液压系统空气进入和产生气穴

一、系统进入空气和产生气穴的危害

液压封闭系统内部的气体有两种来源：一是从外界被吸入到系统内的，叫混入空气；一是由于气穴现象产生液压油中溶解空气的分离。

(一)混人空气的危喜

①油的可压缩性增大(1000倍),导致执行元件动作误差，产生爬行，破坏了工作平稳性，产生振动，影响液压设备的正常工作；

②大大增加了油泵和管路的噪声和振动，加剧磨损，气泡在高压区成了“弹簧”。系统压力波动很大，系统刚性下降，气泡被压力油击碎，产生强烈振动和噪声，使元件动作响应性大为降低，动作迟滞；

③压力油中气泡被压缩时放出大量热量，局部燃烧氧化液压油，造成液压油的劣化变质；

④气泡进入润滑部位，切破油膜，导致滑动面的烧伤与磨损及摩擦力增大(空气混入，油液粘度增大)的现象；

⑤气泡导致气穴。

(二)气穴的危害

所谓气穴，是指流动的压力油液在局部位置压力下降(流速高，压力低),达到饱和蒸气压或空气分离压时，产生蒸气和溶解空气的分离而形成大量气泡的现象，当再次从局部低压区流向高压区时，气泡破裂消失，在破裂消失过程中形成局部高压和高温，出现振动和发出不规则的噪声，金属表面被氧化剥蚀、这种现象叫气穴，又叫气蚀。气穴多发生在油泵进口处及控制阀的节流口附近。

气穴除了产生混入空气那些危害外，还会在金属表面产生点状腐蚀性磨损。因为在低压区产生的气泡进入高压区突然溃灭，产生数十MPa的压力，推压金属粒子，反复作用使金属急剧磨损；因为气泡(空穴)泵的有效吸入流量减少。另外因气穴工作油的劣化大大加剧。气泡在高压区受绝热压缩，产生极高温度，加剧了油液与空气的化学反应速度，甚至燃烧，发光发烟，碳元素游离，导致油液发黑。

二、空气混入的途径和气穴产生的原因

(一)空气的混入途径

①油箱中油面过低或吸油管

未埋入油面以下造成吸油不畅而吸捷油器泵

入空气(图10-9);

②油泵吸油管处的滤油器被污物堵塞，或滤油器的容量不够，网

孔太密，吸油不畅形成局部真空，吸空气油面油面入空气；

③油箱中吸油管与回油管相油距太近，回油飞溅搅拌油液产生气泡，气泡来不及消泡就被吸入泵内：

④回油管在油面以上，当停机时，空气从回油管逆流而入(缸内有负压时);

⑤系统各油管接头，阀与阀安装板的连接处密封不严，或因振动松动等原因，空气乘隙而入；

⑥因密封破损、老化变质或因密封质量差，密封槽加工不同心等原因，在有负压的位置(例如油缸两端活塞杆处、泵轴油封处、阀调节手柄及阀工艺堵头等处),由于密封失效，空气便乘虚而人。

(二)气穴的原因

①上述空气混入油液的各种原因，也是可能产生气穴的原因；

②油泵的气穴原因

i)油泵吸油口堵塞或容量选得太小：

i)驱动油泵的电机转速过高

iii)油泵安装位置(进油口高度)距油面过高：

iv)吸油管通径过小，弯曲太多，油管长度过长，吸油滤油器或吸油管浸入油内过浅；

v)冬天开始起动时，油液粘度过大等。

上述原因导致油泵进口压力过低，当低于某温度下的空气分离压时，油中的溶解空气便以空气泡的形式析出，当低于液体的饱和蒸气压时，就会形成气穴现象。

各类液压油的溶解空气量见表10-2所示。表10-3例举了几种液压油在不同温度下的饱和蒸气压力。

表10-2液压油的溶解空气量

一般液压油(矿物油)的跑和蒸气压力可取为2.254N/cm²(=0.22×10Pa),空气分离压力为0.1×10Pa。

③节流缝隙(小孔)产生气穴的原因：

根据伯努利方程可知，高速区即为低压区，而节流缝隙流

速很高，在此区段内压力必然降低，当低于液体的空气分离压或饱和蒸气压时，便会产生气穴。与此类似的有管路通径的突然扩大或缩小。液流的分流与汇流，液流方向突然改变等，会使局部压力损失过大造成压降而成为局部低压区，也可能产生气穴。

表10-3各种工作液的饱和蒸气压力(仅供参考，日本资料)

④气体在液体中的溶解量与压力成正比，当压力降低，便处于过饱和状态，空气就会逸出；

⑤圆锥提动阀(如逻辑阀、压力阀的先导阀及单向阀等)的出口背压过低。应按表10-4选取。

三、防止空气进入和气穴产生的方法

(一)防止空气混入

①加足油液，油箱油面要经常保持不低于油标指示线，特别是对装有大型油缸的液压系统除第一次加

表10—4圆锥提动阀的背压、(P₂)推荐允许值

P₁——进油压力P₂——出油口的背压(最低极限)h——锥阀行程(升程)入足够的油液外，当启动油缸油进入油缸后，油面会显著降低，甚至使滤油器露出油面，此时需再往油箱加油，油箱内总的加油量应为图10-10所示。

②定期清除附着在滤油器滤网或滤芯上的污物。如滤油器的容量不够或网纹太细，应更换合适的滤油器；

③进回油管要尽可能隔开一段距离，按照§7-5油箱的有关内容，防止空气进入产生噪声；

④回油管应插入油箱最低油面以下(约10cm),回油管要有一定的背压，一般为0.3~0.5MPa

⑤注意各种液压元件的外漏情况，往往漏油处也是进气处；

⑥拧紧各管接头，特别是硬性接口套，要注意密封面的情况；

⑦采取措施，提高油液本身的抗泡性能和消泡性能，必要时添加消泡剂等添加剂，以利于油中气泡的悬浮与破泡

⑧在没有排气装置的油缸上增设排气装置或松开设备最高部位的管接头排气。

(二)油泵气穴的防止方法

①按油泵使用说明书选择泵驱动电机的转数；

②对于有自吸能力的泵，应严格按油泵使用说明书推荐的吸油高度安装，使泵的吸油口至液面的相对高度尽可能低，保证泵进油管内的真空度不要超过泵本身所规定的最高自吸真空度，一般齿轮泵为0.056MPa,叶片泵为0.033MPa,柱塞泵为0.0167MPa,螺杆泵为0.057MPa;

③吸油管内流速控制在1.5米/秒以内，适当加大缩短进油管路，减少管路弯曲数，管内壁尽可能光滑以减少吸油管的压力损失；

④吸油管头(无滤油器时)或滤油器要埋在油面以下，随时注意清洗滤网或滤芯；

⑤吸油管裸露在油面以上的部分(含管接头)要密封可靠，防止空气进入；

(三)防止节流气穴的措施

①尽力减少上下游压力之差(节流口);

②上下游压力差不能减少时，可采用多级节流的方法，使每级压差大大减少；

③尽力减少通过流量和出力；

④节流口形状为薄壁小孔节流，也宜采用喷嘴节流形状；

⑤为防止圆雠提动阀的气穴，需有一定的背压值。它的最低极限值随进口压力和升程不同而异。

(四)其它防气穴措施

①对液压系统其它部位有可能产生压力损失而导致气穴的部位，应避免该部位因压力损失而造成压力下降后的压力，不能低到油液的空气分离压力，例如可采取减少管路突然增大或突然缩小的面积比及避免不正确的分流与汇流等措施；

②工作油液的粘度不能太大，特别是在寒冷季节和环境温度低时，需更换粘度稍低的油液和选用流动点低的油液以及空气分离压稍低的油液；

③减缓变量泵及流量调节阀的流量调节速度，不要太快太急，缓慢进行；

④必要时采用加压油箱或者油泵装于油箱油面以下，倒灌吸油。