Топлинно разширение на течността. Коефициент на термично разширение

Подобно на температурния коефициент на линейно разширение, можете да въведете и приложите температурния коефициент на обемно разширение, който е характеристика на промяната в обема на тялото при промяна на температурата му. Емпирично е установено, че увеличението на обема в този случай може да се счита за пропорционално на промяната на температурата, ако не се променя с много голяма сума. Коефициентът на обемно разширение може да бъде обозначен по различни начини, няма едно обозначение. Често срещано обозначение е:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Нека означим обема на тялото при начална температура (t) като V, обема на тялото при крайна температура като , обема на тялото при температура като , тогава коефициент на обемно разширениедефинирайте го като формула:

Твърдите вещества и течностите леко увеличават обема си с повишаване на температурата; следователно, така нареченият „нормален обем“ () при температура не се различава значително от обема при друга температура. Следователно в израз (1) се заменя с V, което води до:

Трябва да се отбележи, че за газовете топлинното разширение е различно и замяната на „нормалния“ обем с V е възможна само за малки температурни диапазони.

Коефициент на обемно разширение и обем на тялото

Използвайки коефициента на обемно разширение, можете да напишете формула, която ви позволява да изчислите обема на тялото, ако първоначалният обем и нарастването на температурата са известни:

Където . Изразът () се нарича бином на обемно разширение.

Топлинното разширение на твърдото тяло е свързано с анхармоничността на топлинните вибрации на частиците, които съставляват кристална решеткатела. В резултат на тези трептения, с повишаване на температурата на тялото, равновесното разстояние между съседните частици на това тяло се увеличава.

Коефициент на обемно разширение и плътност на материята

Ако при постоянна маса се получи промяна в обема на тялото, това води до промяна в плътността на неговото вещество:

където е първоначалната плътност, е плътността на веществото при нова температура. Тъй като количеството е този израз (4) понякога се записва като:

Формули (3)-(5) могат да се използват при нагряване на тяло и при охлаждане.

Връзка между обемни и линейни коефициенти на топлинно разширение

Единици

Основната единица SI за измерване на коефициента на топлинно разширение е:

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение	Какво налягане показва живачният барометър, който се намира в помещението, ако температурата в помещението е постоянна и равна на t = 37 o C. Коефициентът на обемно разширение на живака е равен на Разширението на стъклото може да се пренебрегне.
Решение	Действителният обем на живака в барометъра ще бъде стойността V, която може да се намери според израза: където е обемът на живака при нормално атмосферно налягане и температура. Тъй като температурата в стаята не се променя, можем да използваме закона на Бойл-Мариот и да напишем, че: Нека да преминем през изчисленията:
Отговор	татко

ПРИМЕР 2

Якостта на опън на течността не се взема предвид при решаването на практически задачи. Термичното разширение на капковите течности се характеризира с коефициент на топлинно разширение β T, изразяващ относителното увеличение на обема на течността с повишаване на температурата с 1 градус, т.е.:

Където У - начален обем на течността; Δ У - промяна в този обем, когато температурата се повиши с известно количество ΔT . Коефициентът на топлинно разширение на капковите течности, както се вижда от табл. 5, незначителен.

Таблица 5

Стойностите на коефициента в (10) се намират от таблици в даден температурен диапазон (вижте например таблица 5). Способността на течностите да променят плътността (специфичното тегло) с температурни промени се използва широко за създаване на естествена циркулация в котли, отоплителни системи, за отстраняване на продукти от горенето и др. Таблица. 6 показва плътността на водата при различни температури.

Таблица 6

(11)

Където Р - абсолютно налягане; Р - специфична газова константа, различна за различните газове, но независима от температура и налягане [за въздух R=287 J/(kg∙K)]; T - абсолютна температура. Поведението на реалните газове при условия, далеч от втечняване, се различава само малко от поведението на съвършените газове и за тях уравненията на състоянието на съвършените газове могат да се използват в широки граници. В техническите изчисления плътността на газа обикновено се дава от нормално физически условия(t=0°; р=101 325 Pa) или до стандартенусловия (t=20°C; p=101325 Pa). Плътност на въздуха при R=287 J/ (kg∙K) in стандартни условияпо формула (11) ще бъде равно на ρ 0 =101325/287/(273+20)=1,2 kg/m3. Плътността на въздуха при други условия се определя по формулата:

(12)

На фиг. Фигура 1 показва графики на зависимостта на плътността на въздуха от температурата при различни налягания.

Ориз. 1 Зависимост на плътността на въздуха от барометричното налягане и температурата

За изотермичен процес (T=const) от формула (12) имаме:

(13)

(14)

Където к=с p /с ν - адиабатна газова константа; c p е топлинният капацитет на газа при постоянно налягане; с ν - същото, при постоянен обем. Свиваемостта на газовете зависи от характера на процеса на промяна на състоянието. За изотермичен процес:

(15)

За адиабатен процес:

От израз (15) следва, че изотермичната свиваемост за атмосферен въздухе ~9,8∙10 4 Pa ​​​​(около 1 at), което е приблизително 20 хиляди пъти свиваемостта на водата. Тъй като обемът на газа до голяма степен зависи от температурата и налягането, изводите, получени от изследването на капкови течности, могат да бъдат разширени до газове само ако в границите на разглежданото явление промените в налягането и температурата са незначителни. Значителни разлики в налягането, причиняващи значителна промяна в плътността на газовете, могат да възникнат, когато се движат с високи скорости. Връзката между скоростта на движение на течността и скоростта на звука в нея позволява да се прецени необходимостта от отчитане на свиваемостта във всеки конкретен случай. На практика може да се приеме, че газът е несвиваем при скорости, които не надвишават 100 m/s. Вискозитет на течности.Вискозитетът е свойството на течностите да издържат на срязване. Всички реални течности имат определен вискозитет, който се проявява под формата на вътрешно триене по време на относителното движение на съседни частици на течността. Наред с лесно подвижните течности (например вода, въздух), има много вискозни течности, чиято устойчивост на срязване е много голяма (глицерин, тежки масла и др.). По този начин вискозитетът характеризира степента на течливост на течността или подвижността на нейните частици. Оставете течността да тече по плоска стена на слоеве, успоредни на нея (фиг. 2), както се наблюдава при ламинарно движение. Поради спирачния ефект на стената, слоевете течност ще се преместят c на различни скорости, чиито стойности нарастват с отдалечаване от стената.

Ориз. 2 Разпределение на скоростта, когато течността тече по плътна стена

Помислете за два слоя течност, движещи се на разстояние Δу един от друг. Слой А се движи със скорост u , слой IN - със скорост u + Δu . Поради разликата в скоростта за единица време слоят IN се измества спрямо слой А с определена сума Δ u . величина Δ u е абсолютното изместване на слой A спрямо слой B, и Δ u /Δ г има градиент на скоростта (относително изместване). Тангенциалното напрежение (сила на триене на единица площ), което се появява по време на това движение, ще бъде означено с . След това, подобно на феномена на срязване в твърди тела, получаваме следната връзка между напрежението и деформацията:

(17)

Или, ако слоевете са безкрайно близо един до друг,

(18)

величина µ , подобен на коефициента на срязване в твърди тела и характеризиращ съпротивлението на срязване на течност, се нарича динамиченили абсолютен вискозитет. Съществуването на съотношението (18) е посочено за първи път от Нютон и затова се нарича Нютонов закон за триенето. IN международна системаединици, динамичният вискозитет се изразява в H∙s/m 2 или Pa∙c. IN техническа системаединици, динамичният вискозитет има размерността kgf∙s∙m -2. В системата CGS единицата за динамичен вискозитет се записва в паметта като поаз (P) френски лекарПоазей, който изучава законите на движението на кръвта в съдовете на човешкото тяло, равен на 1 g∙cm -1 ∙s -1 ; 1 Pa∙s=0,102 kgf∙s/m 2 =10 P. Вискозитетът на течностите силно зависи от температурата; В този случай вискозитетът на капковите течности намалява с повишаване на температурата, а вискозитетът на газовете се увеличава. Това се обяснява с факта, че природата на вискозитета на капковите течности и газове е различна. В газове Средната скорост(интензивност) топлинно движениемолекули се увеличава с повишаване на температурата, следователно, вискозитетът се увеличава. В капчици течности молекулите не могат да се движат, както в газа, във всички посоки; те могат само да се колебаят около средното си положение. С повишаване на температурата средните скорости на вибрационни движения на молекулите се увеличават, поради което връзките, които ги държат, се преодоляват по-лесно и течността придобива по-голяма подвижност (нейният вискозитет намалява). Така за чиста прясна вода зависимостта на динамичния вискозитет от температурата се определя от формулата на Поазей:

(19)

Където µ - абсолютен (динамичен) вискозитет на течността в P; T - температура в ° C. С повишаване на температурата от 0 до 100 ° C, вискозитетът на водата намалява почти 7 пъти (виж таблица 6). При температура 20°C динамичният вискозитет на водата е 0,001 Pa∙s=0,01 P. Водата принадлежи към най-малко вискозните течности. Само няколко от практически използваните течности (например етер и алкохол) имат малко по-нисък вискозитет от водата. Течният въглероден диоксид има най-нисък вискозитет (50 пъти по-малък от вискозитета на водата). Всички течни масла имат значително по-висок вискозитет от водата (рициновото масло при температура 20 °C има вискозитет 1000 пъти по-голям от водата при същата температура). B маса 1.7 показва стойностите на вискозитета на някои течности.

Таблица 7

Което дава при t=15° C =1,82∙10 -6 kgf∙s/m 2 (~1,82∙10 -5 Pa∙s). Динамичният вискозитет на другите газове е приблизително същия порядък. Наред с концепцията за абсолютен или динамичен вискозитет, концепцията се използва в хидравликата кинематичен вискозитет; което е отношението на абсолютния вискозитет към плътността на течността:

(21)

Този вискозитет се нарича кинематичен, тъй като измерението му не съдържа единици сила. Всъщност заместване на измерението µ И ρ , получаваме [ v]=[Л 2 /T]. В международната система от единици кинематичният вискозитет се измерва в m 2 /s; Единицата за измерване на кинематичния вискозитет в системата CGS е Stokes (в чест на английския физик Stokes): 1 Stoke = 1 cm 2 / s = 10 -4 m 2 / s. Стотната част от Стокс се нарича сантистокс (cSt): 1 m 2 /s = 1∙10 4 St = 1∙10 6 cSt. В табл Фигура 7 показва числените стойности на кинематичния вискозитет на капкови течности; Фиг. 3 - зависимостта на кинематичния вискозитет на водата и индустриалното масло от температурата. За предварителни изчисления стойността на кинематичния вискозитет на водата v може да се приеме равно на 0,01 cm 2 / s = 1,10 –6 m 2 / s, което съответства на температура от 20 ° C.

Ориз. 3 Зависимост на кинематичния вискозитет на водата и маслото от температурата

Кинематичният вискозитет на капковите течности при налягания, срещани в повечето случаи на практика (до 200 atm), зависи много малко от налягането и тази промяна се пренебрегва в конвенционалните хидравлични изчисления. Кинематичният вискозитет на газовете зависи както от температурата, така и от налягането, като се увеличава с повишаване на температурата и намалява с увеличаване на налягането (Таблица 8). Кинематичен вискозитет на въздуха при нормални условия (температура 20° C, налягане ~1 at) v= µ/ ρ =1,57∙10 -5 m 2 /s, т.е. приблизително 15 пъти повече, отколкото за вода при същата температура. Това се обяснява с факта, че в знаменателя на израза за кинематичен вискозитет (21) е включена плътността, която за газовете е значително по-малка, отколкото за капковите течности. За да изчислите кинематичния вискозитет на въздуха при различни температури и налягания, можете да използвате графиката (фиг. 4).

Таблица 1.8

Когато температурата се промени, размерът на твърдото вещество се променя, което се нарича термично разширение. Има линейно и обемно термично разширение. Тези процеси се характеризират с коефициенти на топлинно (температурно) разширение: - среден коефициент на линейно топлинно разширение, среден коефициент на обемно разширение топлинно разширение.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Коефициент на термично разширениее физическа величина, която характеризира промяната в линейните размери на твърдо тяло при промяна на температурата му.

Обикновено се използва средният коефициент на линейно разширение. Това е характеристика на термичното разширение на материала.

Ако първоначалната дължина на тялото е равна на , неговото удължение с повишаване на телесната температура с , тогава се определя по формулата:

Коефициентът на линейно удължение е характеристика на относителното удължение (), което се получава, когато телесната температура се повиши с 1 K.

С повишаване на температурата обемът на твърдото вещество се увеличава. Като първо приближение можем да приемем, че:

където е първоначалният обем на тялото, е промяната в телесната температура. Тогава коефициентът на обемно разширение на тялото е физическо количество, което характеризира относителната промяна в обема на тялото (), която възниква, когато тялото се нагрее с 1 K и налягането остане постоянно. Математическата дефиниция на коефициента на обемно разширение е формулата:

Топлинното разширение на твърдото тяло е свързано с анхармоничността на топлинните вибрации на частиците, които изграждат кристалната решетка на тялото. В резултат на тези трептения, с повишаване на температурата на тялото, равновесното разстояние между съседните частици на това тяло се увеличава.

Когато обемът на тялото се променя, неговата плътност се променя:

където е първоначалната плътност, е плътността на веществото при новата температура. Тъй като количеството е този израз (4) понякога се записва като:

Коефициентите на топлинно разширение зависят от веществото. Като цяло те ще зависят от температурата. Коефициентите на топлинно разширение се считат за независими от температурата в малък температурен диапазон.

Има редица вещества, които имат отрицателен коефициент на топлинно разширение. Така че с повишаване на температурата такива материали се свиват. Това обикновено се случва в тесен температурен диапазон. Има вещества, чийто коефициент на топлинно разширение е почти нулев около определен температурен диапазон.

Израз (3) се използва не само за твърди вещества, но и за течности. Смята се, че коефициентът на термично разширение за течности с капчици не се променя значително с температурни промени. Въпреки това, при изчисляване на отоплителните системи се взема предвид.

Връзка между коефициентите на топлинно разширение

Единици

Основната единица SI за измерване на коефициентите на топлинно разширение е:

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Термичното разширение на течност означава, че тя може да промени обема си при промяна на температурата. Този имот се характеризира с температурен коефициент на обемно разширение , представляваща относителната промяна в обема на течността при промяна на температурата с една единица (с 1 o C) и при постоянно налягане:

По аналогия със свойството за свиваемост на течността можем да напишем

или чрез плътност

Промяна в обема с промяна в температурата възниква поради промяна в плътността.

За повечето течности коефициентът  T намалява с увеличаване на налягането. Коефициент  T с намаляване на плътността на петролните продукти от 920 преди 700 кг/м 3 се увеличава от 0,0006 преди 0,0008 ; за хидравлични течности  T обикновено се приема, че не зависи от температурата. За тези течности нарастващото налягане от атмосферното до 60 MPa води до растеж  T от около 10 – 20 % . Освен това, колкото по-висока е температурата на работния флуид, толкова по-голямо е увеличението  T . За вода с нарастващо налягане при температури до 50 О ° С  T расте, и то при по-високи температури 50 О ° С намалява.

Разтваряне на газове

Разтваряне на газове - способността на течността да абсорбира (разтваря) газове в контакт с нея. Всички течности абсорбират и разтварят газове в една или друга степен. Това свойство се характеризира коефициент на разтворимост к Р .

д Ако в затворен съд течността е в контакт с газ под налягане П 1 , тогава газът ще започне да се разтваря в течността. След малко

течността ще се насити с газ и налягането в съда ще се промени. Коефициентът на разтворимост свързва промяната в налягането в съд с обема на разтворения газ и обема на течността, както следва:

Където V Ж – обем на разтворения газ при нормални условия,

V и – обем течност,

П 1 И П 2 – начално и крайно налягане на газа.

Коефициентът на разтворимост зависи от вида на течността, газа и температурата.

При температура 20 ºС и атмосферно налягане, водата съдържа около 1,6% разтворен въздух по обем ( к стр = 0,016 ). С повишаване на температурата от 0 преди 30 ºС коефициентът на разтворимост на въздуха във вода намалява. Коефициент на разтворимост на въздух в масла при температура 20 ºС равно на приблизително 0,08 – 0,1 . Кислородът има по-висока разтворимост от въздуха, така че съдържанието на кислород във въздуха, разтворен в течност, е приблизително 50% по-високо, отколкото в атмосферата. Когато налягането намалее, от течността се отделя газ. Процесът на отделяне на газ е по-интензивен от разтварянето.

кипене

Кипенето е способността на течността да преминава в газообразно състояние. В противен случай това свойство на течностите се нарича летливост .

Една течност може да бъде доведена до кипене чрез повишаване на температурата до стойности, по-високи от точката на кипене при дадено налягане, или чрез намаляване на налягането до стойности, по-ниски от налягането наситени пари стр np течност при дадена температура. Образуването на мехурчета, когато налягането се намали до налягането на наситените пари, се нарича студено кипене.

Течност, от която е отстранен разтвореният в нея газ, се нарича дегазирана. В такава течност не настъпва кипене дори при температура, по-висока от точката на кипене при дадено налягане.

15.07.2012
Физични свойства на хидравличните масла и тяхното влияние върху експлоатационните характеристики

1. Вискозитет, вискозитетно-температурни характеристики
Вискозитетът е най-важният критерий за оценка на товароносимостта на хидравличното масло. Вискозитетът се диференцира по динамични и кинематични показатели.
Индустриалните смазочни масла и хидравличните масла се класифицират според ISOкласове на вискозитет въз основа на техния кинематичен вискозитет, който от своя страна се описва като съотношението на динамичния вискозитет към плътността. Референтната температура е 40 °C. Официална мерна единица ( Св) за кинематичен вискозитет е m 2 /s, а в нефтопреработвателната промишленост мерната единица за кинематичен вискозитет е cSt(сантистокси) или mm 2 /s. Класификация по вискозитет ISO, DIN 51519 за течни индустриални лубрикантиописва 18 степени (класове) на вискозитет от 2 до 1500 mm 2 /s при температура от 40 °C. Всеки клас се определя от неговия среден вискозитет при 40 °C и с допустимо отклонение от ±10% от тази стойност. Зависимостта вискозитет-температура има голямо значениеза хидравлични масла. Вискозитетът нараства рязко с понижаване на температурата и намалява с повишаване на температурата. В практически смисъл е необходим прагов вискозитет на течността (допустим вискозитет при стартиране, приблизително 800–2000 mm 2 /s) за използване в помпи различни видове. Минималният допустим вискозитет при високи температури се определя от началото на фазата на гранично триене. Минималният вискозитет не трябва да бъде по-нисък от 7-10 mm 2 /s, за да се избегне неприемливото износване на помпите и двигателите. Кривите на графиките вискозитет-температура описват зависимостта на вискозитета на хидравличните течности от температурата. В линейни условия V—T- кривите са хиперболични. Чрез математическа трансформация тези B—T- кривите могат да бъдат представени като прави линии. Тези линии позволяват точно определяне на вискозитета в широк температурен диапазон. Индексът на вискозитет (VI) е критерий B—T- зависимости и V—T- крива - градиент на графиката. Колкото по-висок е VI на хидравличната течност, толкова по-малка е промяната във вискозитета с промяна на температурата, т.е. B—T- крива. Хидравличните масла на базата на минерални масла обикновено имат естествен VI от 95-100. Синтетичните хидравлични масла на базата на естери имат граничен VI от 140-180, а полигликолите имат естествен VI от 180-200 (фиг. 1)

Индексът на вискозитет може също да бъде увеличен с помощта на добавки (полимерни добавки, които трябва да са устойчиви на срязване), наречени VI подобрители или добавки за вискозитет. Хидравличните масла с висок VI осигуряват лесно стартиране, намалена загуба на производителност при ниски температури на околната среда и подобрено уплътнение и защита от износване при високи работни температури. Маслата с висок индекс подобряват ефективността на системата и удължават живота на компонентите, подложени на износване (колкото по-висок е вискозитетът при работни температури, толкова по-добро е обемното съотношение).

2. Зависимост на вискозитета от налягането
Зависимостта на налягането на вискозитета на смазката е отговорна за носещата способност на смазочния филм. Динамичният вискозитет на течните среди се увеличава с увеличаване на налягането. По-долу е даден метод за регулиране на зависимостта на динамичния вискозитет от налягането при постоянна температура.
Зависимостта на вискозитета от налягането, а именно увеличаването на вискозитета с увеличаване на налягането, има положителен ефект върху специфичното натоварване (например върху лагерите), тъй като вискозитетът на смазочния филм се увеличава под въздействието на високо парциално налягане от 0 до 2000 атм. Вискозитет HFCтечност се увеличава два пъти, минерално масло - 30 пъти, в HFDтечности - 60 пъти. Това обяснява сравнението краткосроченобслужване на ролкови лагери, ако са смазани ( HFA, HFC) смазочни масла на водна основа. На фиг. 2. и 3 показват зависимостта на вискозитета от налягането за различни хидравлични течности.

Характеристиките вискозитет-температура също могат да бъдат описани с експоненциален израз:

η = η ο · д α П ,

Където η ο е динамичният вискозитет при атмосферно налягане, α е коефициентът на връзката "вискозитет-налягане", Р- налягане. За HFCα = 3,5 · 10 -4 atm -1 ;
За HFDα = 2,2·10 -3 atm -1 ; За HLPα = 1,7·10 -3 atm -1

3. Плътност
Загубите на хидравлични течности в тръбопроводите и в елементите на хидравличната система са правопропорционални на плътността на течността. Например загубата на налягане е право пропорционална на плътността:

Δ П= (ρ/2) ξ с 2 ,

Където ρ е плътността на течността, ξ е коефициентът на съпротивление, се скоростта на потока на течността и Δ П- загуба на налягане.
Плътността ρ е масата на единица обем течност.

ρ = m/V(kg/m3).

Плътността на хидравличната течност се измерва при температура 15 °C. Зависи от температурата и налягането, тъй като обемът на течността се увеличава с повишаване на температурата. По този начин промяната в обема на течността в резултат на нагряване се извършва съгласно уравнението

Δ V=V·β температура Δ T,

Какво води до промяна в плътността:

Δρ = ρ·β температура Δ T.

При хидростатични условия при температури от -5 до +150 °C е достатъчно да се използва линейна формулакъм горното уравнение. Коефициентът на топлинно обемно разширение β temp може да се приложи към всички видове хидравлични течности.

Тъй като коефициентът на топлинно разширение на минералните масла е приблизително 7 10 -4 K -1, обемът на хидравличната течност се увеличава с 0,7%, ако температурата му се повиши с 10 °C. На фиг. Фигура 5 показва зависимостта на обема на хидравличните течности от температурата.

Връзката плътност-налягане на хидравличните течности също трябва да бъде включена в хидростатичната оценка, тъй като свиваемостта на течностите влияе отрицателно на техните динамични характеристики. Зависимостта на плътността от налягането може лесно да се разчете от съответните криви (фиг. 6).

4. Свиваемост
Свиваемостта на хидравличните течности на базата на минерални масла зависи от температурата и налягането. При налягания до 400 atm и температури до 70 °C, които са границите за индустриални системи, свиваемостта е релевантна за системата. Хидравличните течности, използвани в повечето хидравлични системи, могат да се считат за несвиваеми. Но при налягания от 1000 до 10 000 atm могат да се наблюдават промени в свиваемостта на средата. Свиваемостта се изразява с коефициент β или модул М(фиг. 7, М = ДА СЕ).

М= 1/β atm = 1/β · 10 5 N · m 2 = 1/β · 10 5 Pa.

Промяната в обема може да се определи с помощта на уравнението

Δ V=V · β( Пмакс - Рначало)

Където Δ V— промяна в обема; Р max—максимално налягане; Рстарт - начално налягане.

5. Газоразтворимост, кавитация
Въздухът и другите газове могат да се разтварят в течности. Течността може да абсорбира газ до точката на насищане. Това не трябва да се отразява неблагоприятно на работата на течността. Разтворимостта на газ в течност зависи от основните компоненти на вида на газа, налягането и температурата. При налягане до ≈300 атм. Разтворимостта на газ е пропорционална на налягането и следва закона на Хенри.

V G= V F·α V · П/По,

Където VЖ— обем на разтворения газ; V F е обемът на течността, Ро — Атмосферно налягане, П— налягане на флуида; α V е коефициентът на разпределение на Бунзен (1,013 mbar, 20 °C).
Коефициент на Бунзен в висока степензависи от основната течност и показва колко (%) газ е разтворен на единица обем течност нормални условия. Разтвореният газ може да се освободи от хидравличната течност при ниско статично налягане ( висока скоростпоток и високо напрежение на срязване), докато се достигне нова точка на насищане. Скоростта, с която газът напуска течност, обикновено е по-голяма от скоростта, с която газът се абсорбира от течността. Газът, напускащ течността под формата на мехурчета, променя свиваемостта на течността по подобен начин на въздушните мехурчета. Дори със ниско наляганемалко количество въздух може драматично да намали несвиваемостта на течността. В мобилните системи с висока скорост на циркулация на течността съдържанието на неразтворен въздух може да достигне стойности до 5%. Този неразтворен въздух има много негативен ефект върху производителността, товароносимостта и динамиката на системата (виж раздел 6 - обезвъздушаване и раздел 7 - образуване на пяна). Тъй като свиваемостта на течностите в системите обикновено се случва много бързо, въздушните мехурчета могат внезапно да се нагреят до висока температура(адиабатна компресия). В екстремни случаи може да се достигне температурата на горене на течността и да възникнат микродизелови ефекти.
Газовите мехурчета могат също да експлодират в помпите поради компресия, което може да доведе до повреда поради ерозия (понякога наричана кавитация или псевдокавитация). Ситуацията може да се влоши, ако в течността се образуват мехурчета от пара. Така кавитацията възниква, когато налягането падне под разтворимостта на газа или под налягането на парите на течността.
Кавитацията възниква главно в отворени системи с постоянен обем, тоест опасността от това явление е от значение за входящите и изходящите вериги и помпите. Може да бъде причинено от твърде ниско абсолютно налягане в резултат на загуби в скоростта на потока в тесни напречни сечения, филтри, колектори и дроселни клапи, поради свръхналягане на входа или загуби на налягане в резултат на прекомерен вискозитет на течността. Кавитацията може да доведе до ерозия на помпата, намалена ефективност, пикове на налягането и прекомерен шум.
Това явление може да повлияе неблагоприятно на стабилността на дроселните регулатори и да причини образуване на пяна в контейнерите, ако сместа течност-вода се върне в контейнера при атмосферно налягане.

6. Обезвъздушаване
Когато хидравличните течности се върнат в резервоарите, потокът от течност може да носи въздух със себе си. Това може да се случи поради течове в тръбопровода по време на стесняване и частичен вакуум. Турбуленция в резервоара или локална кавитация показва образуването на въздушни мехурчета в течността.
Уловеният въздух трябва да бъде изпуснат на повърхността на течността, в противен случай, ако попадне в помпата, може да причини повреда на други компоненти на системата. Скоростта, с която въздушните мехурчета се издигат на повърхността, зависи от диаметъра на мехурчетата, вискозитета на течността и плътността и качеството на базовото масло. Колкото по-високо е качеството и чистотата на базовото масло, толкова по-бързо става обезвъздушаването. Маслата с нисък вискозитет обикновено обезвъздушават по-бързо от базовите масла с висок вискозитет. Това се дължи на скоростта, с която мехурчетата се издигат.

° С = (ρ FL -ρ L )Χ/η,

Където ρ ЕТ— плътност на течността; ρ Л— плътност на въздуха; η — динамичен вискозитет; X е константа в зависимост от плътността и вискозитета на течността.
Системите трябва да бъдат проектирани така, че въздухът да не навлиза в течността и ако навлезе, увлечените въздушни мехурчета могат лесно да излязат. Критични зони са резервоарите, които трябва да бъдат оборудвани с прегради и въздушни дефлектори, както и конфигурацията на тръбопроводите и кръговете. Добавките не могат да имат положителен ефект върху деаерационните свойства на хидравличните течности. Повърхностноактивните вещества (по-специално добавките против пяна на основата на силикон) и замърсителите (като греси и инхибитори на корозията) влияят неблагоприятно върху характеристиките на освобождаване на хидравличните масла. Минералните масла обикновено имат по-добри свойства за освобождаване на въздух от огнезащитните течности. Деаерационни свойства HPLDхидравличната течност може да бъде сравнима със свойствата на хидравличните течности HLP.
В стандарта е описан тест за определяне на деаерационните свойства DIN 51 381. Този метод включва впръскване на въздух в маслото. Числото на обезвъздушаване е времето, необходимо на въздуха (минус 0,2%) да напусне течност при температура 50 °C при определени условия.
Делът на диспергирания въздух се определя чрез измерване на плътността на маслено-въздушната смес.

7. Разпенване
Повърхностното разпенване възниква, когато скоростта на обезвъздушаване е по-висока от скоростта, с която въздушните мехурчета се пукат на повърхността на течността, тоест когато има повече образувани мехурчета, отколкото унищожени. В най-лошия случай тази пяна може да бъде изтласкана от резервоара през дупките или пренесена в помпата. Добавките против пяна на базата на силикон или без силикон могат да ускорят разграждането на мехурчетата чрез намаляване на повърхностното напрежение на пяната. Те също така влияят отрицателно на обезвъздушителните свойства на течността, което може да причини проблеми със свиваемостта и кавитация. Поради това добавките против пяна се използват в много ниски концентрации (≈ 0,001%). Концентрацията на добавката против пяна може прогресивно да намалее в резултат на стареене и отлагане върху метални повърхности, а проблемите с образуването на пяна често възникват при използване на стари, вече използвани течности. Последващо добавяне на добавка против пяна трябва да се извършва само след консултация с производителя на хидравличната течност.
Обемът на образуваната пяна на повърхността на течността се измерва във времето (незабавно, след 10 минути) и при различни температури (25 и 95 °C). Повърхностно активни вещества, детергенти или дисперсанти, замърсители като грес, инхибитори на корозия, почистващи агенти, флуиди за рязане, странични продукти от окисляване и т.н. могат да повлияят отрицателно на ефективността на добавките против пяна.

8. Деемулгиране
Деемулгирането е способността на хидравличната течност да отблъсква нахлула вода. Водата може да навлезе в хидравличната течност чрез течове в топлообменника, кондензирана вода в резервоари поради значителни промени в нивата на маслото, лоша филтрация, замърсяване на водата поради дефектни уплътнения и екстремни условия на околната среда. Водата в хидравличната течност може да причини корозия, кавитация в помпите, да увеличи триенето и износването и да ускори разграждането на еластомери и пластмаси. Свободната вода трябва да се отстрани от контейнерите за хидравлична течност възможно най-бързо чрез дренажни клапани. Замърсяването с водоразтворими охлаждащи течности, особено върху машинните инструменти, може да доведе до образуване на лепкави остатъци след изпаряването на водата. Това може да причини проблеми в помпите, клапаните и цилиндрите. Хидравличната течност трябва бързо и напълно да отблъсне водата, която е проникнала в нея. Деемулгирането се определя от DIN 51,599, но този метод не е приложим за хидравлични течности, съдържащи детергент-дисперсант ( DD) добавки. Деемулгирането е времето, необходимо за разделяне на смеси от масло и вода. Параметрите за деемулгиране са:
. вискозитет до 95 mm 2 /s при 40 °C; температура на изпитване 54 °C;
. вискозитет > 95 mm 2 /s; температура 82 °C.
В хидравличните масла, съдържащи DDдобавки, вода, течни и твърди замърсители се държат в суспензия. Те могат да бъдат отстранени с помощта на подходящи филтърни системи, без да се използва хидравличната функция на машината, с изключение на отрицателно въздействиекъм хидравлична течност. Ето защо DDХидравличните течности често се използват в хидростатични машини и мобилни хидравлични системи.
За машини с висока скорост на циркулация, които изискват постоянна наличност и са постоянно изложени на риск от вода и други замърсители, използването на почистващи хидравлични течности е основна област. Хидравличните течности с деемулгиращи свойства се препоръчват за използване в цехове за производство на стомана и валцоване, където има големи обеми вода и ниската скорост на циркулация позволява отделянето на емулсиите в резервоара. Деемулгиращите свойства в модифицирана форма се използват за определяне на съвместимостта на оборудването с хидравличните масла. Стареенето на хидравличната течност се отразява негативно на деемулгиращите свойства.

9. Точка на течливост
Точката на течливост е най-ниската температура, при която течността е все още течна. Проба от течността систематично се охлажда и тества за течливост при понижаване на температурата на всеки 3 °C. Параметри като точка на течливост и граничен вискозитет определят най-много ниска температура, при които е възможно нормално използване на маслото.

10. Корозия на мед (изпитване на медна плоча)
Медта и съдържащите мед материали често се използват в хидравличните системи. Материали като месинг, лят бронз или синтерован бронз се намират в лагерни елементи, направляващи или управляващи блокове, плъзгачи, хидравлични помпи и двигатели. В охладителните системи се използват медни тръби. Корозията на медта може да доведе до повреда на цялата хидравлична система, така че тестът за корозия на медна лента се извършва, за да предостави информация за корозивността на базовите течности и добавките към съдържащите мед материали. Методът за изпитване на корозивността на хидравлични течности на минерална основа, т.е. биоразградими течности, по отношение на цветни метали е известен като метод на Linde (метод за скрининг за тестване на биоразградими масла за корозивност по отношение на медни сплави) ( SAEТехнически бюлетин 981516, април 1998), известен също като VDMA 24570 (VDMA 24570 - биоразградими хидравлични течности - ефект върху сплави от цветни метали 03-1999 на немски).
По стандарт DIN 51 759, корозията върху медната плоча може да бъде под формата на обезцветяване или образуване на люспи. Медната плоча за смилане се потапя в тестовата течност за определено времепри дадена температура. Хидравличните и смазочните масла обикновено се изпитват при температура от 100 °C. Степента на корозия се оценява в точки:
1 - лека промяна на цвета;
2 - умерена промяна на цвета;
3 - силна промяна на цвета;
4 - корозия (потъмняване).

11. Водно съдържание (метод на Карл Фишер)
Ако водата навлезе в хидравлична система, частично фино диспергирана до степен, че прониква в маслената фаза, тогава в зависимост от плътността на хидравличната течност, водата може също да бъде освободена от маслената фаза. Тази възможност трябва да се вземе предвид при вземане на проби за определяне на водното съдържание.
Определянето на съдържанието на вода в mg/kg (маса) по метода на Карл Фишер включва въвеждането на разтвор на Карл Фишер чрез директно или индиректно титруване.

12. Устойчивост на стареене (метод на Баадер)
Това е опит да се повтори изследването на ефектите на въздуха, температурата и кислорода върху хидравличните течности в лабораторни условия. Направен е опит за изкуствено ускоряване на стареенето на хидравличните масла чрез повишаване на температурите над нивата практическо приложение, както и нивата на кислород в присъствието на метални катализатори. Увеличаването на вискозитета и повишаването на киселинното число (свободна киселина) се записват и оценяват. Резултатите от лабораторните изследвания се превеждат в практически условия. Методът на Baader е практичен начин за тестване на стареене на хидравлични и смазочни масла.
За определен период от време пробите отлежават при дадена температура и налягане на въздушния поток, докато периодично се потапя медна намотка в масло, което действа като ускорител на окислението. В съответствие със DIN 51 554-3 C, CLИ CLPтечности и Х.Л., HLP, NMХидравличните масла са тествани за окислителна стабилност при температура 95 °C. Числото на осапуняване се изразява в mg KOH/g.

13. Устойчивост на стареене (метод TOST)
Окислителната стабилност на маслата за парни турбини и хидравличните масла, съдържащи добавки, се определя в съответствие с DIN 51 587. Метод TOSTсе използва от много години за тестване на турбинни масла и хидравлични течности на базата на минерални масла. В модифициран вид (без вода) сух TOSTМетодът се използва за определяне на окислителната устойчивост на хидравлични масла на естерна основа.
Стареенето на смазочните масла се характеризира с увеличаване на киселинното число, когато маслото е изложено на кислород, вода, стомана и мед за максимум 1000 часа при 95°C (крива на неутрализация на стареенето). Максимално допустимото увеличение на киселинното число е 2 mg KOH/g след 1000 часа.

14. Киселинно число (неутрализационно число)
Киселинното число на хидравличното масло се увеличава в резултат на стареене, прегряване или окисляване. Получените продукти на стареене могат да имат агресивен ефект върху помпите и лагерите на хидравличната система. Следователно киселинното число е важен критерий за оценка на състоянието на хидравличната течност.
Киселинното число показва количеството киселинни или алкални вещества в смазочното масло. Киселините в минералните масла могат да атакуват материалите на хидравличната система. Високото киселинно съдържание е нежелателно, тъй като може да е резултат от окисление.

15. Защитни антиоксидантни свойства срещу стомана/черни метали
Антиоксидантните свойства на турбинните и хидравличните масла, съдържащи добавки по отношение на стомана/черни метали, се определят в съответствие със стандарта DIN 51 585.
Хидравличните течности често съдържат диспергирана, разтворена или свободна вода, така че хидравличната течност трябва да осигурява защита от корозия на всички намокрени части при всякакви работни условия, включително замърсяване с вода. Този метод на изпитване определя ефективността на антикорозионните добавки при редица различни работни условия.
Тестовото масло се смесва с дестилирана вода (метод А) или изкуствена морска вода(метод B), като се разбърква непрекъснато (за 24 часа при 60 °C) със стоманен прът, потопен в сместа. След това стоманеният прът се изследва за корозия. Резултатите ни позволяват да оценим антикорозионните защитни свойства на маслото по отношение на стоманени компоненти в контакт с вода или водна пара:
Степен на корозия 0 означава липса на корозия,
степен 1 ​​- незначителна корозия;
степен 2 - умерена корозия;
степен 3 - тежка корозия.

16. Свойства против износване (машина с четири топки Черупка; VKA, DIN 51350)
Фирмената машина с четири топки Черупкаслужи за измерване на свойствата против износване и екстремно налягане на хидравличните течности. Носещата способност на хидравличните течности се изпитва при условия на гранично триене. Методът се използва за определяне на стойности за смазочни масла с добавки, които могат да издържат на високо налягане при условия на гранично триене между плъзгащи се повърхности. Смазочното масло се изпитва в апарат с четири топки, който се състои от една (централна) въртяща се топка и три неподвижни топки, разположени в пръстен. При постоянни условия на изпитване и със зададена продължителност се измерва диаметърът на контактното петно ​​на три неподвижни топки или натоварването върху въртяща се топка, което може да се увеличи до заваряване с останалите три сфери.

17. Устойчивост на срязване на смазочни масла, съдържащи полимери
За подобряване на вискозитетно-температурните характеристики, полимерите се въвеждат в смазочните масла и се използват като добавки, които подобряват индекса на вискозитет. Докато увеличавате молекулно теглотези вещества стават все по-чувствителни към механични натоварвания, например към тези, които съществуват между буталото и неговия цилиндър. За да се оцени устойчивостта на срязване на маслата при различни условия, има няколко метода за изпитване:
DIN 5350-6, метод с четири топки, DIN 5354-3,FZGметод и DIN 51 382, ​​метод на впръскване на дизелово гориво.
Намаляване на относителния вискозитет поради срязване след 20-часов тест DIN 5350-6 (Определяне на устойчивостта на срязване на смазочни масла, съдържащи полимери, използвани за конусни ролкови лагери) се прилага в съответствие с DIN 51 524-3 (2006); Препоръчва се намаляване на вискозитета поради срязване с по-малко от 15%.

18. Механични изпитвания на хидравлични течности в ротационни лопаткови помпи ( DIN 51 389-2)
Тестването на помпа Vickers и помпи от други производители позволява реалистична оценка на работата на хидравличните течности. В момента обаче се разработват алтернативни методи за тестване (по-специално, DGMK 514 - механични изпитвания на хидравлични течности).
Методът на Vickers се използва за определяне на свойствата против износване на хидравличните течности в ротационна помпа с лопатки при дадени температури и налягания (140 atm, 250 часа, вискозитет на работната течност от 13 mm 2 /s при различни температури). В края на теста проверете пръстените и крилата за износване ( Викерс V-104СЪС 10 или Викерс V-105СЪС 10). Максимално допустими стойности на износване:< 120 мг для кольца и < 30 мг для крыльев.

19. Свойства против износване (тест на предавка FZGстойка; DIN 534-1i-2)
Хидравличните течности, особено класовете с висок вискозитет, се използват като хидравлични и смазочни масла в комбинирани системи. Динамичният вискозитет е основният фактор за ефективността против износване в режим на хидродинамично смазване. При ниски скорости на плъзгане или високи наляганияпри условия на гранично триене, противоизносните свойства на течността зависят от използваните добавки (образуване на реактивен слой). Тези гранични условия се възпроизвеждат при тестване FZGстойка.
Този метод се използва главно за определяне на граничните характеристики на смазочните материали. Някои зъбни колела, въртящи се с определена скорост, се смазват чрез пръскане или пулверизиране на масло, чиято начална температура се записва. Натоварването върху краката на зъбите се увеличава стъпаловидно и характеристиките се записват външен видзъби крака. Тази процедура се повтаря до последния 12-ти етап на натоварване: херцовото налягане на 10-ия етап на натоварване в лентата на зацепване е 1,539 N/mm2; на етап 11 - 1,691 N/mm 2; на 12-ия етап - 1,841 N / mm 2. Началната температура на етап 4 е 90 °C, периферната скорост е 8,3 m/s, граничната температура не е определена; използва се геометрия на зъбно колело А.
Етапът на повреда на товара се определя от DIN 51 524-2. За положителен резултаттрябва да е поне ниво 10. Хидравлични течности, отговарящи на изискванията ISO VG 46, които не съдържат добавки против износване, обикновено достигат степен на натоварване 6 (≈ 929 N/mm2). Хидравличните течности, съдържащи цинк, обикновено достигат поне 10-11-та степен на натоварване преди повреда. Така наречените безцинкови ZAFхидравличните течности могат да издържат степен на натоварване 12 или по-висока.

Роман Маслов.
По материали от чужди издания.