00000

Лекція 2.

Робоча рідина гідросистем і її властивості.

Робоча рідина є робочим тілом гідроприводу і може розглядатися як його елемент. Одночасно вона виконує функції мастильного та охолоджувального агента, а також захищає деталі від корозії, тобто забезпечує працездатність і надійність вузлів гідроприводу.

Мінеральні мастила нафтового походження найбільш повно задовольняють вимогам, що відповідають робочій рідині. Для спеціальних гідроприводів застосовуються також синтетичні рідини на основі органічних і кремнійорганічних з'єднань. Основними показниками для оцінки якості робочої рідини служать в’язкістно-температурні її властивості, хімічна і фізична стабільність, агресивність стосовно гумових ущільнювальних деталей і мастильна здатність.

В'язкість рідини.

Характеристика в'язкості. В'язкість рідини, під якою розуміється її властивість чинити опір деформації зсуву, є однією з найбільш важливих характеристик для розрахунку і проектування об'ємних гідравлічних машин при експлуатації. Від в'язкості рідини залежать об'ємні і механічні втрати при роботі гідромашин, можливість роботи гідроприводу при низьких і високих температурах і ін.

Опис характеристики в'язкості рідини засновано на відомій (з курсу гідравліки) гіпотезі Ньютона, відповідно до якої напруга зсуву між сусідніми шарами рідини нескінченно малої товщини пропорційна градієнтові швидкості зсуву в напрямку, перпендикулярному до напрямку руху рідини.

Сила внутрішнього тертя

,

де - площа поверхні дотичних шарів рідини;

– коефіцієнт пропорційності, який називається коефіцієнтом динамічної (абсолютної) в'язкості рідини;

u – швидкість зсуву;

у – відстань між шарами рідини, виміряна перпендикулярно напрямку її руху.

Напруга від сили тертя

.

Отже, динамічна в'язкість чисельно дорівнює дотичній напрузі при одиничному градієнту швидкості , тобто має цілком визначений фізичний зміст і повністю характеризує в'язкість рідини.

У системі СІ одиниця виміру динамічної в'язкості - паскаль·секунда ( = ).

У технічній системі в'язкість виражається в пуазах (П), при чому в'язкість рідини дорівнює 1П, якщо сила, необхідна для того, щоб переміщувати дві паралельні пластинки з рідини відносно одна одної з площею поверхні 1 см² і градієнтом швидкості 1 см/с.см, складає 1 дину. В'язкість води при 20^оС дорівнює приблизно 1П.

Для малов’язких рідин зазвичай виражають у сантипуазах (сП).

Коефіцієнти динамічної в'язкості зв'язані наступними співвідношеннями:

1 кгс.с/м² = 98,1 П = 9810 сП = 9,81 Па.с

1 П = дин.с/см² = 0,10193 кгс.с/м² = 0,1 Па.с

1 сП = 1,0193.10^-4 кгс/м² = 0,01 П = 10^-3 Па.с = 1 мПа.с

Кінематична в'язкість. У гідравлічних розрахунках звичайно застосовують відношення коефіцієнта динамічної в'язкості до густини рідини , яке називається коефіцієнтом кінематичної в'язкості

У системі СІ одиниця виміру кінематичної в'язкості – квадратний метр у секунду (м²/с).

У технічній системі кінематична в'язкість виражається в см²/с. Величина в'язкості рівна 1 см²/с називається стоксом (Ст). У технічній практиці одержали розповсюдження сантистокси (сСт). Зазначені одиниці кінематичної в'язкості зв'язані співвідношенням:

1 см²/с = Ст = 100 сСт

1сСт = 1 мм²/с

1 м²/с = 10 000 Ст = 1 000 000 сСт.

У технічних характеристиках вітчизняних масел указується (якщо відсутні спеціальні застереження) кінематична в'язкість, виражена в сантистоксах при температурі 50⁰С.

При виборі величини в'язкості робочої рідини необхідно враховувати ряд суперечливих факторів:

1)підвищення в'язкості робочої рідини спрощує герметизацію ущільнювальних з'єднань;

2)підвищення в'язкості робочої рідини збільшує механічні втрати, утрати напору в каналах, погіршує режим живлення (усмоктування) насосів, а також сповільнює реакцію виконавчих механізмів на сигнали регулювання.

У загальному випадку для гідромашин, що працюють з високими тисками, варто вибирати рідини більш високої в'язкості, чим для машин з більш низькими тисками.

Можна рекомендувати: для радіально-поршневих насосів з тисками від 20 МПа і вище і працюючих у стабільних температурних умовах застосовувати масла з в'язкістю 60-150 сСт і для насосів з тиском до 10 МПа – масла з в'язкістю 30-60 сСт. Для аксиально-поршневих насосів звичайно застосовують менш (на 25-50%) в'язкі масла, чим для радіально-поршневих.

Умовні (відносні) одиниці в'язкості. На практиці звичайно користуються умовними одиницями в'язкості, вимірюваної за допомогою віскозиметрів. У вітчизняній промисловості застосовуються одиниці умовної в'язкості, що виражаються в градусах Енглера.

Відношення часу витікання t під власною вагою 200 см³ рідини при даній температурі через калібрований отвір визначеного діаметра (2,8 мм) до часу витікання t_в з тієї ж судини 200 см³ води при 20^оС виражає в'язкість рідини в градусах Енглера:

^оЕ = t/t_в.

Перерахування умовної в'язкості в кінематичну і абсолютну виробляється по наближених емпіричних формулах або таблицям. Для застосовуваних у гідросистемах масел кінематична й умовна в'язкість у градусах Енглера зв'язані співвідношенням

, см²/с.

Абсолютна в'язкість і умовна в'язкість у градусах Енглера зв'язані співвідношенням

, П.

Залежність в'язкості від температури. З підвищенням температури в'язкість краплинних рідин знижується. Чим менше змінюється в'язкість зі зміною температури, тим вище якість і експлуатаційні властивості робочої рідини. Одним з основних критеріїв цієї залежності є характеристика по застиванню, умовно оцінюючої втрати рухливості часток. При цьому рідина не перетворюється у тверде тіло.

На практиці користуються емпіричними залежностями в'язкості від температури (в основному графічні).

З застосовуваних у гідроприводах морозостійких мінеральних масел найбільш пологу в’язкісну характеристику має масляна суміш АМГ-10, в'язкість якої змінюється в діапазоні температур +60⁰С - -60⁰С в межах 8-2000 сСт. Ще більш пологу характеристику мають рідини на основі кремнійорганічних з'єднань, для яких мінімальне значення в'язкості в зазначеному діапазоні температур менше максимального лише в 40-50 разів.

При застосуванні рідин, що мають круту криву температурної залежності в'язкості, затруднюється робота гідросистеми в зимових умовах.

Індекс в'язкості. Для оцінки впливу температури на в'язкість робочої рідини (масла) у практиці користуються поняттям індексу в'язкості, що характеризує співвідношення в’язкостей олії в деякому температурному інтервалі (наприклад, від 0 до 100⁰С або від 50 до 100 ⁰С). Т.о., індекс в'язкості олії є відносною величиною, що показує ступінь зміни в'язкості масла в залежності від температури, тобто характеризующий положистість температурної кривої в'язкості (чим нижче індекс в'язкості, тим більше положиста крива в'язкості).

Залежність в'язкості від тиску. В'язкість рідин збільшується з підвищенням тиску. У межах щодо невеликих тисків - від 0 до 30-40 МПа в'язкість розповсюджених мінеральних масел змінюється зі зміною тиску практично лінійно. При цьому в'язкість малов’язких масел змінюється під тиском менше, ніж високов'язких (існують графічні залежності).

У загальному випадку при наближених практичних розрахунках для визначення залежності в'язкості мінеральних масел, застосовуваних у гідросистемах, від тиску для діапазону від 0 до 50 МПа користуються спрощеним емпіричним рівнянням

де і - кінематичний коефіцієнт в'язкості відповідно при тиску й атмосферному;

- коефіцієнт, що залежить від сорту масла (для легких олій 15 сСт, = 0,002; для важких 15 сСт, = 0,003).