Рабочие жидкости гидросистем

Рабочие жидкости гидросистем должны обладать следующими свойствами:

1. Хорошие смазывающие свойства. Рабочая жидкость должна создавать на поверхности трущихся пар поверхностную пленку, предотвращающую сухое трение.

2. Минимальная зависимость вязкости от температуры в требуемом диапазоне температур. Важными характеристиками рабочей жидкости являются температуры застывания и замерзания.

Температурой застывания называется наибольшая температура, при которой поверхность жидкости, залитой в стандартную пробирку, не перемещается при наклоне пробирки на 45° в течение 5 минут. Эта температура характеризует жидкость с точки зрения сохранения ее текучести, а следовательно, возможности ее транспортировки и слива при низких температурах. Температура застывания рабочей жидкости должна быть на 10 – 17°С ниже наименьшей температуры окружающей среды, в условиях которой будет работать гидросистема.

Температура замерзания – это температура начала кристаллизации, то есть температура, при которой в жидкости образуется облачко из мельчайших кристаллов.

3. Огнестойкость. Жидкость не должна быть причиной возникновения или распространения пожара. С этой точки зрения ее характеризуют температурами вспышки, воспламенения и самовоспламенения.

Температура вспышки – это минимальная температура, при которой над поверхностью жидкости образуется количество пара, достаточное для кратковременной вспышки при появлении источника огня (искры).

Температура воспламенения – это минимальная температура, при которой количество выделяемого пара над поверхностью жидкости достаточно для продолжительного горения при появлении источника огня.

Температура самовоспламенения – это минимальная температура, при которой над поверхностью жидкости выделяется такое количество паров, что их становится достаточно для самопроизвольного воспламенения без постороннего источника огня.

Всегда температура вспышки ниже температуры воспламенения, а температура самовоспламенения – выше, но величина интервалов между этими температурами может быть самой разной.

 Масла на нефтяной основе имеют температуры воспламенения примерно 180 – 230°С, а самовоспламенения – 260 – 370°С и выше. Синтетические рабочие жидкости менее опасны в пожарном отношении, чем минеральные масла. В условиях эксплуатации они не распространяют огня, хотя в принципе они могут гореть. Минеральные масла при температурах выше 70°С следует отделять от воздуха химически неактивным газом (азотом, гелием, аргоном и т.п.) или механическими способами.

4. Низкая испаряемость и растворимость газов. Не желательно, чтобы в состав рабочей жидкости входили легко испаряющиеся компоненты, испарение которых может привести к загустеванию жидкости, а также способствовать возникновению кавитации насоса.

5. Высокий объемный модуль упругости, то есть жидкость должна быть жесткой.

6. Нейтральность к применяемым материалам. Минеральные масла оказывают благотворное воздействие на металлические изделия. Масляная пленка защищает металл от коррозии и возникновения механических повреждений при трении. На резиновые изделия, в частности уплотнения, минеральное масло оказывает разрушающее воздействие. В резине под действием масла протекают сложные физико-химические процессы (вымывание отдельных компонентов резины и замещение их жидкостью). При этом изменяются как физико-механические свойства резины, так и объем уплотнения. Резина может набухать, может дать усадку. Это зависит от марки резины и марки масла. По техническим условиям допускается набухание резины до 5 – 6 %, или усадка до 3 % от первоначального объема.

7. Механическая и химическая стойкость. Физическая стабильность жидкости нарушается при длительной работе в условиях высоких давлений, вибраций или при высоких касательных напряжениях (при дросселировании). В результате этого в жидкости происходят молекулярно-структурные изменения в жидкости (механическая деструкция), сопровождающаяся понижением ее вязкости и ухудшением ее смазывающих свойств.

При указанных механических воздействиях разрушаются длинные углеводородные цепочки, они “перемалываются” при длительном “мятии”. Особенно заметен этот эффект в масляных смесях с вязкостными добавками.

Под химической стойкостью понимают устойчивость жидкости против “старения” (химической деструкции), происходящего в результате ее окисления кислородом воздуха. В процессе окисления из жидкости выпадает осадок в виде смол. С ростом температуры процесс окисления ускоряется ( повышение температуры на 8 – 10°С приводит к удвоению скорости окисления масла).

Большинство минеральных масел при повышении температуры даже до сравнительно невысоких значений изменяют свой состав. Происходит либо крекинг-процесс, сопровождающийся уменьшением среднего молекулярного веса и выделением легко летучих фракций, либо процесс полимеризации, при котором образуются смолы, осадки, коксоподобные вещества. Иногда протекают оба эти процесса. С повышением температуры эти процессы ускоряются, при высокой температуре масло может стать негодным уже через несколько десятков часов, так как необратимо падает его вязкость.

8. Высокие теплофизические характеристики.

Как можно выше должна быть удельная теплоемкость жидкости. Это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 кг жидкости на 1°С. У большинства реальных жидкостей и газов удельная теплоемкость  с ростом температуры растет: у жидкостей незначительно, а у газов – существенно.

Как можно больше должен быть коэффициент теплопроводности рабочей жидкости, который равен количеству теплоты, которое проходит в единицу времени через единичную площадку сквозь слой вещества единичной толщины при перепаде температур на его границах в 1°С, то есть характеризует способность вещества пропускать, рассеивать тепло. Коэффициент теплопроводности с ростом температуры растет по следующей зависимости:

,

где  – коэффициент, зависящий от природы жидкости.

Высокие теплоемкость и теплопроводность рабочей жидкости позволяют избегать значительного нагрева жидкости в местах гидросистемы, где происходит значительное выделение теплоты.

Минеральные масла плохо проводят тепло, они уступают в этом отношении жидкостям на водной основе примерно в 5 раз, а теплоемкость минеральных масел примерно в 1,5 раза ниже. Поэтому при работе в одинаковых условиях температура минерального масла в гидросистеме примерно на 25 – 30°С выше, чем у жидкости на водной основе.

9. Высокие изолирующие и диэлектрические качества. Минеральные масла, не содержащие примесей, обладают хорошими диэлектрическими свойствами. Это позволяет помещать в них электроагрегаты без дополнительной изоляции проводников. Однако многие осадки, которые выделяются из масел при неправильной эксплуатации, обладают относительно высокой электропроводностью. Поэтому накопление таких осадков на токопроводящих частях может вызвать искрение и пожар. Кроме того, следует предотвращать попадание в минеральное масло воды, которая, как известно, электропроводна.

10. Жидкость и продукты ее распада не должны быть токсичны.

11. Дешевизна и доступность, так как рабочие жидкости используются очень широко, и в больших количествах.