液壓系統(tǒng)中的氣穴現(xiàn)象
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氣穴現(xiàn)象
    在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)流動(dòng)液體某處的壓力低于空氣分離壓時(shí)，原先溶解在液體中的空氣就會(huì)游離出來(lái)，使液體中產(chǎn)生大量氣泡，這種現(xiàn)象稱為氣穴現(xiàn)象。氣穴現(xiàn)象使液壓裝置產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，使金屬表面受到腐蝕。為了說(shuō)明氣穴現(xiàn)象的機(jī)理，必須先介紹一下液體的空氣分離壓和飽和蒸氣壓。
    一、空氣分離壓和飽和蒸氣壓
    液體不可避免地會(huì)含有一定量的空氣。液體中所含空氣體積的分?jǐn)?shù)稱為它的含氣量。空氣可溶解在液體中，也可以氣泡的形式混合在液體之中。空氣在液體中的溶解度與液體的絕
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對(duì)壓力成正比，如圖3-36a所示。在常溫常壓下，石油基液壓油的空氣溶解度約等于
6%~12%。溶解在液體中的空氣對(duì)液體的體積模量沒(méi)有影響，但當(dāng)液體的壓力降低時(shí)，這些
氣體就會(huì)從液體中分離出來(lái)，如圖3-36b所示。
               
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
    壓 jjprMPa
        a)
醫(yī)jjplMPa
    b1
    圖3-36氣體溶解度以及從油液中放出的氣體體積與壓力間的關(guān)系
    a)溶解度與壓力間的關(guān)系b）油液中放出氣體體積與壓力間的關(guān)系
    在一定溫度下，當(dāng)液體壓力低于某值時(shí)，溶解在液體中的空氣將會(huì)突然地迅速?gòu)囊后w中
分離出來(lái)，產(chǎn)生大量氣泡，這個(gè)壓力稱為液體在該溫度下的空氣分離壓。混有氣泡的液體其
體積模量將明顯減小。氣泡越多，液體的體積模量越小。
    石油基液壓油在靜止?fàn)顟B(tài)下空氣的溶解度與時(shí)間的關(guān)系如圖3-37所示，它反映了溶解
速度。一般說(shuō)來(lái)，溶解過(guò)程并不很快，因此要想通過(guò)系統(tǒng)高壓區(qū)來(lái)全部溶解混入液壓液中的
氣泡是不太可能的。
    當(dāng)液體在某一溫度下其壓力繼續(xù)下降而低于一定數(shù)值時(shí)，液體本身便迅速汽化，產(chǎn)生大
量蒸氣，這時(shí)的壓力稱為液體在該溫度下的飽和蒸氣壓。一般說(shuō)來(lái)，液體的飽和蒸氣壓比空
氣分離壓要小得多。幾種液壓液的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系如圖3-38所示。
圖3-37空氣在液壓油中的溶解度與時(shí)間的關(guān)系
 
    溫度，℃
  圖3-38飽和蒸氣壓和溫度的關(guān)系
1-水包油乳化液2-水一乙二醇液3-合成液
4-石油基油液5-硅酸酯液6-磷酸酯液
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    由此可見(jiàn)，要使液壓液不產(chǎn)生大量氣泡，
氣分離壓。
    二、節(jié)流口處的氣穴現(xiàn)象
它的最低壓力不得低于液壓液所在溫度下的空
    口C
    當(dāng)液流流到圖3-39所示的節(jié)流口的喉部位置時(shí)，根
據(jù)能量方程，該處的壓力要降低。如該處壓力低于液壓
液工作溫度下的空氣分離壓，溶解在液壓液中的空氣將
迅速地大量分離出來(lái)，變成氣泡，產(chǎn)生氣穴。表征薄壁
孔口氣穴的相似判據(jù)為氣穴系數(shù)c
     P2 - pf;
             (3-68)
     式中p．、p：——薄壁孔口前、后的壓力；
    p。——液壓液的空氣分離壓。
    薄壁孑L口的無(wú)氣穴條件為c<3.5。
    氣穴發(fā)生時(shí)，液流的流動(dòng)特性變壞，造成流量不
圖3-39節(jié)流口的氣穴現(xiàn)象
穩(wěn)，噪聲驟增。特別是當(dāng)帶有氣泡的液壓油液被帶到下
游高壓部位時(shí)，周?chē)母邏菏箽馀萁^熱壓縮，迅速崩潰，局部可達(dá)到非常高的溫度和沖擊壓
力。例如在38℃下工作的液壓泵，當(dāng)泵的輸出壓力分別為6.8、13.6、20. 4MPa時(shí)，氣泡崩潰處的局部溫度可達(dá)766℃、993℃、1149℃，沖擊壓力可以達(dá)到幾百兆帕。這樣的局部高溫和沖擊壓力，一方面使那里的金屬疲勞，另一方面又使液壓油液變質(zhì)，對(duì)金屬產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用，因而使元件表面受到侵蝕、剝落，或出現(xiàn)海綿狀的小洞穴。這種因氣穴而對(duì)金屬表面產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象稱為氣蝕。氣蝕會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷元件表面質(zhì)量，大大縮短其使用壽命，因而必須加以防范。
    關(guān)于液壓泵的氣穴問(wèn)題將在第四章中進(jìn)行敘述。
    三、減小氣穴現(xiàn)象的措施
    在液壓系統(tǒng)中，哪里壓力低于空氣分離壓，那里就會(huì)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。為了防止氣穴現(xiàn)象
的發(fā)生，最根本的一條是避免液壓系統(tǒng)中的壓力過(guò)分降低。具體措施有：
    1)減小閥孔口前后的壓差，一般希望其壓力比P1/P2<3.5。
    2)正確設(shè)計(jì)和使用液壓泵站（詳見(jiàn)第四章第七節(jié)）。
    3)液壓系統(tǒng)各元部件的連接處要密封可靠，嚴(yán)防空氣侵入。，
    4)采用抗腐蝕能力強(qiáng)的金屬材料，提高零件的機(jī)械強(qiáng)度，減小零件表面粗糙度值。

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