نوشته‌ها

تجزیه و تحلیل و طراحی مدار هیدرولیک

ویژگی های سیال های هیدرولیک

ویژگی های سیال های هیدرولیک

 

8-3 ویژگی های سیال های هیدرولیک :

در فصل اول این کتاب، ویژگی های گوناگون سیال هیدرولیک که در نوع عملکرد و کارآبی سیستم تاثیر گذار هستند بطور مفصل بررسی شد. دو ویژگی مهم دیگر هم وجود دارد که نقش بسیار مهمی در طول عمر و دوام سیال هیدرولیکی بازی می کند که شامل موارد ذیل می باشد:

  1. جلو گیری از خوردگی و اکسیداسیون
  2. عدد خنثی

8-3-1 جلوگیری از خوردگی و اکسیداسیون ( ویژگی های سیال های هیدرولیک )

اکسیداسیون فرآیندی در نتیجه واکنش شیمیایی اکسیژن هوا با روغن است. این فرآیند می تواند عمر سیال هیدرولیکی را به طور موثری کاهش دهد. روغن های نفتی به طور ویژه ای قابلیت اکسیداسیون دارند. چون اکسیژن به آسانی با مولکول های کربن و هیدروژن روغن ترکیب می شوند.

بیشتر محصولات ناشی از اکسیداسیون در روغن به خوبی مواد اسیدی در طبیعت قابل حل هستند و از طریق خوردگی می توانند باعث وارد آمدن خسارت شدید به اجزاء سیستم شوند فرآورده های اکسیژنی شامل چسب های غیر قابل حل، گل و روغن جلا هستند که این مواد تمایل به افزایش ویسکوزیته (غلظت ) روغن دارند.

پارامترهایی وجود دارد که سرعت اکسیداسیون را بعد از آنکه یکبارایجاد شد تسریع می بخشند. بعضی از این پارامترها شامل گرما، فشار، ناخالصی ها، آب و سطوح فلزی می باشد. اکسیداسیون، بیشتر متاثر از حرارت است. برای جلو گیری از افزایش سرعت اکسیداسیون انواع گوناگون مواد افزونی به روغن های هیدرولیکی اضافه شده اند.

البته باید توجه داشت مواد افزونی هزینه روغن را بالا می برند بنابراین از آنها می بایست فقط در مواردی که بر اساس درجه حرارت و شرایط محیطی دیگر، نیاز است استفاده شوند. نسبت تغییرات در خصوصیات روغن در اثر اکسیداسیون می تواند با کمک نسبت ها و آزمایشات توصیه شده استاندارد، بررسی شوند. با توجه به آزمایشاتی که بطور دقیق انجام می شود و نمودارهای حاصل مقدار تشکیل محصولات مضر در روغن را نشان می دهد

ویژگی های سیال های هیدرولیک ( ویژگی های سیال های هیدرولیک )

هدف اصلی از این آزمایش، اندازه گیری مقاومت اکسیداسیون بوسیله اندازه گیری میزان تغییر در خاصیت اسیدی روغن بواسطه اکسیژن جذب شده می باشد. روش آزمایش مطابق با ذیل است:

300 میلی لیتر از نمونه روغن را در یک لوله قرار داده و داخل یک وان روغن با درجه حرارت 95 درجه سانتی گراد فرو ببرید. 3لیتر در ساعت اکسیژن به منظور عبور مداوم از روی نمونه به مدت 1000 ساعت فراهم می شود. سپس خاصیت اسیدی روغن به وسیله تعیین مقدار عدد خنثی اندازه گیری می شود. برای اندازه گیری عدد خنثی وزن مشخصی از یک نمونه روغن در بشر قرار داده می شود.

در حدود 100 میلی  لیتر از محلول تیتراسیون به نمونه روغن در بشر اضافه می شود. در ادامه حدود 30 قطره از شاخص به این محلول اضافه می شود. برای انجام مراحل تیتراسیون هیدروکسید پتاسیم الکل دار را قطره قطره به محلول اضافه کنید تا رنگ محلول از پرتقالی به سبز-آبی تغییر کند. مقدار هیدروکسید پتاسیم مورد نیاز بر حسب میلی گرم، سطح اکسید اسیونی را که رخ داده ، نشان می دهد.این مقداری است که برای خنثی سازی اسید در یک گرم از روغن مورد نیاز است.

زنگ زدگی و خوردگی دو پدیده مختلف مرتبط با هم هستند، اگر چه هر دو آنها سبب آلودگی روغن و تسریع در فرسایش می شود. رطوبت موجود در سیستم های هیدرولیکی، اکسیژن لازم را فراهم می کند. یک منبع اصلی اکسیژن، هوای اتمسفر است که از طریق در پوش وارد مخزن می شود.

به عبارت دیگر خوردگی، واکنش شیمیایی بین یک فلز و یک اسید است. بخاطر زنگ زدگی یا خوردگی، سطوح فلزی اجزاء سیستم هیدرولیکی سائیده می شود. نتیجه آن افزایش میزان نشتی از طریق قطعات در گیر مثل اب بندها می باشد. با استفاده از مواد افزودنی می توان در برابر زنگ زدگی و خوردگی را افزایش داد که در این حالت، یک لایه محافظ روی سطوح فلزی قرار می گیرد و بدین ترتیب از رخ دادن یک واکنش شیمیایی جلوگیری می شود.

8-4 عدد خنثی ( ویژگی های سیال های هیدرولیک )

عدد خنثی، یک اندازه نسبی از مواد اسیدی یا مواد قلیایی یک سیال هیدرولیکی است و بوسیله سطح PH تعیین می شود. سیالی که عدد خنثی کوچکتری دارد به عنوان سیالی با خاصیت اسیدی بالا و یا خاصیت قلیایی بالا شناخته می شود که می تواند باعث خوردگی قطعات فلزی مثل خراب شدن آب بندها شود.

برای یک سیال اسیدی، عدد خنثی معادل با تعداد میلی گرم از هیدروکسید پتاسیم مورد نیاز جهت خنثی سازی اسید در یک گرم از سیال نمونه می باشد. در نمونه ای از سیال قلیایی عدد خنثی معادل با مقدار الکل اسید کلریدریک مورد نیاز جهت خنثی سازی قلیا در یک گرم از سیال نمونه می باشد. هنگام استفاده، سیال هیدرولیکی معمولاً تمایل به اسیدی شدن دارد. برای تعیین عدد خنثی می توان از روش نشان داده شده در شکل (8-2) نیز استفاده نمود.

نمونه ای از روغن را در یک محلول تیتراسیون از آب تصفیه شده، الکل، تولوئن و یک عامل شناسایی نظیر نفتل بنزن که هنگام خنثی سازی رنگ را از نارنجی به سبز تغییر می دهد، قرار می دهیم. هیدروکسیدپتاسیم الکل، از یک بورت قطره قطره اضافه شده تا رنگ محلول از نارنجی به سبز تغییر کند. عدد خنثی سپس از فرمول زیر تعیین می شود:

  عدد خنثی

 

سیالات هیدرولیکی، به منظور جلوگیری از تشکیل اسیدها، افزودنی هایی به آنها اضافه می شود و معمولاً قادر به حفظ این عدد در مقداری کمتر از 0 یا 1/0 هستند.

8-5 سیالات مقاوم به حرارت

برای یک سیال هیدرولیکی مهم است که در برابر حرارت مقاوم باشد. اکثر سیالات هیدرولیکی تحت شرایط معینی خواهند سوخت. کاربرد سیالات هیدرولیکی خطرات زیادی دارد که با توجه به ضرورت امنیت و سلامت انسان در استفاده از سیالات هیدرولیکی کاربرد سیاالات مقاوم به حرارت را می طلبد.

نمونه ای از این کاربردها شامل معادن زغال سنگ ، ادوات شکل دهی فلزات داغ، سیستم های پر توان زیر دریایی و هواپیما می باشد. یک سیال مقاوم به حرارت، می تواند مشتعل شود اما زمانی که منبع اشتعال از بین می رود، شعله راحمایت نخواهد کرد. قابلیت اشتعال پذیری یک سیال همان راحتی اشتعال و توانایی بخش یک شعله تعریف می شود.

به منظور تعیین قابلیت اشتعال پذیری یک سیال هیدرولیکی، مشخصه های زیر آزمایش می شوند: نقطه اشتعال (Flaash point): دمایی است که آن در سطح سیال شروع به تبخیر می کند و چنانچه یک شعله از روی آن عبور کند، جرقه خواهد زد.

نقطه آتش (fire point) : دمایی است که در آن سیال از سطح خود بخارهایی بیرون می دهد که برای ایجاد احتراق در زمانی که یک شعله از روی آن عبور می کند 5 ثانیه زمان، کافی است.

اخیراً سیالات هیدرولیکی مختلفی کشف شده است که مقاومت خوبی در برابر حرارت دارند و تا حد زیادی خطرات آتش سوزی کاهش می یابد. به طور کلی سه نوع از سیالات مقاوم  در برابر آتش وجود دارد که به طور معمول در کاربرد های هیدرولیکی مورد استفاده قرار می گیرند. این سیالات در ادامه مورد بررسی قرار گرفته اند.

8-5-1 محلول های آب گلیکول ( ویژگی های سیال های هیدرولیک )

این محلول ها دارای حدود 40% آب و %60 گلیکول می باشند. این محلول ها دارای مقادیر شاخص ویسکوزیته بالایی می باشند و مادامی که آب تبخیر می شود ویسکوزیته افزایش می یابد. محدوده درجه حرارت کاری این سیالات بین (23 c-(-9/4 و 83 c (تقریباً 180) قرار دارد. اکثر مواد آب بندهای (واشرها) مصنوعی جدید با محلول های آب-گلیکول سازگار هستند و فلزاتی نظیر روی، کادمیوم و مگنزیم با محلول های آب گلیکول واکنش می دهند. بنابراین نباید از آنها استفاده نمود.

8-5-2 امولسیون (محلول مایع در مایع) آب در روغن

این نوع سیالات شامل حدود 40% آب است که به طور کامل در یک روغن خاص پراکنده شده است. این سیال با قطره های کوچک آب که بطور کامل بوسیله روغن احاطه شده است. مشخص می شود.اگر چه خواص خنک کنندگی خوبی را فراهم می کند ولی در عوض، خاصیت خورندگی سیال را نیز افزایش می دهد. محدوده دمای کاری این سیال بین 28 c-( ) و 83  (تقریباً 𝒇180 ) قرار دارد.

گاهی در مورد این سیال، لازم است آب را دوباره پر کرده تا ویسکوزیته مناسب سیال را حفظ کند. این نوع از سیالات با اکثر مواد و واشرهای (آب بندهای) لاستیکی که در سیستم های هیدرولیکی بر پایه نفت خام یافت می شوند، سازگاری دارد.

8-5-3 سنتزهای مستقیم ( ویژگی های سیال های هیدرولیک )

یک سیال با فرمول شیمیایی است که برای جلوگیری از احتراق طراحی شده و به طور کلی بالاترین دمای مقاوم در برابر آتش سوزی را دارا می باشد. سیالات نمونه مربوط به این دسته شامل استرهای فسفاته و هیدرو کربن های کلر دار شده می باشند.

معایب این نوع از سیالات، شاخص ویسکوزیته پائین آنها، عدم سازگاری با اکثر واشرهای (آب بندها) لاستیکی مصنوعی و طبیعی و هزینه های بالای آنها می باشند. بالاخص، استرهای فسفاته، قسمت های رزوه شده لوله، رنگها و عایق های الکتریکی را حل می کنند.

 

 

ویژگی های سیال های هیدرولیک / ویژگی های سیال های هیدرولیک / ویژگی های سیال های هیدرولیک / ویژگی های سیال های هیدرولیک / ویژگی های سیال های هیدرولیک / ویژگی های سیال های هیدرولیک / ویژگی های سیال های هیدرولیک

سیال های هیدرولیک

سیال های هیدرولیک

سیال های هیدرولیک

 

8-1 اهداف سیال های هیدرولیک :

بعد از مطالعه این فصل، شخص قادر خواهد بود:

  • وظایف اولیه سیال هیدرولیکی را درک و تحلیل کند.
  • با ویژگی های مختلف سیال هیدرولیکی آشنا شود.
  • با انواع مختلف سیالات هیدرولیکی مورد استفاده و خصوصیات آنها آشنا شود.
  • مشکلات ناشی از سیال های هیدرولیکی را درک کند.
  • ویژگی های مشترک انواع سیال های هیدرولیکی مختلف را مقایسه کند.

8-2 مقدمه

عملکرد سیال مهمترین جزء هر سیستم هیدرولیک است. سیال هیدرولیکی به عنوان یک روانساز، انتقال دهنده گرما، آب بند و مهمتر از همه به عنوان عامل انتقال توان بکار می رود. ویژگی های سیال نقش مهمی در چگونگی عملکرد اجزاء و عمر آنها بازی می کند.

سیال های هیدرولیک بطور اساسی در طبیعت غیر قابل تراکم پذیر هستند و بنابراین می توانند شکل هر ظرفی را بگیرند. این خصوصیت سیال امکان انتقال توان را در سیستم هیدرولیک فراهم می کند. استفاده از سیال با کیفیت بالا و تمیزی که عامل ضروری برای دستیابی به عملکرد موثر سیستم های هیدرولیک است.

اگر چه سیستم های هیدرولیک قدیمی از آب برای انتقال انرژی هیدرولیکی استفاده می کردند اما محدودیت های زیادی برای دسترسی به اهداف مورد نظر در سیستم های هیدرولیکی وجود دارد؛ از جمله نقطه انجماد نسبتاً بالا (آب در دمای صفر درجه سانتی گراد یا 32 درجه فار نهایت وقتی که تحت تاثیر فشار یک اتمسفر است منجمد می شود، هنگامیکه آب یخ می زند تمایل به انبساط دارد) خاصیت خورندگی آن، خاصیت روانکاری بسیار ضعیف و اکسیژن موجود در آب منجر به وجود پدیده هایی مثل خوردگی می شود.

این موارد به توسعه و یافت سیال های هیدرولیکی پیشرفته بخصوص برای بکارگیری در سیستم های هیدرولیک کمک کرده است. در ادامه توضیح مختصری پیرامون سیالات هیدرولیکی ارائه شده است. اگر چه انواع سیال های هیدرولیکی بر حسب کاربرد متفاوت هستند ولی چهار نمونه متداول از آنها شامل موارد ذیل می باشد:

  1. سیالات بر پایه نفت که از متدوال ترین نوع سیالات هستند و بطور گسترده در مواردی که به مقاومت سیال در برابر آتش نیاز نباشد استفاده می شوند.
  2. سیال های آبی در مواردی بکار می روند که به مقاومت در برابر آتش سوزی نیاز باشد.
  3. سیال های مصنوعی، در مواردی بکار می روند که به مقاومت در برابر آتش سوزی و عدم قابلیت هدایت آن نیاز است.
  4. سیال های طبیعی که تاثیر حداقلی بر روی محیط زیست دارند.

همانطور که قبلاً بررسی شد، سیال های هیدرولیک چهار نقش اصلی و اساسی دارند که شامل انتقال توان، دفع حرارت سیستم، روانکاری و آب بندی منافذ ریز می باشد. سیالات هیدرولیکی جهت عملکرد مطلوب می بایست خصوصیات زیر را دارا باشند.

  1. ویسکوزیته مطلوب
  2. خاصیت روانکاری خوب
  3. فراریت پایین
  4. مسمویت ایجاد نکند.
  5. چگالی پایین
  6. دوام یا ثبات خصوصیات شیمیایی و محیطی آن
  7. حداکثر مقدار عدم تراکم پذیری برای آن
  8. مقاومت در برابر آتش سوزی
  9. قابلیت انتقال حرارت سیستم
  10. نقطه جوش بالا
  11. دسترسی آسان و هزینه مناسب

کاملاً مشخص است که هیچ سیالی به تنهایی نمی تواند تمام خصوصیات فوق را یکجا داشته باشد، بنابراین سیالی که بیشترین خصوصیات فوق را دارا باشد در کاربردهای خاص انتخاب می شود.