液压系统水污染的分析与防治.pdf

2 0 1 1 年 2月 第 3 9卷 第 4期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS Fe b 。2 01 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 4 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 4 ． 0 4 3 液压 系统水污染的分析与防治 苏欣平 ，魏 晓光 ，郭仲 ，赵懿冠。 1 ．军事交通学院装运机械系，天津3 0 0 1 6 1 ； 2 ． 军事交通学院研究生一队，天津3 0 0 1 6 1 摘要针对工作环境潮湿的液压系统水污染问题 ，分析水污染形成原因和危害，介绍基本的液压油脱水方法，分析其 中一种常用的脱水方法多孔层脱水方法的原理 ，并设计出一种 过滤液压油 中水的脱水滤芯。 关键词 液压油 ；水 污染 ；脱水 ；滤芯 中图分类号 T H 1 3 7 ． 8 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 41 2 83 随着液压技术 的应用与发展 ，人们认识 到液压系 统及元件的寿命与油液的清洁度有很密切 的关系。液 压油 的污染主要有颗粒污染 、水污染 。如果一台液压 机械 如采矿 机械 的工作 环境非 常潮 湿，当油箱 等部件密 封不严 时 ，就很 有可 能会使 水进入 液压 系 统。水与液压油反应，会形成酸性物质和油泥，降低 液压油 的润滑性 能 ，加速部件 的磨损 。对 于颗粒物污 染 ，现在 一般都 比较重视 ，采取了相应 的措施进 行控 制。 而对水、空气、微生物等其他污染，目前还没有 给予足够 的重视 。 1 液压油中水的危害 液压油内含有水分 ，不仅会对油品本 身的物理和 化学性质造成很大的影响 ，而且会影响整个液压系统 的正常工作 。液压油 中水的危害主要有 以下几种 1 能大大加速氧化过程 和腐蚀过程 液压油 中存在的水分能大大加速氧化过程和腐蚀 过程 ，当水分 和无机 污染 物 金 属颗 粒 ，它们 是氧 化催化剂 一起 作用 时，工 作液 的烃类 氧化会 大大 地加强。 2 生成不溶 的水解产物 水分能使液压油 中生成不溶 的水解产物 ，沉积在 系统内，并因此减少 了滤芯的有效过滤断面 ，引起工 作失调 。 3 产生污染物 聚集核心 水滴具有高的表面活性 ，会 成为污染物的聚集核 心 ，加剧污染物的破坏作用。黏稠 的污染物吸附在微 小水滴 的表面 ，乳化油液生成油垢 ，堵塞油滤 、油泵 和调节设备。 2 液压油的脱水 2 ． 1 脱 水 方 法 物理化学方法和物理 法。 1 化学脱水法 化学脱水法是利用水与加入试剂之间所发生 的化 学反应形成易 于从油品 中分离的产物来进 行脱水 。 化学脱水法使用 的是 在烃 内不溶 解 的金属氢 化 物。比如氢化钙、氢化锂、氢化铝或碳化物以及某 些金属的氧化物。 虽然化学法除掉水分的效率很高， 但在 实际使用 中有 一定 的困难 ，需有专 用 的设备 以 及复杂 的配套设备 ，并且有 效试 剂 的价 格也 相当 昂 贵 。 2 物理化学脱水法 物理化学脱水法的原理主要是利用吸附现象 ，某 些物质可 以有选择地 吸收油 中的水分 。除了纯粹 的吸 附现象之外 ，吸附过程中还存在看吸附剂分子和水分 子相互吸引 的现象 ，同时还 会伴 随各种 化学相 互作 用。 3 物理脱水法 物理脱水法是多种多样 的 ，一般分 为这样 几组 力场作用脱水 、热物理作用脱水 、热物理现象和质量 交换现象脱水 、多孔层 脱水 。 ①力场脱水法 力场 重力 、离 心力 、电力 脱水 法的作 用原 理是利用微小水珠 在场力 的作用 下进行 聚集 的现象 ， 然后将之清除。 重力和离心脱水过程是 利用油水的密度不 同。前 者靠 自然 沉降方法脱水 ，后 者靠离心 力将油水 分离。 电脱水是利用电场内水滴极化的结果。重力场脱水法 的优点是简单 ，缺点是 出现沉淀扩散平衡 以后 ，脱水 效果不 明显 ，速度极为缓慢 。 液压油脱水的基本方 法可以 区分 为 化 学方法 、 多 ， 离心力场 脱水 法 的优点是 效率 较重 力法 提高许 设备较小；缺点是只能除去游离水，设备昂贵， 收稿 日期 2 0 1 0一 O 1 2 6 作者简介苏欣平 1 9 6 1 一 ，男，博士，副教授，主要从事流体传动与控制方面的教学研究工作。电话1 3 1 6 3 1 8 2 7 5 ， Ema i l s u x i n p i n g _2 0 08 1 6 3．c o r n。 第 4期 苏欣平 等 液压系统水污染 的分析与 防治 1 2 9 维护工作技术要求 较高。 电力 场脱水法的优点 是 可连续脱 水 ，设 备减小 ， 没有 运动件 ，参数恒定 ，可实现 自动化 ；缺点是缺乏 完善的理论 ，设备复杂 。 ②热物理脱水法 利用油与水热运动不 同的性质 ，在一定的压力和 温度下使油液 中的水分蒸发 。从理论上讲 ，可脱除各 种分散体系 中的水 ，效率较高 ，可处理出高质量的油 液 ，但此种方法的设备与工艺较为复杂 。 ③热物理现象和质量交换现象脱水法 热物理现象和质量交换现象脱水法是利用在这些 现象下乳化水受到的物理变化 ，将水加热使其蒸发和 将水冷却使其结晶的办法都属于这类脱水法 。 ④多孔层脱水法 这种方法是利用多孔层的亲水和吸水性质实现油 水分离 ，其优 点是结构 简单 ，使用方便 ；缺点是对油 水相 界面张力小 的油液脱水效果较差 。 比较 以上方法 ，一般采用物理脱水法 中比较 简单 实用 的多孔层脱水法 。 2 ． 2 多孔层 脱 水方 法的原 理 液体在 固体表面上 的润湿现象可分为沾湿 、浸湿 和铺展三种 。铺展是润湿 的条件 ，也就是说 ，如水能 在 固体表 面上铺展 ，它也一定能沾湿和浸湿 固体 。润 湿性能 的好坏是 以接触角 或称为润湿角 0 的大小 来衡量 的。 根据接触角的大小 ，固体物质分为两类 一类固 体是水对其润湿性 能 良好 ，而 油对其 润湿 性能不好 ， 这类 固体称 为亲水 性 固体 或憎 油 性 固体 0 9 0 。 ，如 固 态烃 、大烃基弱极性有 机固体 、无机盐 的金属硫化 物 等。 液体物质大体也分为两类 一类为非极性液体 如 烃类 液体 ，几乎 能 良好 润湿绝 大多 数 固体 ；另 一 类 为极 性 液体 如 水 ，只能 良好 润 湿 少数 固体 如玻璃 、石英 、无机盐等 。 可 以认 为 ，液体与 固体 的极性越接近 ，润湿性能 越好 。根据 固体材料与水 的极性关系可 以将 固体材料 分 为聚结材料和斥水材料 。而多孔层脱水法就是利用 这两种材料相结合来脱水 的。 首先 当水 滴 同聚结 层 接 触 ，它们 之 间滞 留有 油 膜 ，但聚结纤维层是亲水物质 ，水滴 能从亲水表面将 油膜置换 ，所以水滴从 纤维上将油膜置换并使纤维润 湿 ，使水滴黏附于纤维之上 。 水滴 向纤维黏附 的效 率取 决与纤 维表 面的性质 、 接触角 0 、直 径 以 及水 滴 的粒 度 。并 且 ，接触 角 越 小 、纤维的直径越小 、水滴 的粒度越 大 ，水滴就越易 向纤维表面黏附。 根据 自由表面能减小的原则 ，水滴在润湿纤维 以 后会 以两种 方式凝 聚 1 水滴 在 润湿纤 维表 面凝 聚 。水滴 不 断黏 附 在纤维表 面上 ，水滴与水滴相遇会互相融合 ，凝聚成 大水滴 ； 2 水滴 在纤维 孔 隙 中的凝 聚。 由于纤维 层密 度很大 ，纤维之间 的孔隙很小 ，水滴与水滴也会在纤 维孔 隙中相遇互相融合 ，凝聚成大水滴 。 两种情况在接触角 0 。 ～1 8 0 。 内同时进行。头一 种情况 占主要地位 。 当水滴达到一定的粒度时 ，在油液流动力 和水滴 本身 的重力作用下 ，水滴会从纤维表面脱附或沿着纤 维流动 ，并形成向下面纤 维联 结的水道 ，在穿过多孔 层 以后 ，在纤维的黏附力 、油液 的流体 动力 和重力 的 作用下 ，水滴 会从纤维表 面脱 附。 然后两相液体 随油流至斥水层 。斥水层是 由接触 角 1 8 0 。 的斥水 材料 制成 的。油 水在 斥水 层上 由于 分 界面表面张力的作用 ，在其 毛细管 内产 生水 阻效 应 ， 油液可顺 利地通过斥水层 ，而水珠则被 阻碍 。从而实 现了油与水的分离。 2 ． 3 脱水 滤芯 根据 以上多孔层脱水理论分析 ，作者利用聚结材 料 和分离材料 ，设计 出一种过滤液压油 中水的脱水滤 芯 。 聚结材料 的选 择标 准最 主 要 的是有 良好 的亲水 性 。按照物质表面张力系数大小的原则 ，金属键 的物 质表面张 力 系数最 大 ，其次 是 离子 键化 合物 如硅 酸盐化合物 ，再次为极性 分子 物质 如 水 。最小 为非极性分子物质 如大烃类 化合物 。所 以，金属 材料 的性能应该最好 ．但金 属材料 的价格 昂贵 ，而且 化学稳定性不好 ，在实际应用 中往往选用 硅酸盐化合 物 。 1 亲水玻璃纤维 ①采用 0 ． 2 0 ． 5 m的未 加工处理玻璃纤维 ，与 水的接触 角 1 0 。 。 ② 采用 0 ． 2 0 ． 5 m的加工处理玻璃纤维 ，与水 的接触 角 3 0 。 。 2 疏水玻璃纤维 采用 0 ． 2～ 0 ． 5 Ix m浸渍 酚 醛树 脂 或密 的玻 璃 纤 维 ，接触角为 1 0 0 。 ～1 4 0 。 ，材料 的疏 水倾斜 角为 3 0 。 左右。 1 3 0 机床与液压 第3 9卷 斥水材料要求有 良好 的亲油性 ，与液压油接触性 质稳定 ，不与液压油发生反应。 作者设计如下 1 滤层用斥 水材料 制作 ，多孔 层 只能使油 液 通过 ，而油液内的乳化水则通不过 。 2 多孔层用 吸水材料 制作 ，多孑 L 层在 液压油 通过过程 中，强烈地吸水 ，直到饱和状 态。 3 多孔 层材料用 亲水 和疏水 纤维 配合 ，利用 水珠 同纤维的相互作用 ，水珠凝聚变大，进而从油液 内清除掉。 2 ． 3 ． 1 聚结滤芯 聚结滤芯见 图 1 。聚结纤 维层的排列按亲水程度 的大小依次为 未处理的玻璃纤维、处理后的亲水玻 璃纤维 、处理后的疏水玻璃纤维 。 将纤维层顺序缠绕在 中心管上 ，上下两端套上端 盖 ，用胶粘住 。 2 ． 3 ． 2 斥水滤芯 斥水滤芯见图2 。将斥水层缠绕在外管上，上下 两端套上端盖 ，用胶粘住。 心 管 水棉 水 层 水 层 o ， o o O O 图 1 聚结 滤芯 图 2 斥水滤芯 3 结 束语 将滤芯安装 到液压系统中 ，可 以在一定程度上减 少液压油中的水分 。目前 ，液压油水污染 问题越来越 受到人们 的 重视 ，越来 越多 的人开 始进行 这方 面研 究 。 参考文献 【 1 】王泸平， 夏连海， 贾瑞清． 液压污染控制技术 第三讲 液 压油中水污染的控制[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 0 4 4 1 72 0． 【 2 】王建忠． 液压油过滤脱水的研究 [ J ] ． 黑龙江矿业学院 学报 ， 2 0 0 3 3 l 5一l 9 ． 【 3 】余策力 ， 王建平． 液压系统污染控制研究[ J ] ． 流体传动 与控制 ， 2 0 0 7 1 1 3 43 6 ． 上接第 1 2 2页 表 2 测量结果 I z m 通过上述 3种评定方法分析可以看 出两端点连 线法 比较简单 ，但不够精确 ；用最小二乘法所得的直 线度误差与两端点连线法相 比，更符合最小条件。它 比较实用，也比较方便采用计算机计算；最小包容区 域法符合最小条件，它所得直线度误差值是唯一的、 最小的。当直线度 、平行度误差评定结果有异议或工 件精度要求较高时 ，应 以最小包容区域法的评定结果 为准。 4结论 1 作者 介绍 的基 准符 合最小条 件 法、最小二 乘法 、端点连线法的机床导轨平行度误差 的评定 方法 具有数学模型简单 、编程容易 、程序短和运行速度快 等特点。 2 该 系统可 同时满足 真正符 合最小包 容条 件 的机床导轨直线度误差和平行度误差的求解 。 3 检测 示意 图清楚地 反映 出被测量 的几何 特 征及评定准则 的应用情况 ，对计算结论进行验证 。 4 测量实 例证 明这种测 量及评 定方法 正确度 高 、处理效率 高 、成 本低 、适用 范围广 、实用性强 ， 具有较高的理论价值和实用价值 ，是一种很好的计算 机辅助形位误差评定 系统 。 5 可用于类 似结构 零件在 给定方 向上 的直线 度误差以及线对线平行度误差的计算处理。 参考文 献 【 1 】 全国产品尺寸和几何技术规范标准化技术委员会。 G B ／ T 1 9 5 8 --2 0 0 4产品几何量技术规范 G P S 形状和位置 公差检测规定[ S ] ． 北京 中国标准出版社， 2 0 0 4 ． 【 2 】迟彦孝． 直线度误差的评定方法及其数学证明[ J ] ． 机 械制造与 自动化 ， 2 0 0 3 5 1 41 6 ． 【 3 】王伯平． 互换性与测量技术基础[ M] ． 北京 机械工业出 版社 ， 2 0 0 2 ． 2 ． 【 4 】张志涌． 精通 MA T L A B 6 [ M] ． 5版． 北京 北京航空航天 大学出版社 ， 2 0 0 3 ． 3 ． 【 5 】飞思科技产品开发中心． MA T L A B 7基础与提高[ M] ． 北京 电子工业出版社 ， 2 0 0 5 ． 9 ． 【 6 】甘永立． 几何公差与检测实验指导书[ M] ． 上海 上海科 学技术 出版社 ， 2 0 0 2 ．