2.2 Рабочие жидкости.

Рабочая жидкость является неотъемлемым элементом любой гидросистемы. Жидкости, находящейся под давлением и циркулирующей по всей гидросистеме, отводится роль энергоносителя, передающего энергию от насосов к силовым органам двигателя. Одновременно рабочая жидкость служит смазкой в узлах трения и теплообменной средой в проточных частях и узлах гидросистемы. Поэтому надежность гидросистемы зависит не только от конструктивного совершенства ее составных элементов и режима работы, но и от рационального выбора рабочей жидкости. Рабочая жидкость должна удовлетворять следующим основным требованиям:

• обеспечивать нормальный режим эксплуатации при минимальных гидравлических потерях в рабочих элементах механизмов и трубопроводе в интервале заданных температур;

• иметь пологую температурную кривую вязкости в заданном интервале температур;

• иметь температуру застывания на 10—20 °С ниже минимальной температуры, при которой будет работать гидросистема;

• быть пожаро- и взрывобезопасной;

• не быть токсичной и иметь высокие изолирующие свойства;

• иметь высокую противоокислительную стабильность и не терять основных качеств при длительном сроке службы (2—5 лет) и хранении;

• не быть агрессивной для материалов деталей гидросистемы и ее уплотнительных элементов;

• не поглощать и не содержать в себе значительного количества воздуха и газов, а также не образовывать эмульсии и пены с водой, не смешиваться с морской водой;

• не содержать в своем составе механических примесей;

• иметь высокий объемный модуль упругости, малый коэффициент теплового расширения, а также высокий коэффициент теплопроводности и удельной теплоемкости;

• быть недорогостоящей.

В настоящее время отсутствуют рабочие жидкости, которые полностью удовлетворяли бы всем перечисленным требованиям.

Физико-механические характеристики минеральных масел, наиболее широко используемых в гидросистемах, даны в таблице 1.

Одним из основных показателей качества масел, характеризующим их эксплуатационные свойства, является вязкость и зависимость ее от температуры. Для обеспечения надежной работы судовой гидросистемы при выборе сорта масла необходимо правильно определить оптимальную вязкость масла в зависимости от назначения, и внешних условий (температура воздуха может меняться в пределах от минус 45 до плюс 45 С, а температура воды от минус 2 до плюс 35 С в поверхностном слое). Гидравлические механизмы, расположенные в машинно-котельных отделениях, во время работы в летнее время года могут нагреваться до 70 – 80 С. Повышение температуры, а также дросселирование жидкости во время эксплуатации гидросистемы значительно снижают вязкость масла.

Окисление масла происходит при контакте поверхности жидкости с кислородом воздуха. Процесс окисления ускоряется при повышении температуры. Так, при возрастании температуры на 10 С интенсивность окисления минерального масла удваивается.

Кроме снижения вязкости, окисление масла вызывает потерю его смазывающих качеств и выпадение отложений в виде смол. Поэтому температура масла в гидросистеме не должна превышать 80 С.

Для поддержания заданного режима работы гидросистемы в известных пределах по температуре применяют охлаждающие устройства. Охлаждение масла в теплообменниках особенно необходимо при длительной работе гидропривода и росте его мощности. Вязкость масел возрастает не только при охлаждении, но и при увеличении давления жидкости, причем довольно значительно. Так, вязкость минерального масла, работающего при давлении от 7 до 20 МПа в диапазоне температур от 20 до 100 °С, повышается на 20 – 60 % по сравнению с вязкостью масла, находящегося при атмосферном давлении.

Таблица 1 – Основные характеристики минеральных масел гидросистем
Марка	Вязкость при 50 С, сСт ( Е)*	Плотность при 20 С, г/см3	Температура, С
			вспышки	самовоспламенения	застывания
Велосит	4 -5,1 (1,2 − 1,4)	0,86 – 0,88	+112	−	- 25
МВП	6,3 – 8,5 (1,51 – 1,72)	0,88	+120	−	- 60
АМГ-10	10 (1,85)	0,85	+92	+255	- 70
АМГ-10Ф	10 (1,85)	0,85	+105	−	- 70
АМГ	8,5 (1,75)	0,86	+110	+290	- 60
ГМ-50И	7 (1,65)	0,86	+98	+300	- 60
АУ	12 – 14 (2,05 – 2,26)	0,88 – 0,896	+163	+330	- 45
АУП	12 – 14 (2,05 - 2,26)	0,89	+145	+340	- 45
Индустриальное 20	17 – 23 (2,6 – 3,3)	0,88 – 0,9	+170	−	- 20
Турбинное 22	20 – 23 (2,9 – 3,3)	0,9	+180	−	- 15
Турбинное 30	28 – 32 (3,9 – 4,4)	0,886 – 0,916	+180	−	- 10
Турбинное 46	44 – 48 (6 – 6,5)	0,92	+195	−	- 10
АВТ-1	44 – 48 (6 – 6,5)	0,88 – 0,89	+180	−	- 28
ВПС	10,37 (1,93)	0,89 − 0,95	+120	−	- 70
БЗВ	18 – 19 (2,7 – 2,85)	0,996	+230	+425 - +550	- 60
*Перерасчёт градусов Энглера ( Е) при данной температуре масла в значения кинематической вязкости ν в сантистоксах (сСт) при той же температуре можно производить по формуле , сСт.

Выбор определенного сорта масла для гидросистемы, гарантирующего ее надежную эксплуатацию с минимальными гидравлическими потерями в трубопроводах и качественную смазку узлов трения (при наивысшем объемном к. п. д.) насосов и гидродвигателей для приводов морских судов, связан с рядом трудностей. Удовлетворить все требования в равной мере обычно не представляется возможным. Практически на существующих маслах невозможно в широком температурном диапазоне получить в гидросистеме оптимальные значения всех заданных характеристик. Так, минимальные гидравлические потери имеют место при минимальной вязкости масла, но подшипники в этих условиях будут иметь повышенный износ. При одной и той же вязкости не все механизмы гидросистемы будут работать в оптимальных условиях, но в узком диапазоне рабочих температур при незначительном изменении вязкости масла легче подобрать необходимую конструкцию аппаратуры и гидроагрегаты для достижения оптимальных условий эксплуатации всей гидросистемы.

При работе гидропривода в условиях низкой температуры окружающего воздуха, когда значительная часть гидросистемы расположена на палубе, вязкость масла достигает 300 – 500 Е и становится препятствием для обеспечения динамических требований из-за больших гидравлических потерь в элементах.

Желательно размещать основную часть трубопроводов во внутренних помещениях и отсеках судна, а на открытой палубе оставлять лишь минимально необходимые отрезки труб, ведущие к гидроприводам, причем внутренний диаметр таких труб целесообразно принимать не менее 14 - 15 мм. Если невозможно осуществить подобную конструктивную разводку труб, необходим кратковременный подогрев масла перед пуском гидросистемы. Гидродвигатели, установленные в отапливаемых помещениях судна, могут нормально работать и на других сортах масел с повышенной вязкостью. К таким маслам можно отнести марку Индустриальное 20.

Исходя из подобных условий эксплуатации принято считать, что оптимальная вязкость масла, обеспечивающая высокий объемный к. п. д., должна быть в пределах 2 – 3 Е при температуре 50 С и давлении в гидросистеме 6 – 10 МПа. Если гидродвигатель установлен в забортном устройстве и находится под водой, рекомендуется применять масла, предназначенные для палубных гидродвигателей: АГМ, АУ, АМГ-10 и т. п. При использовании жидкости АМГ-10 следует иметь в виду ее токсичность.

Огромное значение для надежной и долговечной работы гидравлической системы имеет чистота рабочей жидкости: она не должна содержать посторонних химических и механических примесей. Примеси образуются в жидкости в результате износа движущихся деталей, уплотнений, а также могут попасть в гидросистему из внешней среды в виде пыли, грязи и т. п. Жидкость считается вполне очищенной, если размер абразивных частиц не превышает половины минимальной величины зазоров, которые для судового гидрооборудования в среднем составляют 0,0025 мм.

Загрязнение рабочей жидкости посторонними частицами сильно ухудшает работу гидросистемы, снижает ее надежность и долговечность. Абразивные частицы усиливают износ подвижных деталей гидравлических агрегатов и уплотнений, при этом возрастают силы трения и снижается к.п.д.

Для увеличения срока службы основных элементов гидросистемы и повышения их надежности гидросистему оснащают фильтрами. В зависимости от требований к чистоте масла различают фильтры грубой, нормальной, тонкой и особо тонкой очистки.

Фильтры грубой очистки задерживают частицы размером более 0,1 мм, нормальной очистки - более 0,01 мм, тонкой очистки — более 0,005 мм и особо тонкой очистки - более 0,001 мм. Решающий фактор, определяющий необходимую тонкость очистки, - наименьший зазор между подвижными и неподвижными элементами гидромеханизма. Для судовых гидросистем, имеющих в своем составе неполноповоротные гидродвигатели, обычно применяют фильтры нормальной и тонкой очистки, а для роторных гидродвигателей - тонкой и особо тонкой очистки.

В зависимости от конструкции гидросистемы фильтры могут быть установлены на линии всасывания, на напорной и сливной линиях (одновременно на обеих или на одной из них).

В баке для жидкости рекомендуется ставить магнитную пробку, чтобы в него не попадали твердые частицы углеродистой стали, образующиеся в результате абразивного износа деталей гидроагрегатов в процессе работы.

К рабочим жидкостям с высокой степенью очистки и стабильностью в работе можно отнести такие масла, как АМГ-10, МВП, АУ, АУП. Есть данные, что жидкость АУП можно использовать в гидросистеме без замены в течение 6 - 8 лет, если при работе гидропривода нет резких колебаний температур и исключено попадание воды в масло.

В тех судовых гидроприводах, где нужна высокая точность и быстрота отработки команд силовыми гидродвигателями, эффективность работы достигается за счет большой жесткости рабочей жидкости и механической жесткости трубопроводов гидросистемы.

Однако наличие воздуха в рабочей жидкости может существенно снизить быстродействие и точность гидросистемы, а в следящих гидроприводах привести к потере ею устойчивости против автоколебаний.

С другой стороны наличие воздуха в гидросистеме приводит к усилению пенообразования, которое облегчает развитие кавитации и способствует коррозии деталей гидросистемы. Практически процесс растворения и выделения воздуха из жидкости при работе гидросистемы происходит непрерывно, жидкость все время пульсирует в зависимости от изменения давления, температуры и прочих факторов.

Полностью удалить воздух из гидросистемы невозможно, но существуют определенные выработанные практикой рекомендации, позволяющие снизить содержание воздуха в масле. Они носят в основном конструктивный характер.

Прежде всего необходимо обеспечить надежную герметичность всей гидравлической системы, и особенно на всасывающей линии, где давление при работе насоса часто ниже атмосферного. В конструкции гидросистемы следует предусмотреть выпуск воздуха с верхних точек магистралей. Кроме того, нужно принять меры по снижению местных сопротивлений, в которых увеличение скорости жидкости вызывает понижение давления. Рекомендуется избегать таких конструкций сливных баков, где жидкость из сливной магистрали попадает сверху и возникает сильное разбрызгивание, вспенивание и интенсивная циркуляция, что увеличивает растворение воздуха и затрудняет выход пузырьков вверх.