تحقیق مقاله سیالات هیدرولیک

مقدمه

آب اولین سیالی است که از آن برای انتقال قدرت استفاده شده است.آب گرچه دارای خواص خوبی چون دسترسی آسان،قیمت پائین و مقاومت در مقابل آتش می باشد ولی خواص ضعیف روانکاری،محدوده کم درجه حرارتهای کاری و ایجاد زنگ زدگی،استفاده از آن را در سیستمهای پیشرفته و جدید محدود می نماید.

روغنهای معدنی از ابتدای قرن بیستم در دسترس بوده اند اما استفاده از مواد افزودنی جهت بهبود بخشیدن خواص شیمیایی و فیزیکی روغن های هیدرولیک در سال 1940 آغاز شد.این روغنها،به شدت قابل اشتغال بوده و هنگام کاربرد در درجه حرارتهای بالا،احتمال جدی بروز خطر وجود دارد،لذا استفاده از سیالات مقاوم به آتش که اساساً با پایه آبی و بصورت محلول در آب عرضه می شوند گسترش یافته است.

سیالات هیدرولیک با توجه به ترکیب و خواص،بصورت استاندارد توسط یک سری حروف از یکدیگر متمایز می شودندو

خواص سیال هیدرولیک

چگالی نسبی یا وزن مخصوص

نسبت حجم مشخصی از سیال در دمای معین به وزن همان مقدار حجم آب را چگالی نسبی یا وزن مخصوص می نامند.چگالی نسبی روغنهای معدنی در حدود 9/0 است.(مقادیر دقیق با توجه به روغن پایه و افزودنی های مورد استفاده محاسبه می گردد).

مواد مصنوعی دارای چگالی بالای یک هستند.اطلاع از چگالی نسبی سیال هیدرولیک هنگام طراحی و برای محاسبات مربوط به فشار استاتیکی            (در ورودی پمپ)لازم می باشد.

لزجت

لزجت عبارتست از اصطکاک داخلی سیال و یا به عبرات دیگر،مقاومت سیال در مقابل جریان یافتن است.لزجت یکی از مهمترین خواص سیال هیدرولیک بوده که پائین بودن بیش از حد آن موجب بروز مشکلاتی در سیستم آب بندی شده و سبب بوجود آمدن نشتی های خارجی زیاد و کاهش بازده حجمی       می گردد.از طرف دیگر،افزایش بیش از حد لزجت نیز از خاصیت روانی سال می کاهد.در صورت استفاده از یک سیال با لزجت بالا،به نیروی بیشتری جهت غلبه بر اصطکاک های داخلی نیاز می باشد،که خود موجب اتلاف انرژی و افزایش گذما می شود.

لزجت به دو صورت دینامیکی یا سینماتیکی بیان می گردد.واحد لزجت سیناتیکی در سیستم SI برحسب mm2/sec می باشد و تحت عنوان سانتی استوک(Cst)بیان می شود.

چون لزجت سیالات نسبت به دما تغییر می کند،لذا مقدار آن در شرایط و درجه حرارت استاندارد(40 درجه سانتیگراد)بیان می گردد.

شاخص لزجت

لزجت همه روغن ها با افزایش درجه حرارت کاهش یافته و با کاهش آن،افزایش می یابد.شاخص لزجت میزان جدی بودن این تغییرات را نشان می دهد.به روغنی که میزان تغییرات لزجت ان با افزایش درجه حرارت کم باشد،اصطلاحاً،روغن دارای شاخص لزجت بالا گفته می شود.محدوده متوسط شاخص بین 40 و 80 می باشد.بیشتر روغنهای هیدرولیک دارای شاخص لزجت بالای 80 هستند.شاخص لزجت روغنهای معدنی اساساً وابسته به روغن پایه است.در بعضی از سیستمهای هیدرولیک که به شاخص های لزجت بالاتز نیاز باشد،باید از مواد پایه و افزودنی های لازم جهت بهبود شاخص استفاده کرد.

منحنی های لزجت دما برای چند نمونه روغن هیدرولیک،با شاخص لزجت متفاوت در شکل(1 – 7 الف)نشان داده شده است.

لزجت روغن هیدورلیک با افزایش فشار،افزایش می یابد.انتخاب سیال هیدورلیک در سیستم های با فشار کاری بالا بسیار حاوز اهیت است.(مانند پرسهای با فشار کاری bar 1000)

در یک فشار بسیار بالا،امکان بروز تغییر در مشخصات روغن وجود دارد و حتی ممکن است که روغن بصورت یک جسم صلب درآید.منحنی های لزجت دما برای یک نوع روغن هیدورلیک به ازاء فشارهای مختلف در شکل(1 – 7 ب)نشان داده شده است.

پایداری برشی

در بسیاری از سیسمتهای هیدورلیک مقاطعی وجود دارند که سیال تحت تأثیر نرخهای بالایی از برش قرار می گیردواز این مقاطع می توان نقاط تیز پره ها در یک پمپ پره ای و یا لقی های طریف در گلوگاههای شیرهای کنترل را نام برد.

تأثیر نرخ بالای برش بر روغن و افزودنی های شاخص لزجت به دو طریق زیر است:

روغنی که در محدوده نرم برش بالا قرار داشته باشد بصورت موضعی دچار افت لزجت گشته و به محض خروج از محدوده مذکور به حالت اولیه باز می گردد.اما افزودنی های شاخص لزجت پس از عبور از منطقه با نزخ برش بالا،در نتیجه کاهش تدریجی لزجت در طی چند ساعت اولیه کار سیستم،دچار تغییر دائمی می گردند.پس از شکست اولیه،مقدار لزجت در سطح معینی ثابت باقی می ماند،ولی لزجت از دست رفته هرگز جبران نخواهد شد.

مشخصه ایجاد کف

همه سیالات حاوی مقادیری هوای غیر محلول بوده که مقدار آن به دما و فشار بستگی دارد.بطور کلی روغنهای با پایه معدنی می توانند تا 10% حجم خود هوای غیر محلول داشتهباشند.با افزایش دما یا کاهش فشار،هوا از درون محلول خارج شده و چنانچه این حالت در ورودی پمپ حاصل شود،نتیجه آن کاویتاسیون خواهد بود.

نفوذ هوا در روغن بصورت حبابهای مجزا را نباید با هوای غیر محلول اشتباه نمود.زیرا نفوذ هوا موجب افزایش تراکم پذیری روغن و ایجاد حالت گیجی در عملگر و همچنین کاویتاسیون در پمپ می گردد.

اثر این حبابهای هوا بر بازدهی سیستم بسیار جدی بوده و موجب افزایش سایش در اثر ضربات کاویتاسیون می گردد.همچنین اگر این حبابهای هوا در سمت پرفشار پمپ ایجاد کف نمایند،بدلیل وجود خاصیت تراکم پذیری بالای آنها،از مضخصات تراکم پذیری سیال بشدت کاسته می شود.در کلیه نقاطی که روغن در مجاورت هوا در حال حرکت است،امکان نفوذ هوا به روغن وجود دارد.

طراحی نامناسب مخازن ذخیره،خطوط مکش آب بندی نشده در پمپ و نشتی در آب بندی های سیلندرها از نقاطی هستند که احتمال نفوذ هوا به روغن در آنها وجود دارد.هنگام بازگشت روغن محتوی هوا به مخزن،حبابها به سطح آمده و ایجاد کف می نمایند.در صورت افزایش مقادیر کف،مشکلات عدیده ای در سیستم هیدورلیک بوجود می آید،لذا به همراه اغلب سیالات هیدورلیک،از افزودنی های ضد کف که شکست حبابهای هوا را تسریع می کنند استفاده می شود.ولی ز طریف دیگر این افزودنی ها موجب کاهش نرخ حرکت حبابهای هوا به سطح می شوند.بنابراین میزان ترکیب آنها در روغن باید به دقت کنترل گردد.

نقطه ریزش

نقطه ریزش هر سیال 3 درجه سانتی گراد بالاتر از نقطه ای است که سیال شروع به جیران می کند.به عنوان یک قانون کلی،حداقل دمای کاری سال باید 10 دجه سانتی گراد بالاتر از نقطه ریزش قرار داشته باشد.

تراکم پذیری

کلیه سیالات تراکم پذیر می باشند و برای روغنهای معدنی کاهش تقریبی در حجم به ازاء هر bar 100 افزایش فشار 7/0% است.میزان تراکم پذیری هر سیال به دما و فشار بستگی دارد.حبابهای هوا به صورت قابل توجهی میزان تراکم پذیری را افزایش می دهند.مدول بالک(B)که معرف میزان تراکم ناپذیری سیال می باشد،نسبت تنش حجمی به کرنش حجمی بوده که مقدار آن به نوع و شرایط سیال وابسته است.

P      

B=

V/V

∆P تغیر در فشار،∆V تغییر در حجم و V حجم سیال تحت فشار می باشد.

مدول بالک برای آب bar 2000 B= و برای روغنهای معدنی bar15000B= می باشد.در مخرنی که حجم زیادی از سیال،تحت فشار قرار دارد،در صورت کاهش سریع فشار،ضربات شدیدی بوجود خواهد آمد که با استفاده از شیرهای خنثی کننده کاهش فشار از بروز این حالت جلوگیری می شود.

انبساط حرارتی

با تغییرات دمای سیال حجم آن دچار تغییر می گردد.افزایش حجم سیال هیدرولیک عموماً به ازاء هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما،7/0% است.این حالت هنگامی که مقدار سیال مورد استفاده زیاد باشد بسیار اهمیت پیدا می کند.برای مثال اگر یک مخزن،400 لیتر روغن 15 درجه سانتیگراد را در خود جای داده باشد،با رسیدن دمای روغن در حین کار به 55 درجه سانتگیراد تقریباً 11 لیتر افزایش حجم بوجود خواهد آمد.