije vode
Najčešća tečnost na Zemlji - voda - ima posebna svojstva koja je razlikuju od drugih tečnosti. U vodi, kada se zagrije od 0 do 4 ° C, volumen se ne povećava, već se smanjuje. Tek na 4 ° C volumen vode počinje da se povećava kada se zagrije. Na 4°C, dakle, zapremina vode je minimalna, a gustina maksimalna *. Slika 9.4 prikazuje primjer gustine vode u odnosu na temperaturu.
* Ovi podaci se odnose na slatku (hemijski čistu) vodu. Imati morska voda najveća gustina se uočava na oko 3°C.
Zapaženo posebno svojstvo vode ima veliki uticaj na prirodu razmene toplote u vodnim tijelima. Kada se voda ohladi, na početku, gustina gornjih slojeva povećavaju a oni opadaju. Ali nakon što zrak dostigne temperaturu od 4°C, daljnje hlađenje već smanjuje gustoću, a na površini ostaju hladni slojevi vode. Kao rezultat toga, u dubokim vodenim tijelima, čak i pri vrlo niskim temperaturama zraka, voda ima temperaturu od oko 4 ° C.
Volumen tečnosti i čvrstih materija raste direktno proporcionalno porastu temperature. Anomalija je pronađena u blizini vode: njena gustina je maksimalna pri 4 °C.
§ 9.4. Obračun i upotreba toplinskog širenja tijela u tehnici
Iako se linearne dimenzije i zapremine tijela malo mijenjaju s promjenom temperature, ipak se ova promjena često mora uzeti u obzir u praksi; u isto vrijeme, ovaj fenomen ima široku primjenu u svakodnevnom životu i tehnologiji.
Uzimajući u obzir termičko širenje tijela
Promjena veličine čvrstih tijela zbog toplinskog širenja dovodi do pojave ogromnih elastičnih sila ako druga tijela spriječe ovu promjenu veličine. Na primjer, čelična greda mosta poprečnog presjeka od 100 cm 2, kada se zagrije od -40 ° C zimi do +40 ° C ljeti, ako oslonci sprječavaju da se produži, stvara pritisak na nosače (naprezanje ) do 1,6 10 8 Pa, odnosno djeluje na oslonce silom od 1,6 10 6 N.
Date vrijednosti se mogu dobiti iz Hookeovog zakona i formule (9.2.1) za toplinsko širenje tijela.
Prema Hookeovom zakonu, mehanički stres 
,gdje 
- relativno izduženje, a E- Youngov modul. Prema (9.2.1) 
... Zamjenom ove vrijednosti relativne elongacije u formuli za Hookeov zakon, dobijamo
(9.4.1)
Čelik ima Youngov modul E= 2,1 10 11 Pa, temperaturni koeficijent linearnog širenja α 1 = 9 10 -6 K -1. Zamjenom ovih podataka u izraz (9.4.1), dobijamo da je na Δ t = 80 °C mehaničko naprezanje σ = 1,6 10 8 Pa.
Jer S = 10 -2 m 2, zatim sila F = σS = 1,6 10 6 N.
Da bismo demonstrirali sile koje se pojavljuju kada se metalna šipka ohladi, može se izvesti sljedeći eksperiment. Zagrijemo željeznu šipku s rupom na kraju u koju je umetnuta šipka od lijevanog željeza (slika 9.5). Zatim ćemo ovu šipku umetnuti u masivno metalno postolje sa žljebovima. Kada se ohladi, šipka se skuplja i u njoj nastaju tako jake elastične sile da se šipka od lijevanog željeza lomi.
Toplotno širenje tijela mora se uzeti u obzir pri projektiranju mnogih konstrukcija. Mora se voditi računa da se osigura da se tijela mogu slobodno širiti ili skupljati kada se temperatura promijeni.
Na primjer, nemoguće je, na primjer, čvrsto povući telegrafske žice, kao i žice dalekovoda (elektrovoda) između nosača. Ljeti je opuštanje žica primjetno veće nego zimi.
Metalni parovodi, kao i cijevi za grijanje vode, moraju biti snabdjeveni krivinama (kompenzatorima) u obliku petlji (slika 9.6).
Unutrašnja naprezanja mogu nastati kada se homogeno tijelo neravnomjerno zagrije. Na primjer, Staklena boca ili čaša debelog stakla može prsnuti ako se ulije u njih vruća voda... Prije svega se zagrijavaju unutrašnji dijelovi posude koji dolaze u kontakt sa toplom vodom. Šire se i vrše snažan pritisak na vanjske hladne dijelove. Stoga može doći do uništenja plovila. Tanka čaša ne puca kada se u nju ulije topla voda, jer se njeni unutrašnji i vanjski dijelovi jednako brzo zagrijavaju.
Kvarc staklo ima vrlo nizak temperaturni koeficijent linearne ekspanzije. Takvo staklo podnosi, bez pucanja, neravnomjerno zagrijavanje ili hlađenje. Na primjer, hladna voda se može sipati u usijanu staklenu tikvicu od kvarcnog stakla, dok obična staklena boca pukne tokom ovog eksperimenta.
Različite materijale koji se periodično zagrijavaju i hlade treba spajati samo kada se njihove dimenzije mijenjaju jednako s temperaturnim promjenama. Ovo je posebno važno za velike veličine proizvoda. Tako se, na primjer, željezo i beton šire na isti način kada se zagrijavaju. Zbog toga je armirani beton postao široko rasprostranjen - stvrdnuta betonska otopina ulivena u čeličnu rešetku - armaturu (slika 9.7). Ako bi se željezo i beton širili na različite načine, tada bi uslijed dnevnih i godišnjih temperaturnih kolebanja, armiranobetonska konstrukcija ubrzo propala.
Još nekoliko primjera. Metalni provodnici zalemljeni u staklene cilindre električnih lampi i radio cijevi izrađeni su od legure (gvožđa i nikla), koja ima isti koeficijent ekspanzije kao staklo, inače bi staklo pucalo pri zagrijavanju metala. Emajl koji se koristi za pokrivanje posuđa i metal od kojeg je posuđe napravljeno moraju imati isti koeficijent linearne ekspanzije. U suprotnom, emajl će pucati kada se posuđe prekriveno njime zagrije i ohladi.
U tečnosti se mogu razviti i značajne sile ako se zagreva u zatvorenoj posudi koja ne dozvoljava tečnosti da se širi. Ove sile mogu dovesti do uništenja sudova koji sadrže tečnost. Stoga se mora računati i na ovo svojstvo tečnosti. Na primjer, sistemi cijevi za toplu vodu uvijek su opremljeni ekspanzionom posudom koja je povezana na vrh sistema i komunicira sa atmosferom. Kada se voda u cijevnom sistemu zagrije, mali dio vode ulazi u ekspanzioni rezervoar, a to eliminira stanje naprezanja vode i cijevi. Iz istog razloga, energetski transformator hlađen uljem ima konzervator ulja na vrhu. Kada temperatura poraste, nivo ulja u rezervoaru raste, a kada se ulje ohladi, opada.
Toplotno širenje tekućine sastoji se u tome što može promijeniti svoj volumen kada se temperatura promijeni. Ovu nekretninu karakterizira t temperaturni koeficijent volumetrijskog širenja , predstavlja relativnu promenu zapremine tečnosti sa promenom temperature za jednu jedinicu (za 1 o C) i pri konstantnom pritisku:
Po analogiji sa svojstvom stišljivosti tekućine možemo pisati
ili kroz gustinu
Promjena volumena s promjenom temperature nastaje zbog promjene gustine.
Za većinu tečnosti koeficijent t opada sa porastom pritiska. Koeficijent t sa smanjenjem gustine naftnih proizvoda od 920 prije 700 kg/m 3 povećava od 0,0006 prije 0,0008 ; za radne fluide hidrauličnih sistema t obično se uzima kao nezavisno od temperature. Za ove tečnosti, povećanje pritiska sa atmosferskog na 60 MPa dovodi do rasta t by about 10 – 20 % ... Štaviše, što je viša temperatura radnog fluida, to je povećanje veće t ... Za vodu sa porastom pritiska na temperaturama do 50 O C t raste i na temperaturama iznad 50 O C smanjuje se.
Otapanje gasova
Otapanje gasova - sposobnost tečnosti da apsorbuje (otapa) gasove u dodiru sa njom. Sve tečnosti apsorbuju i rastvaraju gasove u jednom ili drugom stepenu. Ovu nekretninu karakterizira koeficijent rastvorljivosti k R .
E 
Ako je u zatvorenoj posudi tečnost u kontaktu sa gasom pod pritiskom P
1
, tada će se gas početi rastvarati u tečnosti. Nakon nekog vremena
doći će do zasićenja tečnosti gasom i pritisak u posudi će se promeniti. Koeficijent rastvorljivosti povezuje promenu pritiska u posudi sa zapreminom rastvorenog gasa i zapreminom tečnosti na sledeći način
gdje V G - zapreminu rastvorenog gasa u normalnim uslovima,
V f - zapreminu tečnosti,
P 1 i P 2 - početni i završni pritisak gasa.
Koeficijent rastvorljivosti zavisi od vrste tečnosti, gasa i temperature.
Na temperaturi 20 ºS a atmosferski pritisak u vodi sadrži oko 1,6% rastvoreni vazduh po zapremini ( k str = 0,016 ). Sa porastom temperature od 0 prije 30 ºS smanjuje se koeficijent rastvorljivosti vazduha u vodi. Koeficijent rastvorljivosti vazduha u uljima na temperaturi 20 ºS jednako oko 0,08 – 0,1 ... Kiseonik je rastvorljiviji od vazduha, stoga je sadržaj kiseonika u vazduhu rastvorenom u tečnosti približno 50% viši od atmosferskog. Sa smanjenjem pritiska, gas se oslobađa iz tečnosti. Evolucija gasa je intenzivnija od rastvaranja.
Vrenje
Vrenje je sposobnost tečnosti da pređe u gasovito stanje. Inače, ovo svojstvo tečnosti se naziva volatilnost .
Tečnost se može dovesti do ključanja podizanjem temperature na vrednosti veće od tačke ključanja pri datom pritisku, ili snižavanjem pritiska na vrednosti niže od pritiska zasićene pare str np tečnost na datoj temperaturi. Formiranje mjehurića kada se pritisak smanji na pritisak zasićene pare naziva se hladno ključanje.
Tečnost iz koje je uklonjen gas otopljen u njoj naziva se degazirana. U takvoj tečnosti, ključanje se ne dešava čak ni na temperaturi višoj od tačke ključanja pri datom pritisku.
15.07.2012
Fizička svojstva hidrauličkih ulja i njihov utjecaj na performanse
1. Viskoznost, viskozitetno-temperaturne karakteristike
Viskoznost je najvažniji kriterij za procjenu nosivosti hidrauličkog ulja. Viskoznost se razlikuje po dinamičkim i kinematičkim pokazateljima.
Industrijska ulja za podmazivanje i hidraulička ulja se klasifikuju prema ISO razredi viskoziteta zasnovani na njihovoj kinematičkoj viskoznosti, koja se zauzvrat opisuje kao omjer dinamičke viskoznosti prema gustini. Referentna temperatura je 40°C. Zvanična mjerna jedinica ( Sv) za kinematičku viskoznost je m2/s, au industriji prerade nafte jedinica za mjerenje kinematičke viskoznosti je cSt(centistokes) ili mm 2 / s. Klasifikacija viskoziteta ISO, DIN 51519 za tečne industrijske maziva opisuje 18 razreda (klasa) viskoznosti od 2 do 1500 mm 2 / s na temperaturi od 40 ° C. Svaki razred je određen prosječnom viskoznošću na 40 °C i sa tolerancijom od ± 10% ove vrijednosti. Ovisnost viskozitet-temperatura ima veliki značaj za hidraulična ulja. Viskoznost naglo raste sa padom temperature i opada sa porastom temperature. U praktičnom smislu, prag viskoznosti tečnosti (dozvoljeni viskozitet pri pokretanju, cca. 800-2000 mm 2 / s) je neophodan za upotrebu u pumpama različite vrste... Minimalna dozvoljena viskoznost pri visokim temperaturama određena je početkom granične faze trenja. Minimalni viskozitet ne smije biti manji od 7-10 mm 2 / s kako bi se izbjeglo neprihvatljivo trošenje pumpi i motora. Krivulje na grafovima viskozitet-temperatura opisuju ovisnost viskoznosti hidrauličnih tekućina o temperaturi. U linearnim uslovima B-T- krive su hiperbolične. Matematičkom transformacijom, ove B - T- krive se mogu predstaviti kao prave linije. Ove linije omogućavaju precizna mjerenja viskoziteta u širokom temperaturnom rasponu. Indeks viskoznosti (VI) je kriterijum B - T-zavisnosti, i B-T- kriva - sa gradijentom na grafikonu. Što je veći IV hidrauličke tekućine, manja je promjena viskoziteta s promjenom temperature, tj. pliće je B - T- kriva. Hidraulička ulja na bazi mineralnih ulja obično imaju prirodni IV 95-100. Sintetička hidraulička ulja na bazi estera imaju maksimalno IV od 140-180, a poliglikoli - prirodna IV 180-200 (Sl. 1)
Indeks viskoznosti se također može povećati korištenjem aditiva (polimernih aditiva koji moraju biti stabilni na smicanje) koji se nazivaju VI poboljšivači ili aditivi za viskoznost. Hidraulična ulja visokog VI omogućavaju lako pokretanje, smanjuju gubitak performansi na niskim temperaturama okoline i poboljšavaju zaptivanje i zaštitu od habanja pri visokim radnim temperaturama. Ulja visokog indeksa poboljšavaju efikasnost sistema i produžavaju životni vek delova koji su podložni habanju (što je veći viskozitet na radnim temperaturama, to je bolji odnos zapremine).
2. Zavisnost viskoziteta od pritiska
Ovisnost o pritisku viskoziteta maziva odgovorna je za nosivost filma za podmazivanje. Dinamički viskozitet tečnosti raste sa povećanjem pritiska. Ispod je metoda za kontrolu dinamičkog viskoziteta u odnosu na pritisak na konstantnoj temperaturi.
Zavisnost viskoznosti od pritiska, odnosno povećanje viskoznosti sa povećanjem pritiska, ima pozitivan uticaj na specifično opterećenje (na primjer, na ležajeve), jer se viskoznost filma za podmazivanje povećava pod djelovanjem visokog parcijalnog tlaka od 0 do 2000 atm. Viskoznost Hfc tečnost dupla, mineralno ulje - 30 puta, HFD tečnosti - 60 puta. Ovo objašnjava relativno kratak vijek trajanja valjkastih ležajeva ako ( HFA, HFC) ulja za podmazivanje za na bazi vode... Na sl. Na slikama 2 i 3 prikazana je ovisnost viskoziteta o tlaku za različite hidraulične tekućine.
Karakteristike viskoziteta i temperature se također mogu opisati eksponencijalnim izrazom:
η = η ο · e α P ,
Gdje je η ο - dinamički viskozitet pri atmosferskom pritisku, α - koeficijent zavisnosti "viskozitet-pritisak", R-pritisak. Za Hfcα = 3,5 · 10 -4 atm -1;
za HFDα = 2,2 · 10 -3 atm -1; za HLPα = 1,7 · 10 -3 atm -1
3. Gustina
Gubici hidrauličnih tečnosti u cevovodima i elementima hidrauličkog sistema direktno su proporcionalni gustini fluida. Na primjer, gubici tlaka su direktno proporcionalni gustoći:
Δ P= (ρ / 2) ξ With 2 ,
Gdje je ρ gustina tekućine, ξ, je koeficijent otpora, With Je brzina protoka tečnosti i Δ P- gubitak pritiska.
Gustina ρ je masa po jedinici zapremine tečnosti.
ρ = m/V(kg/m 3).
Gustoća hidrauličke tekućine mjeri se na 15°C. Zavisi od temperature i pritiska, jer se zapremina tečnosti povećava sa povećanjem temperature. Dakle, promjena volumena tekućine kao rezultat zagrijavanja se događa prema jednačini
Δ V=VΒ temp Δ T,
Što dovodi do promjene gustine:
Δρ = ρ β stopa Δ T.
U hidrostatskim uslovima na temperaturama od -5 do +150°C dovoljna je primena linearna formula na gornju jednačinu. Koeficijent termičkog volumetrijskog širenja β temp može se primijeniti na sve vrste hidrauličnih tekućina.
Budući da je koeficijent toplinske ekspanzije mineralnih ulja približno 7 · 10 -4 K -1, volumen hidrauličnog fluida se povećava za 0,7% ako se njegova temperatura podigne za 10 °C. Na sl. 5 prikazana je ovisnost zapremine hidrauličnih tekućina o temperaturi.
Odnos gustine i pritiska hidrauličnih fluida takođe treba da bude uključen u hidrostatičku procenu jer kompresibilnost fluida negativno utiče na njihovu dinamičke karakteristike... Ovisnost gustine od pritiska može se jednostavno očitati iz odgovarajućih krivulja (slika 6).
4. Kompresibilnost
Kompresibilnost hidrauličnih tečnosti na bazi mineralnog ulja zavisi od temperature i pritiska. Pri pritiscima do 400 atm i temperaturama do 70°C, koji su granični za industrijske sisteme, kompresibilnost je u skladu sa sistemom. Hidraulične tekućine koje se koriste u većini hidrauličnih sistema mogu se smatrati nestišljivim. Međutim, pri pritiscima od 1000 do 10 000 atm, mogu se uočiti promjene u kompresibilnosti medija. Kompresibilnost se izražava koeficijentom β ili modulom M(sl. 7, M = TO).
M= 1 / β atm = 1 / β · 10 5 N · m 2 = 1 / β · 10 5 Pa.
Promjena volumena može se odrediti pomoću jednačine
Δ V=V · β( P max - R početak)
Gdje Δ V- promjena volumena; R max - maksimalni pritisak;R start - početni pritisak.
5. Rastvorljivost gasova, kavitacija
Vazduh i drugi gasovi se mogu rastvoriti u tečnostima. Tečnost može apsorbovati gas dok se ne zasiti. Ovo ne bi trebalo negativno uticati na performanse tečnosti. Rastvorljivost gasa u tečnosti zavisi od osnovnog sastojka tipa gasa, pritiska i temperature. Pri pritiscima do ≈300 atm. rastvorljivost gasa je proporcionalna pritisku i prati Henrijev zakon.
V G = V FΑ V P / P o,
Gdje VG- zapremina rastvorenog gasa; V F - zapremina tečnosti, R o - Atmosferski pritisak, P- pritisak tečnosti; α V - Bunsenov koeficijent raspodjele (1,013 mbar, 20 °C).
Bunsenov koeficijent u velikoj mjeri ovisi o baznoj tekućini i pokazuje koliko (%) je plin otopljen po jedinici volumena tekućine u normalnim uslovima... Otopljeni plin se može odvojiti od hidrauličkog fluida pri niskom statičkom pritisku (velika brzina protoka i veliko smično naprezanje) sve dok se ne postigne nova tačka zasićenja. Brzina kojom gas napušta tečnost je obično veća od brzine kojom tečnost apsorbuje gas. Gas koji izlazi iz tečnosti u obliku mjehurića mijenja kompresibilnost tekućine na isti način kao i mjehurići zraka. Čak i pri niskim pritiscima, mala količina zraka može drastično smanjiti nestišljivost tekućine. U mobilnim sistemima sa velikom brzinom cirkulacije tečnosti, sadržaj neotopljenog vazduha može dostići vrednosti i do 5%. Ovaj neotopljeni vazduh ima veoma negativan uticaj na performanse, nosivost i dinamiku sistema (pogledajte odeljak 6 za odzračivanje i odeljak 7 za penjenje). Pošto je kompresibilnost fluida u sistemima obično veoma brza, mjehurići zraka se mogu iznenada zagrijati visoke temperature(adijabatska kompresija). U ekstremnim slučajevima može se postići temperatura paljenja tečnosti i mogu se javiti mikrodizel efekti.
Mjehurići plina također mogu eksplodirati u pumpama kao rezultat kompresije, što može dovesti do oštećenja uslijed erozije (ponekad se naziva kavitacija ili pseudo-kavitacija). Situacija se može pogoršati ako se u tečnosti formiraju mjehurići pare. Dakle, kavitacija nastaje kada pritisak padne ispod rastvorljivosti gasa ili ispod pritiska zasićene pare tečnosti.
Kavitacija se uglavnom javlja u otvoreni sistemi sa konstantnom zapreminom, odnosno opasnost od ove pojave je relevantna za ulazne i izlazne krugove i pumpe. Može biti uzrokovan preniskim apsolutnim pritiskom kao rezultatom gubitaka u brzini protoka u uskom presjeci, na filterima, razdjelnicima i prigušnim ventilima, zbog prevelike ulazne glave ili gubitka tlaka zbog prevelike viskoznosti tekućine. Kavitacija može dovesti do erozije pumpi, smanjene efikasnosti, vrhova pritiska i prekomerne buke.
Ova pojava može negativno utjecati na stabilnost regulatora prigušivanja i uzrokovati stvaranje pjene u posudama ako se smjesa tekućina-voda vrati u posudu pod atmosferskim pritiskom.
6. Odzračivanje
Kada se hidraulički fluidi vraćaju u rezervoare, protok fluida može sa sobom povući vazduh. To može biti zbog curenja cijevi tokom sužavanja i djelomičnog vakuuma. Turbulencija u rezervoaru ili lokalizirana kavitacija ukazuje na stvaranje mjehurića zraka u tekućini.
Vazduh zarobljen na ovaj način mora izaći na površinu tečnosti, inače, ako uđe u pumpu, može oštetiti druge komponente sistema. Brzina kojom se mjehurići zraka dižu na površinu ovisi o promjeru mjehurića, viskoznosti tekućine, te gustini i kvaliteti baznog ulja. Što je kvalitet i čistoća baznog ulja veća, brže dolazi do odzračivanja. Ulja niskog viskoziteta generalno odzračivaju brže od baznih ulja visokog viskoziteta. To je zbog brzine kojom se mjehurići dižu.
C = (ρ FL -ρ L) Χ / η,
Gdje ρ FL- gustina tečnosti; ρ L- gustina vazduha; η — dinamički viskozitet; X je konstanta koja zavisi od gustine i viskoziteta tečnosti.
Sistemi moraju biti projektovani na takav način da vazduh ne ulazi u tečnost i da, ako se uvuče, mehurići vazduha mogu lako da izađu. Kritična područja su rezervoari, koji moraju biti opremljeni pregradama i zračnim pregradama, te konfiguracija cjevovoda i krugova. Aditivi ne mogu pozitivno utjecati na svojstva odzračivanja hidrauličnih tekućina. Surfaktanti (posebno sredstva protiv pjene na bazi silikona) i zagađivači (kao što su masti i inhibitori korozije) negativno utiču na karakteristike odzračivanja hidrauličkih ulja. Mineralna ulja općenito imaju bolja svojstva odzračivanja od tekućina otpornih na vatru. Svojstva odzračivanja HPLD hidraulične tečnosti mogu biti uporedive sa svojstvima hidrauličnih tečnosti HLP.
Test za određivanje svojstava odzračivanja opisan je u standardu DIN 51 381. Ova metoda se sastoji od guranja zraka u ulje. Broj odzračivanja je vrijeme koje je potrebno zraku (minus 0,2%) da napusti tečnost na temperaturi od 50°C pod određenim uslovima.
Udio raspršenog zraka određuje se mjerenjem gustine mješavine ulja i zraka.
7. Pjenjenje
Površinsko pjenjenje nastaje kada je brzina odzračivanja veća od brzine kojom mjehurići zraka pucaju na površini tekućine, odnosno kada se formira više mjehurića nego uništenih. U najgorem slučaju, ova pjena se može istisnuti iz rezervoara kroz rupe ili uneti u pumpu. Sredstva protiv pjene na bazi silikona ili bez silikona mogu ubrzati razbijanje mjehurića snižavanjem površinske napetosti pjene. Oni također negativno utiču na svojstva odzračivanja tekućine, što može uzrokovati probleme sa kompresijom i kavitaciju. Zbog toga se aditivi protiv pjene koriste u vrlo niskim koncentracijama (≈ 0,001%). Koncentracija sredstva protiv pjene može se progresivno smanjivati kao rezultat starenja i taloženja metalne površine Također, problemi s pjenom često nastaju pri korištenju starih, već radnih tekućina. Naknadno ubrizgavanje sredstva protiv pjene smije se izvršiti samo nakon konsultacije s proizvođačem hidrauličke tekućine.
Zapremina pjene koja se formira na površini tečnosti mjeri se tokom vremena (odmah, nakon 10 minuta) i na različite temperature(25 i 95 °C). Surfaktanti, deterdženti ili disperzanti, zagađivači masti, inhibitori korozije, sredstva za čišćenje, tečnosti za sečenje, nusproizvodi oksidacije, itd. mogu negativno uticati na performanse aditiva protiv pene.
8. Demulzifikacija
Demulzifikacija je sposobnost hidrauličkog fluida da odbije vodu koja je prodrla. Voda može ući u hidraulični fluid kroz curenje iz izmjenjivača topline, stvaranje kondenzirane vode u rezervoarima zbog značajnih promjena u nivou ulja, loše filtracije, zagađenja vode zbog neispravnih zaptivki i ekstremnih uslova okoline. Voda u hidrauličnoj tekućini može uzrokovati koroziju, kavitaciju u pumpama, povećati trenje i habanje i ubrzati degradaciju elastomera i plastike. Slobodnu vodu treba ispustiti iz posuda za hidrauličnu tekućinu što je prije moguće odvodne slavine... Kontaminacija tekućinama za rezanje rastvorljivim u vodi, posebno na alatnim mašinama, može uzrokovati stvaranje ljepljivi ostaci nakon isparavanja vode. To može uzrokovati probleme u pumpama, ventilima i cilindrima. Hidraulično ulje mora brzo i potpuno odbiti vodu koja je ušla u njega. Demulzifikacija je određena DIN 51 599, ali ova metoda nije primjenjiva na hidraulične tekućine koje sadrže deterdžent-disperzant ( DD) aditivi. Demulzifikacija je vrijeme potrebno za odvajanje mješavine ulja i vode. Parametri demulzifikacije su:
... viskoznost do 95 mm 2 / s na 40 ° C; temperatura ispitivanja 54 °C;
... viskozitet > 95 mm 2 / s; temperatura 82°C.
U hidrauličnim uljima koje sadrže DD aditivi, voda, tečni i čvrsti zagađivači se drže u suspenziji. Mogu se ukloniti pomoću odgovarajućih sistema filtera bez upotrebe hidrauličke funkcije mašine, osim negativan uticaj za hidrauličnu tečnost. Dakle DD Hidraulične tekućine se često koriste u hidrostatskim alatnim mašinama i mobilnim hidrauličkim sistemima.
Za mašine sa velikom brzinom cirkulacije, koje zahtevaju stalnu radnu spremnost i koje su trajno izložene opasnosti od vode i drugih zagađivača, upotreba tečnosti za hidrauličko čišćenje je prioritetna oblast. Hidraulične tekućine sa svojstvima demulgiranja preporučuju se za upotrebu u čeličarskim i valjaonicama, gdje postoje velike količine vode i niska cirkulacija omogućava odvajanje emulzija u rezervoaru. Svojstva demulgiranja u modificiranom obliku koriste se za određivanje kompatibilnosti opreme s hidrauličnim uljima. Starenje hidrauličkog fluida će negativno uticati na svojstva demulgiranja.
9. Tačka stinjavanja
Tačka tečenja je najniža temperatura na kojoj je tekućina još uvijek fluidna. Tečni uzorak se sistematski hladi i testira na fluidnost na svakih 3°C smanjenja temperature. Parametri kao što su tačka tečenja i granični viskozitet određuju najnižu temperaturu na kojoj se ulje može normalno koristiti.
10. Korozija bakra (test bakrene trake)
Bakar i materijali koji sadrže bakar se često koriste u hidrauličkim sistemima. Materijali kao što su mesing, livena bronza ili sinterovana bronza nalaze se u komponentama ležaja, vodilicama ili upravljačkim sklopovima, klizačima, hidrauličnim pumpama i motorima. Bakarne cijevi koristi se u rashladnim sistemima. Korozija bakra može dovesti do kvara čitavog hidrauličkog sistema, pa se radi ispitivanja korozije bakarne trake radi dobijanja informacija o korozivnosti baznih fluida i aditiva u odnosu na materijale koji sadrže bakar. Metoda ispitivanja korozivnosti hidrauličnih tečnosti na mineralnoj bazi, odnosno biorazgradivih fluida, u odnosu na obojene metale poznata je kao Linde metoda (selekcijska metoda za ispitivanje biorazgradivih ulja na korozivnost u odnosu na legure bakra) ( SAE Tehnički bilten 981 516, april 1998.), također poznat kao VDMA 24570 (VDMA 24570 - Biorazgradive hidraulične tekućine - Utjecaj na obojene legure 03-1999 na njemačkom).
Po standardu DIN 51 759, korozija na bakrenoj traci može se manifestirati u obliku promjene boje ili ljuštenja. Bakarna traka za mlevenje je uronjena u ispitnu tečnost na određeno vreme na određenoj temperaturi. Hidraulička ulja i ulja za podmazivanje obično se testiraju na 100°C. Stepen korozije se ocjenjuje u bodovima:
1 - mala promjena boje;
2 - umjerena promjena boje;
3 - jaka promjena boje;
4 - korozija (potamnjenje).
11. Sadržaj vode (metoda Karla Fišera)
Ukoliko voda uđe u hidraulični sistem, delimično fino dispergovana, tako da prodre u uljnu fazu, u zavisnosti od gustine hidrauličnog fluida, voda može da izađe i iz uljne faze. Ova mogućnost se mora uzeti u obzir prilikom uzorkovanja za određivanje sadržaja vode.
Određivanje sadržaja vode u mg/kg (mase) metodom Karl Fišera povezano je sa uvođenjem Karl Fišerovog rastvora direktnom ili indirektnom titracijom.
12. Otpornost na starenje (Baaderova metoda)
Ovo je pokušaj da se ponovi proučavanje uticaja vazduha, temperature i kiseonika na hidraulične fluide u laboratorijskim uslovima. Napravljen je pokušaj da se veštački ubrza starenje hidrauličkih ulja podizanjem temperature iznad nivoa praktična primjena kao i nivoi kiseonika u prisustvu metalnih katalizatora. Povećanje viskoznosti i povećanje kiselinskog broja (slobodne kiseline) se bilježe i ocjenjuju. Rezultati laboratorijskih ispitivanja su prevedeni u praktičnim uslovima... Baaderova metoda je praktičan način starenja hidrauličkih ulja i ulja za podmazivanje.
U unaprijed određenom vremenskom periodu, uzorci se odležavaju na unaprijed određenoj temperaturi i pritisku protoka zraka periodičnim uranjanjem bakrene zavojnice u ulje, koje djeluje kao akcelerator oksidacije. U skladu sa DIN 51 554-3 C, CL i CLP tečnosti i HL, HLP, NM Hidraulična ulja su testirana na oksidativnu stabilnost na 95°C. Broj saponifikacije izražava se u mg KOH/g.
13. Otpornost na starenje (metod TOST)
Oksidativna stabilnost ulja parnih turbina i hidrauličkih ulja koja sadrže aditive utvrđuje se u skladu sa DIN 51 587. Metod TOST se već dugi niz godina koristi za ispitivanje turbinskih ulja i hidrauličnih tekućina na bazi mineralnih ulja. Modifikovano (bez vode) suvo TOST metoda se koristi za određivanje otpornosti na oksidaciju hidrauličnih ulja na bazi estera.
Starenje ulja za podmazivanje karakterizira povećanje kiselinskog broja kada je ulje izloženo kisiku, vodi, čeliku i bakru maksimalno 1000 sati na 95°C (krivulja neutralizacije sa starenjem). Maksimalno dozvoljeno povećanje kiselinskog broja je 2 mg KOH/g nakon 1000 sati.
14. Kiseli broj (neutralizacioni broj)
Kiselinski broj hidrauličkog ulja povećava se kao rezultat starenja, pregrijavanja ili oksidacije. Nastali proizvodi starenja mogu napasti pumpe i ležajeve u hidrauličnom sistemu. Dakle, kiselinski broj je važan kriterijum procjenu stanja hidrauličke tekućine.
Kiselinski broj označava količinu kiselih ili alkalnih tvari u ulju za podmazivanje. Kiseline u mineralna ulja može napasti materijale konstrukcije u hidrauličnom sistemu. Visok sadržaj kiseline je nepoželjan jer može biti rezultat oksidacije.
15. Zaštitna antioksidativna svojstva u odnosu na čelik/crne metale
Antioksidativna svojstva turbinskih i hidrauličkih ulja koja sadrže aditive u odnosu na čelik/crne metale određena su u skladu sa standardom
DIN 51 585.
Hidraulične tekućine često sadrže dispergiranu, otopljenu ili slobodnu vodu, stoga hidraulična tekućina mora osigurati zaštitu od korozije za sve vlažne dijelove u svim radnim uvjetima, uključujući onečišćenje vodom. Ova metoda ispitivanja mjeri performanse antikorozivnih aditiva u brojnim različitim radnim uvjetima.
Ispitno ulje se miješa sa destilovanom vodom (metoda A) ili sa umjetnim morska voda(metoda B), uz neprekidno miješanje (24 h na 60°C) sa čeličnom šipkom uronjenom u smjesu. Čelična šipka se zatim ispituje na koroziju. Rezultati nam omogućavaju da procenimo antikorozivnost zaštitna svojstva ulja u vezi sa čeličnim komponentama u kontaktu s vodom ili vodenom parom:
stepen korozije 0 znači da nema korozije,
stepen 1 - slaba korozija;
stepen 2 - umjerena korozija;
stepen 3 - jaka korozija.
16. Svojstva protiv habanja (mašina sa četiri kugle Shell; VKA, DIN 51350)
Aparat sa četiri kugle kompanije Shell služi za mjerenje otpornosti na habanje i svojstva ekstremnog pritiska hidrauličnih tekućina. Nosivost hidraulične tekućine se testiraju u uvjetima graničnog trenja. Metoda se koristi za određivanje vrijednosti ulja za podmazivanje s aditivima koji izdržavaju visoke pritiske u uvjetima graničnog trenja između kliznih površina. Ulje za podmazivanje se ispituje u aparatu sa četiri kuglice, koji se sastoji od jedne (centralne) rotirajuće kugle i tri stacionarne kuglice raspoređene u prsten. Pod stalnim ispitnim uslovima i sa unapred određenim trajanjem, izmerite prečnik dodirne površine na tri nepokretne kuglice ili opterećenje na rotirajućoj kugli, koje se može povećati do zavarivanja sa preostale tri kuglice.
17. Smična stabilnost ulja za podmazivanje koja sadrže polimere
Za povećanje viskozitetno-temperaturnih karakteristika, polimeri se uvode u ulja za podmazivanje, koji se koriste kao aditivi koji poboljšavaju indeks viskoznosti. Kako se povećavate molekularna težina ove tvari postaju sve osjetljivije na mehanička naprezanja, na primjer na ona naprezanja koja postoje između klipa i njegovog cilindra. Za procjenu otpornosti ulja na smicanje različitim uslovima Postoji nekoliko metoda ispitivanja:
DIN 5350-6, metoda sa četiri lopte, DIN 5354-3,FZG metoda i DIN 51 382, metoda ubrizgavanja dizela.
Smanjenje relativne viskoznosti zbog smicanja nakon 20 sati testiranja DIN 5350-6 (Određivanje smične stabilnosti ulja za podmazivanje koja sadrže polimere koji se koriste za valjkaste ležajeve sa konusnim umetkom) primjenjuje se u skladu sa DIN 51 524-3 (2006); preporučuje se smanjenje smicanja manje od 15%.
18. Mehanička ispitivanja hidrauličnih tečnosti u rotacionim lopatnim pumpama ( DIN 51 389-2)
Testiranje na Vickers i pumpama drugih proizvođača realno procjenjuje performanse hidrauličnih tekućina. Međutim, trenutno su u razvoju alternativne metode testovi (posebno projekat DGMK 514 - mehaničko ispitivanje hidrauličnih tekućina).
Vickersova metoda se koristi za određivanje antihabajućih svojstava hidrauličnih tekućina u rotacionoj pumpi pri zadanim vrijednostima temperature i tlaka (140 atm, 250 h viskoznosti radnog fluida 13 mm 2 / s pri različitim temperaturama). Na kraju testa, prstenovi i krila se pregledavaju na istrošenost ( Vickers V-104WITH 10 ili Vickers V-105WITH 10). Maksimalne dozvoljene vrijednosti habanja:< 120 мг для кольца и < 30 мг для крыльев.
19. Svojstva protiv habanja (test zupčanika FZG stalak; DIN 534-1 i-2)
Hidrauličke tečnosti, posebno visokoviskozne, koriste se kao hidraulička ulja i ulja za podmazivanje u kombinovani sistemi... Dinamička viskoznost je glavni faktor u performansama protiv habanja u hidrodinamičkom režimu podmazivanja. Pri malim brzinama klizanja ili visoki pritisci u uslovima graničnog trenja, svojstva protiv habanja fluida zavise od upotrebljenih aditiva (formiranje reaktivnog sloja). Ovi granični uslovi se reprodukuju kada se testiraju na FZG stand.
Ova metoda se uglavnom koristi za određivanje graničnih karakteristika maziva. Određeni zupčanici koji rotiraju određenom brzinom podmazuju se prskanjem ili prskanjem ulja, čija se početna temperatura bilježi. Opterećenje nožica zuba se postepeno povećava i karakteristike se bilježe izgled noge zuba. Ovaj postupak se ponavlja do završnog 12. stupnja opterećenja: Hercov pritisak na 10. stupnju opterećenja u zahvatnom pojasu je 1.539 N/mm2; u koraku 11 - 1.691 N / mm 2; u 12. fazi - 1.841 N / mm 2. Početna temperatura u fazi 4 je 90 ° C, periferna brzina je 8,3 m / s, granična temperatura nije određena; primijeniti geometriju zupčanika A.
Odredite stupanj kvara opterećenja po DIN 51 524-2. Za pozitivan rezultat mora biti korak od najmanje 10. Hidraulične tekućine ispunjavaju zahtjeve ISO VG 46, koji ne sadrže aditive protiv habanja, obično dostižu stepen opterećenja od 6 (≈ 929 N / mm 2). Hidraulične tekućine koje sadrže cink obično dostižu najmanje 10-11. stupanj punjenja prije kvara. Bez cinka tzv ZAF hidraulične tekućine su ocijenjene na 12 ili više.
Roman Maslov.
Na osnovu materijala iz stranih publikacija.
Sa promjenom temperature dolazi do promjene veličine čvrste tvari, što se naziva toplinsko širenje. Razlikovati linearnu i volumetrijsku toplinsku ekspanziju. Ove procese karakterišu koeficijenti termičke (temperaturne) ekspanzije: - prosječni koeficijent linearnog toplinskog širenja, prosječni koeficijent zapreminskog termička ekspanzija.
DEFINICIJA
Koeficijent toplinske ekspanzije naziva se fizička veličina koja karakterizira promjenu linearne dimenziječvrsta materija kada se njena temperatura promeni.
Obično se koristi prosječni koeficijent linearne ekspanzije. To je karakteristika toplinskog širenja materijala.
Ako je početna dužina tijela jednaka, - njegovo produženje s povećanjem tjelesne temperature za, tada se određuje formulom:
Koeficijent linearne elongacije je karakteristika relativnog izduženja (), koje se javlja s povećanjem tjelesne temperature za 1K.
Kako temperatura raste, volumen čvrste tvari se povećava. Kao prvu aproksimaciju, možemo pretpostaviti da:
gdje je početni volumen tijela, je promjena tjelesne temperature. Tada je koeficijent volumetrijskog širenja tijela fizička veličina koja karakterizira relativnu promjenu volumena tijela (), koja nastaje kada se tijelo zagrije za 1 K i konstantan pritisak. Matematička definicija koeficijenta zapreminskog širenja je formula:
Toplotno širenje čvrste supstance povezano je sa anharmoničnošću toplotnih vibracija čestica koje čine kristalnu rešetku tela. Kao rezultat ovih fluktuacija, s povećanjem tjelesne temperature, povećava se ravnotežna udaljenost između susjednih čestica ovog tijela.
Kada se promijeni volumen tijela, mijenja se i njegova gustina:
gdje je početna gustina, je gustina supstance na novoj temperaturi. Pošto se vrijednost, izraz (4) ponekad piše kao:
Koeficijenti toplinskog širenja ovise o tvari. Općenito, oni će ovisiti o temperaturi. Smatra se da su koeficijenti toplinskog širenja neovisni o temperaturi u malom temperaturnom rasponu.
Postoji niz tvari s negativnim koeficijentom toplinskog širenja. Dakle, kada temperatura poraste, takvi se materijali skupljaju. To se obično događa u uskom temperaturnom rasponu. Postoje tvari u kojima je koeficijent toplinskog širenja gotovo nula oko određenog temperaturnog raspona.
Izraz (3) se ne koristi samo za čvrste materije, već i za tečnosti. U isto vrijeme, vjeruje se da se koeficijent toplinskog širenja za kapljične tekućine ne mijenja značajno s promjenom temperature. Međutim, pri proračunu sistema grijanja to se uzima u obzir.
Odnos koeficijenata toplinskog širenja
Jedinice
Glavna mjerna jedinica za koeficijente toplinske ekspanzije u SI sistemu je:
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
| Vježba | Za određivanje koeficijenta volumetrijskog širenja tekućina koriste se uređaji koji se nazivaju piknometri. To su staklene tikvice sa uskim grlom (sl. 1). Na vratu su napravljene oznake o kapacitetu posude (obično u ml). Kako se koriste piknometri? |
| Rješenje | Koeficijent volumetrijskog širenja se mjeri na sljedeći način. Piknometar se puni ispitnom tečnošću do odabrane oznake. Tikvica se zagreva, posmatrajući promenu nivoa supstance. Sa takvim poznatim vrijednostima kao što su: početni volumen piknometra, površina poprečnog presjeka kanala vrata tikvice, promjena temperature određuje udio početne zapremine tekućine koja je ušla u vrat piknometra, kada se zagrije za 1 K. Treba uzeti u obzir da je koeficijent ekspanzije tečnosti veći od dobijene vrednosti, jer je došlo do zagrevanja i širenja tikvice. Stoga se dodaje koeficijent ekspanzije tvari u tikvici (obično stakla) da bi se izračunao koeficijent ekspanzije tekućine. Mora se reći da, budući da je koeficijent volumetrijskog širenja stakla znatno manji od koeficijenta tečnosti, u približnim proračunima koeficijent ekspanzije stakla se može zanemariti. |
PRIMJER 2
| Vježba | Koje su karakteristike ekspanzije vode? Koji je značaj ovog fenomena? |
| Rješenje | Voda se, za razliku od većine drugih tečnih supstanci, pri zagrevanju širi, samo ako je temperatura iznad 4 o C. U temperaturnom opsegu, zapremina vode opada sa porastom temperature. Svježa voda at ima maksimalnu gustinu. Za morsku vodu, maksimalna gustina se postiže pri. Povećanje pritiska snižava temperaturu maksimalne gustine vode. Budući da je gotovo 80% površine naše planete prekriveno vodom, karakteristike njenog širenja igraju značajnu ulogu u stvaranju klime na Zemlji. Sunčeve zrake koje udaraju o površinu vode zagrijavaju je. Ako je temperatura ispod 1-2 o C, tada zagrijani slojevi vode imaju veću gustinu od hladnih i spuštaju se. U ovom slučaju, njihovo mjesto zauzimaju hladniji slojevi, koji se zauzvrat zagrijavaju. Dakle, dolazi do stalne promjene slojeva vode i to dovodi do zagrijavanja vodenog stupca, sve dok se ne postigne maksimalna gustina. Daljnji porast temperature dovodi do činjenice da gornji slojevi vode smanjuju svoju gustoću i ostaju na vrhu. Dakle, ispada da se veliki sloj vode prilično brzo zagrijava do temperature maksimalne gustine, a daljnje povećanje temperatura ide polako. Kao rezultat toga, duboka vodena tijela Zemlje sa određene dubine imaju temperaturu od oko 2-3 o C. Istovremeno, temperatura gornjih slojeva vode u morima toplih zemalja može imati temperaturu od oko 30 o C i više. |