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水-乙二醇液压液的特性及其应用（郑金传1, 董春红）(1．北京机械工业自动化研究所, 北京德外教场口一号 本文章转自《液压与气动》杂志)
在高温、易燃环境下, 为防止矿物液压油外泄引起火灾, 需要使用难燃液压介质。不会燃烧的水-乙二醇液压液是一种比较理想的难燃液压介质, 已在矿产、冶金和铸、锻等要求防火的液压系统中得到了广泛应用。水-乙二醇就是乙二醇的水溶液, 市场上买到的这类液的水含量一般在40%～ 50% 之间。液压系统中使用的水-乙二醇, 除水和乙二醇外, 还添加了高分子聚醚和具有抗磨、防锈、防腐、消泡等功能的各种添加剂。目前国内使用的水-乙二醇液压液主要有两类, 一类全部国产, 另一类关键成份进口, 然后在国内配制。常用的N 46 水-乙二醇液压液, 含水量为45% , 密度为1072kgöm 3, 呈红色或淡黄色。通常, 只要对系统稍加改造,使用普通矿物油的液压系统, 包括常规元件液压系统、比例或伺服元件液压系统都可以改用水-乙二醇液压
液。
1．水-乙二醇液压液的主要性能与液压系统关系密切的水-乙二醇特性主要有如下4 个方面:1-1 水-乙二醇液压液的黏度水-乙二醇液压液的黏度随温度的升高而降低, 实测某N 46 水-乙二醇液压液20℃时的运动黏度约80mm 2ös, 40℃时约43mm 2ös , 50℃时约31mm 2ö s。黏度指数为161。黏度随含水量的降低而增加, 变化比较敏感, 水分蒸发或外界水分进入都会改变溶液的黏度。黏度还与所含异物有关, 常见的情况是, 在更换液压元件或对原含油系统改造成水-乙二醇系统时, 混入液压油, 此时黏度会大大升高, 甚至有堵塞系统中过滤器的危险。通常, 含油量不大于011% , 极限情况时也不大于3%。此外, 水-乙二醇液压液是一种非牛顿液体, 黏度与运动的剪切速度有关。在标称黏度相等时, 水2乙二醇液压液的动压黏度, 明显低于矿物油的动压黏度。1-2 水-乙二醇液压液的腐蚀性水-乙二醇液压液呈碱性, 实测某N 46 水-乙二醇液压液的pH 值约915。合格的水-乙二醇液压液含有液相防腐剂, 对浸泡其中的钢铁类金属材料、铜或黄铜材料(青铜除外) , 不产生腐蚀作用。一般的液压阀、液压泵等均可直接使用, 但订货时需要特别声明, 以便厂家作相应的调整, 因为有些液压用材料会与水-乙二醇液压液发生化学反应。如聚氨酯材料的密封圈, 水-乙二醇液压液会使其软化变形, 破坏其密封性能, 不能使用。目前使用性能较好的密封材料是氟橡胶, 其次是丁腈橡胶。金属材料如锌、镉、铅和未经阳极处理的铝等均会与水-乙二醇液压液发生化学反应, 产生异物污染液压系统。其他如有机玻璃材料的液位计、一般的工业用漆等均不适用于以水-乙二醇液压液作介质的系统。1-3 水-乙二醇液压液的挥发性水-乙二醇液压液在敞开的环境中会慢慢地挥发,溶液中的水分也会蒸发, 此水溶液也会吸收空气中的水分或其他气体成分, 使性质发生改变, 严重时会导致不能使用。合格的水-乙二醇液压液含有气相防腐剂,可保护封闭油箱内介质上方的碳钢类材料不被氧化。实际使用发现, 若油箱敞开过久, 水-乙二醇液压液中的气相防腐剂挥发损失, 油箱内不浸没在介质中的碳钢类金属表面会发生严重锈蚀。为保护气相防腐剂, 水-乙二醇液压液系统通常做密闭处理, 这一点与使用普通液压油系统有很大的不同。此外, 在装拆维修或其他原因产生泄漏时, 应及时解决问题, 外表留下的残液要尽快擦拭干净, 否则会引起锈蚀。1-4 水-乙二醇液压液的润滑性与相同黏度的矿物油相比, 水-乙二醇对运动摩擦副的润滑性能稍差, 不能在金属表面生成牢固的极压润滑膜。这一点对于流体动力润滑摩擦副影响较小, 但对重载的滚动轴承影响较大。尤其是滚针轴承, 水-乙二醇液压液在该类轴承中形成的油膜极易破坏, 导致轴承碎裂。通常, 滑动轴承支承时的叶片泵仍可按额定参数使用, 但滚动轴承支承的齿轮泵和轴向柱塞泵, 一般只能按50% 额定压力工作。阀配流的三柱塞泵, 因无重载滚动轴承, 即使使用水-乙二醇液压液, 也仍能输出45M Pa 的工作压力。2．水-乙二醇液压液的应用由于水-乙二醇液压液与矿物液压油的不同特性,除了系统选用的元件和辅件, 在订货时需向厂家特别声明外, 系统在设计使用时往往还要作些特殊和处理。2-1 液压泵的使用常用的叶片泵、齿轮泵、柱塞泵均可以使用水-乙二醇液压液作介质。考虑到目前的技术水平, 普通叶片泵和齿轮泵的工作压力以不高于7M Pa 为宜, 高压齿轮泵和柱塞泵可用至16M Pa。水-乙二醇液压液的饱和气压较低, 容易产生气蚀。为防止气蚀, 常用的措施有: (1) 加大泵的吸油管直径, 一般要比使用相同流量矿物油时的管径大10%～ 15%。(2) 降低泵的转速, 必要时甚至要更换电动机。(3) 改变泵的安装位置。如果油箱不大, 建议油箱上置, 将泵放在油箱的下面; 如果油箱很大, 可将泵放在油箱的旁边。2-2 过滤器的使用水-乙二醇液压液对过滤器无特殊要求, 但镀锌零件, 应改为磷化处理。在液压泵的吸油口、出油口以及系统回油管中, 均可以安装过滤器。过滤器的过滤精度与使用矿物油时相当, 甚至可以用精度达3 Lm 的精密过滤器。但考虑到水-乙二醇液压液的密度比普通矿物液压油大(超过1) 以及使用中可能被油液污染的实际危险, 过滤器的容量应是泵流量的3～ 5 倍, 比使用矿物油时的容量稍大些。2-3 油箱的体积水-乙二醇液压液的油箱容量与普通矿物油的油箱容量相当。由于水-乙二醇液压液的消泡性能稍差,所以要求油箱体积至少取泵每分钟最大输液量的3～5 倍以上, 地面系统一般以大于10 倍为宜。2-4 油箱材料及内壁处理目前水-乙二醇液压液的油箱材料主要有两类, 第一类是油箱常用的普通碳钢材料。由于一般油箱用的防锈涂料均不耐水-乙二醇, 因此焊接、除锈、磷化、清洁等处理后直接使用, 即所谓的“裸体”油箱。这种油箱制造工艺简单, 但如果油箱的密闭性做的不好, 在液面附近, 有时水-乙二醇液压液浸泡、有时又露在空气中的部分很容易产生锈蚀。国外有资料介绍, 用环氧树脂作油箱内壁涂料, 但国内尚未见到此类处理的报道。第二类油箱材料是不锈钢, 常用的有1Cr18 或1Cr13等型号, 做成全不锈钢油箱, 可解决防腐问题, 但设备成本较高。2-5 油箱的密闭结构虽然像普通油箱那样, 由空气滤清器与大气相连的油箱也用于以水-乙二醇液压液为介质的系统, 但为了尽量减少与大气的交换, 水-乙二醇液压油箱通常设计成密闭结构。这种结构油箱内部的气压往往略高于油箱外部的大气压力, 又称加压油箱。普通油箱上常用的空气滤清器被一个双向的低压限压阀代替。由于油箱内外存在压力差, 为提高油箱的耐压能力, 油箱可以设计成圆形。另外, 油箱内的水-乙二醇液压液不能加得太满, 要留出足够的空间, 以减少由于油箱内介质体积变化而引起的油箱内压力的太大波动。留出空间的大小要视系统而定, 如果系统包含单出杆液压缸、蓄能器这类工作时会引起油箱内介质体积变化的元件, 留
出的空间要大些。
2-6 油箱消泡水-乙二醇液压液的消泡性能不如普通矿物油。在同样的条件下, 气体在水-乙二醇液压液中的逸出时间要比在普通矿物油中长。有实验显示, 在相同的条件下, 矿物油消泡时间只需4～ 8 分, 而水-乙二醇液压液的消泡时间需要14～ 35 分。为了便于消泡, 水-乙二醇液压液的油箱通常设计成两室, 用开窗带滤网的倾斜钢板隔开, 并加大油箱内介质与空气的接触面积。2-7 油箱的温度控制水-乙二醇液压液的工作温度范围不如普通液压油宽。N 46 水-乙二醇的使用界限温度是- 20℃～ +85℃, 最佳温度范围是+ 40℃～ + 50℃, 对使用温度的控制精度要求较高。虽然水-乙二醇的导热性能比矿物液压油好, 但通常还要加大冷却装置的功率。水-乙二醇液压液油箱一般不采用加热装置, 因为加热时, 有可能使内部的高分子添加剂变质。当外界温度很低, 如-5℃～ 10℃时, 可以加热, 但要严格限制加热功率密度,一般不应大于017W ö cm 2。此外, 加热时液体表面温度不应超过60 ℃。3 从矿物油系统改造成水-乙二醇液压液系统时的注意事项除了上面提到的需对系统进行的改造外, 从矿物油系统改造成水-乙二醇液压液新系统时应特别注意如下几个步骤: (1) 彻底放空设备中的矿物油, 包括油箱、管道、液压元件、辅件等中的液压油, 必要时, 可逐个拆下清洗。(2) 彻底清除油箱内壁上的油漆, 一般可采用化学溶剂或喷沙等办法。油漆清除后, 油箱应重新磷化。(3) 用1～ 2 倍软水或蒸馏水稀释水2乙二醇液压液, 用稀释后的溶液对系统采用低压、大流量方式循环冲洗2～ 4 小时。然后将清洗液排放干净。(4) 更换或清洗系统中的过滤器滤芯, 清除油箱内剩留的杂物或油污。(5) 装入合格的水-乙二醇液压液。如发现介质表面有油污或泡沫, 应设法撇去。4 水-乙二醇液压液系统的运行和维护除了常规的液压系统运行维护, 如保持外观整洁、定期检查介质清洁度外, 水-乙二醇液压液系统在运行过程中还应特别注意如下两点:4-1 黏度检测水-乙二醇液压液的黏度要定期检测, 以保证系统处于最佳润滑状态。在运行初期, 可每个月甚至每周检测一次, 以后可每半年检测一次。如发现黏度高于原指标的20% , 很可能是介质中的水分蒸发, 应及时添加软水或去离子水。如发现黏度低于原指标, 很可能是外面的水进入了系统, 常见的情况是冷却器内部漏水, 应迅速查明原因, 及时处理。4-2 pH 值检测水-乙二醇液压液的pH 值也要定期检测, 通常随黏度检测同时进行。水-乙二醇液压液具有较稳定的化学特性, 出厂时的pH 值一般控制在815～ 1015 之间,正常使用时pH 值不会发生明显变化。如果pH 值低于8 时, 应及时添加新液或专用添加剂甚至更换新液。如果高于1015, 往往是介质受了污染, 要查明原因并及时更换。5 结论虽然水-乙二醇液压液的使用性能, 目前有些方面还不如普通的矿物液压油, 但它使用中无毒、价格适中、使用寿命长、系统不必做太大的改动就能方便地使用, 不失为一种实用的难燃液压介质。它的难燃性能优于乳化液, 与磷酸酯相似, 面价格大大低于磷酸酯。正确地维护保养, 水-乙二醇液压液系统也可以像普通矿物油系统一样, 长期、可靠地工作。高温易燃环境中的液压系统, 可把水2乙二醇液压液作为首选的介质。□ |
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发表于 2013-11-17 10:01:48
