Облитерационные свойства рабочих жидкостей

Явление облитерации заключается в заращивании гидравлических каналов малого поперечного сечения и, как следствие, изменении их гидравлических характеристик. Заращивание существенно проявляется в каналах, наименьший размер поперечного сечения которых S < 0,3 мм (рис.2.2) [35].

Рис. 2.2. Облитерация малоразмерного канала

При движении рабочей жидкости по каналу на его внутренней поверхности образуется слой неподвижных частиц жидкости толщиной h, который является неравномерным по своей длине и содержит загрязнители и газовые включения. Пристенный слой жидкости неустойчив и в определенных местах канала может оторваться от стенки. Наличие слоя неподвижных частиц жидкости приводит к уменьшению площади проходного сечения канала и при увеличении толщины h может произойти его полное перекрытие (заращение). Процесс заращения является комплексным и включает выпадение на поверхности канала смолистых веществ из рабочей жидкости и интенсифицируется при наличии в ней твердых загрязняющих частиц.

В слое жидкости на твердой поверхности имеются разветвленные протяженные агрегации, которые образованы молекулами рабочей жидкости. Их сцеплению с твердой поверхностью способствуют особенности микрорельефа поверхности (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема формирования слоя облитерации при наличии в жидкости загрязняющих частиц

Агрегации и молекулы, что их образовали, закрепляются на твердых стенках в виде островков 1, на которых оседают частицы загрязнителей жидкости. Часть загрязнителей 2 по своей физической природе активно взаимодействует с молекулами жидкости и одна с другой, для других загрязнителей 3 это явление проявляется достаточно слабо. Активные частицы группируются около некоторых центров 4, которые образуются в местах дефекта внутренней поверхности канала или около островков скопления протяженных молекул. Центры скоплений разрастаются за счет увеличения в их составе количества других активных частиц 5, которые также захватывают неактивные загрязнения 3.

Образовавшиеся ячейки загрязнений устойчивые, но могут быть оторванными от внутренней поверхности стенки и перенесенные потоком жидкости на другой участок. Совокупность таких ячеек на поверхности увеличивается по мере поступления новых частиц загрязнения в капиллярную щель.

Для круглого капилляра нагромождение ячеек загрязнений приводит к внезапному резкому изменению площади его поперечного сечения и, соответственно, внезапному уменьшению расхода жидкости Q в капилляре (рис. 2.4). Чем меньший диаметр капилляра, при прочих равных условиях, тем через меньший отрезок времени τ проявляется описанное явление. При последующем движении жидкости в капилляре может опять происходить резкое падение расхода вплоть до полного прекращения течения.

а) б)

Рис. 2.4. Зависимость расхода рабочей жидкости гидросистемы от длительности ее протекания в круглых капиллярных отверстиях при перепаде давления Δр: а) - диаметр отверстия 0,25 мм, длина канала 3 мм; б) - диаметр отверстия 0,10 мм, длина канала 1,5 мм

Подобные явления уменьшения площади поперечного сечения имеют место при движении жидкости в плоских щелях, но они, как правило, имеют значительную протяжность в поперечном направлении и их заращивание происходит постепенно. При прочих равных условиях скорость заращивания зависит от уровня загрязнения рабочей жидкости (рис.2.5).

Облитерация наблюдается лишь в малоразмерных капиллярах и щелях. При уменьшении ширины S щели процесс ее заращения ускоряется (рис.2.6).

Часовая интенсивность уменьшения расхода жидкости через капиллярную щель определяется, в основном, интенсивностью увеличения частиц загрязнений, которые попадают в нее. Повышение перепада давления на капиллярной щели приводит к увеличению расхода жидкости, которая проходит через щель, и, соответственно, к увеличению числа частиц загрязнителей, которые попадают в нее. Поэтому повышение перепада давления на щели ускоряет процесс ее заращения (рис. 2.7).

Рис. 2.5. Зависимость относительного расхода керосина от длительности его протекания в капиллярной щели размером 12 мкм при перепаде давления ∆р = 5,6 МПа ( - начальный расход): 1 – концентрация загрязнений 2,15·10^-3%; 2 - концентрация загрязнений 2,33·10^-4%

Рис. 2.6. Зависимость расхода рабочей жидкости от длительности ее протекания в капиллярных щелях разной ширины S

Рис. 2.7. Влияние перепада давления ∆р на капиллярной щели на скорость ее заращивания [изменение относительного расхода жидкости ] (размер щели 10 мкм, рабочая жидкость АМГ-10)

Как видно из рис. 2.6, при перепаде давления ∆р = 10 МПа полное заращивание щели происходило за 4÷5 мин, а при перепаде ∆р = 1,0 МПа - за 14÷16 мин.

На скорость заращивания щели влияют вязкость и другие свойства рабочей жидкости (рис.2.8).

Рис. 2.8. Влияние типа рабочей жидкости на скорость заращивания капиллярной щели [изменение относительного расхода жидкости ] (размер щели 12 мкм, перепад давления ∆р =5,6 МПа )

Характеристики процесса облитерации резко изменяются в зависимости от внешних влияний. Существенными внешними влияниями на процесс облитерации являются пульсации давления, знакопеременные расходы жидкости в капилляре, а также внешние вибрации устройства гидропривода. Для капиллярных щелей процесс облитерации существенным образом зависит от относительного смещения (движения) стенок щели [35].