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工程机械液压油过滤技术的原理及应用

一、前言

液压油做为工程机械液压系统工作的能量传递介质,在液压系统中起着能量传递、系统润滑、防腐防锈以及冷却等重要作用,而液压油的清洁度又直接影响到液压系统的工作性能、液压元件寿命等,因此在工程机械液压系统中过滤技术的应用较为广泛。液压油的过滤是一项很关键的技术,一旦液压油清洁度出现问题必然会影响到工程机械设备的正常运行。


液压油过滤器

二、液压油过滤技术简介

液压油过滤技术其内利用亲油疏水技术和“气穴”原理,油液在真空分离器中的接触面积扩大为原来的数百倍,而“气穴”系统又使油蒸发表面积不断增大,且蒸发界面不断更新,最大限度地增加了油在真空系统中的行程和静态水分挥发面积,使油中的水分在低热、高真空度、大表面,高抽速的条件下得到快速汽化蒸发并由真空系统排出。由真空分离器上部排出的水、气体,经冷却系统逐级降温除湿后,最后由真空泵排向空中。真空分离器中经真空汽化脱水后的干燥油液,经输油泵由负压升为正压,经过精滤后,净油从出油口排出,完成整个净油过程。液压油过滤技术是工程机械中进行系统防护的一项重要技术由于液压油在系统中是表示传递压力、保持润滑、能够进行冷却密封的作用如果选择不恰当的话则会导致系统出现故障和污染现象因此在选择液压油中应该按照相应的规则和正确的操作程序进行不同材质的液压油不能混合使用否则会产生巨大的污染在使用时还应按照规则进行定期的维护长期监测才能发挥出设备的最大利用率。

三、过滤脱水原理

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)的大小来衡量的。

图1所示为油、水和固体三相达到平衡时,在三相的交界处,会形成一定大小的接触角θ,它是张力σ水固与σ水油之间的夹角。


接触角示意图

接触角的大小,由液体和固体的性质所决定。具体说是由作用在三相点上各类界面表面张力系数σ水固、σ油固、σ油水之间的平衡状态决定的。Σ油水力图使水滴的表面收缩到最小,以降低油水之间的表面能;σ油固力图使水滴展开以盖住固体表面(因为固体表面本身无法收缩,故力图吸附液体来降低表面张力),以降低油固之间的表面能。Σ水固力图减小水固界面面积,以降低水固界面能。当体系达到平衡时,水滴与固体表面形成一定大小的接触角。Θ越小,润湿性能越好。

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(θ<90°),如玻璃、石英、各类无机盐和金属氧化物等;另一类固体是油对其润湿性能良好,而水对其润湿性能不好,称为亲油性固体或憎水性固体(θ>90°),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),则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。

油水分散体系属于热力学不稳定体系,可以通过某些工艺措施来破坏维持这种分散体系稳定存在的条件,从而使油中的微小水粒子聚成较大的水滴,再通过沉降实现油水分离。过滤脱水利用纤维介质对油和水的不同亲和作用,顺序通过两种过滤层:凝聚层和斥水层,实现对乳化水的过滤分离。

水滴同聚结纤维层的相互作用主要有三种情况:截获(运动的微小水滴直接同纤维接触)、布朗扩散和惯性碰撞。重力、静电电荷和范德华力均会对这三种相互作用施加影响。水滴在这些作用下与纤维接触。

水滴同纤维接触时,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,使水滴粘附于纤维之上。

水滴向纤维粘附的效率取决与纤维表面的性质接触角θ、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粘附。

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。水滴不断粘附在纤维表面上,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°~180°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,在同纤维的粘附力、油液的流体动力和重力的作用下,水滴会从纤维表面脱附。

两相液体随油流流至斥水层。斥水层是由接触角180°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。

水阻效应,又称贾敏效应:如果液体中存在着比毛细管内径大的不溶性液滴,而液滴对毛细管的润湿不好,则毛细管会对其产生阻力作用。产生水阻效应的原因可应用表面能加以解释。球形水滴要通过毛细管,就必须改变形状,从球形变为非球形,从而增大了水滴同油之间的界面面积,表面能也随之增大。要增大表面能必须增大外加压力做功(即表面功),这种外加压力即是克服贾敏效应的力。

四、结束语

综上所述,在工程机械设备使用的过程中我们要对液压油进行及时的过滤和维护,保证机械设备的正常运行。不断采用新的技术和新的工艺来提升液压油的纯净度,减少机械故障。

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