轉載一篇對水－乙二醇液壓液分析特性及應用較深的文章

魚化龍

水-乙二醇液壓液的特性及其應用

（鄭金傳1, 董春紅）

(1．北京機械工業自動化研究所, 北京德外教場口一號　本文章轉自《液壓與氣動》雜志)
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在高溫、易燃環境下, 為防止礦物液壓油外泄引起火災, 需要使用難燃液壓介質。不會燃燒的水-乙二醇液壓液是一種比較理想的難燃液壓介質, 已在礦產、冶金和鑄、鍛等要求防火的液壓系統中得到了廣泛應用。水-乙二醇就是乙二醇的水溶液, 市場上買到的這類液的水含量一般在40%～ 50% 之間。液壓系統中使用的水-乙二醇, 除水和乙二醇外, 還添加了高分子聚醚和具有抗磨、防銹、防腐、消泡等功能的各種添加劑。目前國內使用的水-乙二醇液壓液主要有兩類, 一類全部國產, 另一類關鍵成份進口, 然后在國內配制。常用的N 46 水-乙二醇液壓液, 含水量為45% , 密度為1072kgöm 3, 呈紅色或淡黃色。通常, 只要對系統稍加改造,使用普通礦物油的液壓系統, 包括常規元件液壓系統、比例或伺服元件液壓系統都可以改用水-乙二醇液壓

液。

1．水-乙二醇液壓液的主要性能

與液壓系統關系密切的水-乙二醇特性主要有如下4 個方面:

1-1　水-乙二醇液壓液的黏度

水-乙二醇液壓液的黏度隨溫度的升高而降低, 實測某N 46 水-乙二醇液壓液20℃時的運動黏度約80mm 2ös, 40℃時約43mm 2ös , 50℃時約31mm 2ö s。黏度指數為161。黏度隨含水量的降低而增加, 變化比較敏感, 水分蒸發或外界水分進入都會改變溶液的黏度。黏度還與所含異物有關, 常見的情況是, 在更換液壓元件或對原含油系統改造成水-乙二醇系統時, 混入液壓油, 此時黏度會大大升高, 甚至有堵塞系統中過濾器的危險。通常, 含油量不大于011% , 極限情況時也不大于3%。此外, 水-乙二醇液壓液是一種非牛頓液體, 黏度與運動的剪切速度有關。在標稱黏度相等時, 水2乙二醇液壓液的動壓黏度, 明顯低于礦物油的動壓黏度。

1-2　水-乙二醇液壓液的腐蝕性

水-乙二醇液壓液呈堿性, 實測某N 46 水-乙二醇液壓液的pH 值約915。合格的水-乙二醇液壓液含有液相防腐劑, 對浸泡其中的鋼鐵類金屬材料、銅或黃銅材料(青銅除外) , 不產生腐蝕作用。一般的液壓閥、液壓泵等均可直接使用, 但訂貨時需要特別聲明, 以便廠家作相應的調整, 因為有些液壓用材料會與水-乙二醇液壓液發生化學反應。如聚氨酯材料的密封圈, 水-乙二醇液壓液會使其軟化變形, 破壞其密封性能, 不能使用。目前使用性能較好的密封材料是氟橡膠, 其次是丁腈橡膠。金屬材料如鋅、鎘、鉛和未經陽極處理的鋁等均會與水-乙二醇液壓液發生化學反應, 產生異物污染液壓系統。其他如有機玻璃材料的液位計、一般的工業用漆等均不適用于以水-乙二醇液壓液作介質的系統。

1-3　水-乙二醇液壓液的揮發性

水-乙二醇液壓液在敞開的環境中會慢慢地揮發,溶液中的水分也會蒸發, 此水溶液也會吸收空氣中的水分或其他氣體成分, 使性質發生改變, 嚴重時會導致不能使用。合格的水-乙二醇液壓液含有氣相防腐劑,可保護封閉油箱內介質上方的碳鋼類材料不被氧化。實際使用發現, 若油箱敞開過久, 水-乙二醇液壓液中的氣相防腐劑揮發損失, 油箱內不浸沒在介質中的碳鋼類金屬表面會發生嚴重銹蝕。為保護氣相防腐劑, 水-乙二醇液壓液系統通常做密閉處理, 這一點與使用普通液壓油系統有很大的不同。此外, 在裝拆維修或其他原因產生泄漏時, 應及時解決問題, 外表留下的殘液要盡快擦拭干凈, 否則會引起銹蝕。

1-4　水-乙二醇液壓液的潤滑性

與相同黏度的礦物油相比, 水-乙二醇對運動摩擦副的潤滑性能稍差, 不能在金屬表面生成牢固的極壓潤滑膜。這一點對于流體動力潤滑摩擦副影響較小, 但對重載的滾動軸承影響較大。尤其是滾針軸承, 水-乙二醇液壓液在該類軸承中形成的油膜極易破壞, 導致軸承碎裂。通常, 滑動軸承支承時的葉片泵仍可按額定參數使用, 但滾動軸承支承的齒輪泵和軸向柱塞泵, 一般只能按50% 額定壓力工作。閥配流的三柱塞泵, 因無重載滾動軸承, 即使使用水-乙二醇液壓液, 也仍能輸出45M Pa 的工作壓力。

2．水-乙二醇液壓液的應用

由于水-乙二醇液壓液與礦物液壓油的不同特性,除了系統選用的元件和輔件, 在訂貨時需向廠家特別聲明外, 系統在設計使用時往往還要作些特殊和處理。

2-1　液壓泵的使用

常用的葉片泵、齒輪泵、柱塞泵均可以使用水-乙二醇液壓液作介質。考慮到目前的技術水平, 普通葉片泵和齒輪泵的工作壓力以不高于7M Pa 為宜, 高壓齒輪泵和柱塞泵可用至16M Pa。水-乙二醇液壓液的飽和氣壓較低, 容易產生氣蝕。為防止氣蝕, 常用的措施有: (1) 加大泵的吸油管直徑, 一般要比使用相同流量礦物油時的管徑大10%～ 15%。(2) 降低泵的轉速, 必要時甚至要更換電動機。(3) 改變泵的安裝位置。如果油箱不大, 建議油箱上置, 將泵放在油箱的下面; 如果油箱很大, 可將泵放在油箱的旁邊。

2-2　過濾器的使用

水-乙二醇液壓液對過濾器無特殊要求, 但鍍鋅零件, 應改為磷化處理。在液壓泵的吸油口、出油口以及系統回油管中, 均可以安裝過濾器。過濾器的過濾精度與使用礦物油時相當, 甚至可以用精度達3 Lm 的精密過濾器。但考慮到水-乙二醇液壓液的密度比普通礦物液壓油大(超過1) 以及使用中可能被油液污染的實際危險, 過濾器的容量應是泵流量的3～ 5 倍, 比使用礦物油時的容量稍大些。

2-3　油箱的體積

水-乙二醇液壓液的油箱容量與普通礦物油的油箱容量相當。由于水-乙二醇液壓液的消泡性能稍差,所以要求油箱體積至少取泵每分鐘最大輸液量的3～5 倍以上, 地面系統一般以大于10 倍為宜。

2-4　油箱材料及內壁處理

目前水-乙二醇液壓液的油箱材料主要有兩類, 第一類是油箱常用的普通碳鋼材料。由于一般油箱用的防銹涂料均不耐水-乙二醇, 因此焊接、除銹、磷化、清潔等處理后直接使用, 即所謂的“裸體”油箱。這種油箱制造工藝簡單, 但如果油箱的密閉性做的不好, 在液面附近, 有時水-乙二醇液壓液浸泡、有時又露在空氣中的部分很容易產生銹蝕。國外有資料介紹, 用環氧樹脂作油箱內壁涂料, 但國內尚未見到此類處理的報道。第二類油箱材料是不銹鋼, 常用的有1Cr18 或1Cr13等型號, 做成全不銹鋼油箱, 可解決防腐問題, 但設備成本較高。

2-5　油箱的密閉結構

雖然像普通油箱那樣, 由空氣濾清器與大氣相連的油箱也用于以水-乙二醇液壓液為介質的系統, 但為了盡量減少與大氣的交換, 水-乙二醇液壓油箱通常設計成密閉結構。這種結構油箱內部的氣壓往往略高于油箱外部的大氣壓力, 又稱加壓油箱。普通油箱上常用的空氣濾清器被一個雙向的低壓限壓閥代替。由于油箱內外存在壓力差, 為提高油箱的耐壓能力, 油箱可以設計成圓形。另外, 油箱內的水-乙二醇液壓液不能加得太滿, 要留出足夠的空間, 以減少由于油箱內介質體積變化而引起的油箱內壓力的太大波動。留出空間的大小要視系統而定, 如果系統包含單出桿液壓缸、蓄能器這類工作時會引起油箱內介質體積變化的元件, 留

出的空間要大些。

2-6　油箱消泡

水-乙二醇液壓液的消泡性能不如普通礦物油。在同樣的條件下, 氣體在水-乙二醇液壓液中的逸出時間要比在普通礦物油中長。有實驗顯示, 在相同的條件下, 礦物油消泡時間只需4～ 8 分, 而水-乙二醇液壓液的消泡時間需要14～ 35 分。為了便于消泡, 水-乙二醇液壓液的油箱通常設計成兩室, 用開窗帶濾網的傾斜鋼板隔開, 并加大油箱內介質與空氣的接觸面積。

2-7　油箱的溫度控制

水-乙二醇液壓液的工作溫度范圍不如普通液壓油寬。N 46 水-乙二醇的使用界限溫度是- 20℃～ +85℃, 最佳溫度范圍是+ 40℃～ + 50℃, 對使用溫度的控制精度要求較高。雖然水-乙二醇的導熱性能比礦物液壓油好, 但通常還要加大冷卻裝置的功率。水-乙二醇液壓液油箱一般不采用加熱裝置, 因為加熱時, 有可能使內部的高分子添加劑變質。當外界溫度很低, 如-5℃～ 10℃時, 可以加熱, 但要嚴格限制加熱功率密度,一般不應大于017W ö cm 2。此外, 加熱時液體表面溫度不應超過60 ℃。

3　從礦物油系統改造成水-乙二醇液壓液系統時的注意事項

除了上面提到的需對系統進行的改造外, 從礦物油系統改造成水-乙二醇液壓液新系統時應特別注意如下幾個步驟:

    (1) 徹底放空設備中的礦物油, 包括油箱、管道、液壓元件、輔件等中的液壓油, 必要時, 可逐個拆下清洗。

(2) 徹底清除油箱內壁上的油漆, 一般可采用化學溶劑或噴沙等辦法。油漆清除后, 油箱應重新磷化。

(3) 用1～ 2 倍軟水或蒸餾水稀釋水2乙二醇液壓液, 用稀釋后的溶液對系統采用低壓、大流量方式循環沖洗2～ 4 小時。然后將清洗液排放干凈。

(4) 更換或清洗系統中的過濾器濾芯, 清除油箱內剩留的雜物或油污。

(5) 裝入合格的水-乙二醇液壓液。如發現介質表面有油污或泡沫, 應設法撇去。

4　水-乙二醇液壓液系統的運行和維護

除了常規的液壓系統運行維護, 如保持外觀整潔、定期檢查介質清潔度外, 水-乙二醇液壓液系統在運行過程中還應特別注意如下兩點:

4-1　黏度檢測

水-乙二醇液壓液的黏度要定期檢測, 以保證系統處于最佳潤滑狀態。在運行初期, 可每個月甚至每周檢測一次, 以后可每半年檢測一次。如發現黏度高于原指標的20% , 很可能是介質中的水分蒸發, 應及時添加軟水或去離子水。如發現黏度低于原指標, 很可能是外面的水進入了系統, 常見的情況是冷卻器內部漏水, 應迅速查明原因, 及時處理。

4-2　pH 值檢測

水-乙二醇液壓液的pH 值也要定期檢測, 通常隨黏度檢測同時進行。水-乙二醇液壓液具有較穩定的化學特性, 出廠時的pH 值一般控制在815～ 1015 之間,正常使用時pH 值不會發生明顯變化。如果pH 值低于8 時, 應及時添加新液或專用添加劑甚至更換新液。如果高于1015, 往往是介質受了污染, 要查明原因并及時更換。

5　結論

雖然水-乙二醇液壓液的使用性能, 目前有些方面還不如普通的礦物液壓油, 但它使用中無毒、價格適中、使用壽命長、系統不必做太大的改動就能方便地使用, 不失為一種實用的難燃液壓介質。它的難燃性能優于乳化液, 與磷酸酯相似, 面價格大大低于磷酸酯。正確地維護保養, 水-乙二醇液壓液系統也可以像普通礦物油系統一樣, 長期、可靠地工作。高溫易燃環境中的液壓系統, 可把水2乙二醇液壓液作為首選的介質。□

xlf63

頂一個。
' R9 j) H3 U7 |: x3 g" y因為作者之一俺認識。
向作者問個好。N久不見了，不知還在所里否。

mfka

水-乙二醇混合可作制冷設備的冷媒用。

希傲

大致了解了，感謝分享。

pzfs1016

講解的很透徹，學習了!