隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液壓傳動(dòng)領(lǐng)域向著成本低、體積小、壽命長、自動(dòng)化程度高、可靠性好等方向發(fā)展已成為一種必然趨勢(shì)。為此而展開的研究課題很多，作者就油中氣泡的形成、危害及去除技術(shù)等有關(guān)問題作一簡要敘述。 

      1、油中氣泡的來源及其對(duì)系統(tǒng)的危害 

      （1）氣泡的來源 

        液壓油在生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)以及系統(tǒng)在大氣壓力下工作，因此油液中含有空氣是不可避免的。往往把油中空氣稱之為摻混空氣，摻混空氣是以直徑很小的球狀氣泡懸浮于油中，摻混空氣的生成有兩條途徑：

        ①主要是通過油箱和泵的吸入管摻混入油內(nèi)，如油箱油面太低，泵吸入管口半露于油面或淹深很淺時(shí)，均可將空氣吸入；若泵的進(jìn)油管路漏氣，則大量的空氣會(huì)被吸入；再如系統(tǒng)回油管口高于油箱油面時(shí)，高速噴射的系統(tǒng)回油卷帶著空氣進(jìn)入油中，又再度經(jīng)油泵帶入系統(tǒng)。

        ②實(shí)踐雖然證明溶解于油液中的空氣，對(duì)油的物理性質(zhì)沒有什么直接的影響。但溶解了一定數(shù)量的空氣處于飽和狀態(tài)的油液，流經(jīng)節(jié)流口或泵入口段，當(dāng)壓力下降到油液的空氣分離壓時(shí)，油中過飽和的空氣就會(huì)被析出，使本來溶解于油中的微細(xì)氣泡聚集成較大的氣泡出現(xiàn)在系統(tǒng)中。 

      （2）對(duì)系統(tǒng)的危害 

       從經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)工作質(zhì)量的角度來看，油中氣泡對(duì)系統(tǒng)的危害是相當(dāng)大的，主要有以下幾個(gè)方面：

        ①系統(tǒng)工作不良。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，油液是動(dòng)力的傳遞介質(zhì)，在沒有空氣混入的場(chǎng)合下，其壓縮率約為（5～7）×10-10m3/N，也就是壓力增加10MPa時(shí)，容積僅被壓縮減少為0.625％。因此，在一般的液壓系統(tǒng)中可以認(rèn)為油是非壓縮性流體，而不考慮其壓縮性。一旦油中混入空氣，其壓縮率便會(huì)大幅度增加，油液本身具有相當(dāng)高的剛度或是大的體積彈性系數(shù)（壓縮率的倒數(shù)）則大大減低，嚴(yán)重地危害著系統(tǒng)的工作可靠性，如自動(dòng)控制失靈、工作機(jī)構(gòu)產(chǎn)生間歇運(yùn)動(dòng)、被加工件的廢品率增大等。由于氣泡引起的裝置誤動(dòng)作還會(huì)發(fā)生機(jī)械及人身事故。 

        ②油溫升高。氣泡如在泵等的瞬間壓縮之后，其溫度會(huì)急劇升高。如果氣體不溶解于油中，其絕熱壓縮的溫升近似值是不難計(jì)算的，例如，將35℃的氣泡加壓至3.5MPa時(shí)，其溫升可達(dá)到580℃。氣泡在達(dá)到高溫之后，其周圍的油便會(huì)產(chǎn)生燃燒，成為系統(tǒng)油溫驟然升高的主要原因。然而空氣是難以導(dǎo)熱的，油中存有氣泡時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)大大減低，嚴(yán)重地影響著油的冷卻效果。油溫升高帶來的不良后果有以下幾個(gè)主要方面：

        a.加速油的氧化。油溫的升高是促進(jìn)油液氧化的主要原因。根據(jù)氧化的機(jī)理可知，油溫在60℃以上時(shí)每升高10℃，其氧化速度成倍遞增。氧化后的油液通常都會(huì)使粘度增加并生成酸性化合物，引起系統(tǒng)中金屬件的腐蝕現(xiàn)象。并且氧化物的化學(xué)性質(zhì)一般比熱解作用的產(chǎn)物更為活潑，所以更容易產(chǎn)生渣泥，連同鐵銹、金屬屑等機(jī)械雜質(zhì)又作為氧化過程的催化劑，使油液加速氧化。一般希望油溫能在90℃以下，使其具有好的化學(xué)穩(wěn)定性。

        b.油的潤滑性能下降。性能良好的油液能在金屬摩擦表面形成牢固的油膜。油膜的強(qiáng)度和厚度主要取決于油液的質(zhì)量。

    變質(zhì)后的油液其油膜強(qiáng)度不足以承受工作負(fù)載的壓力，致使金屬表面互相接觸，從而導(dǎo)致摩擦力急劇增加，加速零件的磨損，所以說油液的潤滑性對(duì)于液壓裝置具有重要意義。

        c.加速密封件老化。液壓系統(tǒng)中采用的密封件均由不同化學(xué)成分的材料制成各種形式的密封圈、墊，不但要求與油液有好的相容性，而且還要要求有適當(dāng)?shù)墓ぷ饔蜏?，如油溫超過密封件的正常耐熱溫度，便會(huì)使其加速老化，失去應(yīng)有的彈性，而導(dǎo)致過早地喪失密封性能。

        ③導(dǎo)致氣蝕的發(fā)生。油中氣泡被油液帶到高壓區(qū)時(shí)，體積急劇縮小，氣泡又重新凝聚為液體，使局部區(qū)域形成真空，周圍液體質(zhì)點(diǎn)以高速來填補(bǔ)這一空間，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞而產(chǎn)生局部高壓，形成液壓沖擊，使局部壓力升高可達(dá)數(shù)百甚至上千個(gè)大氣壓力。如果這個(gè)局部液壓沖擊作用在固體壁面上，可引起固體壁面的剝蝕，稱之為氣蝕現(xiàn)象，它對(duì)系統(tǒng)的危害性很大。 

        油中氣泡還能起系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲的增加以及泵的容積效率減低等不良影響。 

        2、傳統(tǒng)氣泡去除方法的剖析 

        人們對(duì)氣泡研究及其危害性的認(rèn)識(shí)雖然存在差異，但在液壓裝置的設(shè)計(jì)制造過程中均考慮了氣泡的去除問題，那就是沿用至今*方法，即利用系統(tǒng)中*的油箱進(jìn)行氣泡的去除，盡管在油箱的結(jié)構(gòu)上采取了多種措施，如水平截面積大于油液深度、設(shè)置隔板而延長油在油箱內(nèi)的停留時(shí)間、進(jìn)出油口盡量設(shè)置得遠(yuǎn)些以及體積要大等。但從氣泡去除效果以及裝置結(jié)構(gòu)方面來看仍有下列不足： 

       （1）氣泡去除效果差 

        采用油箱自然去除法，就是靠氣泡自身的浮力而自行浮至油面溶入大氣的方法。氣泡的直徑一般為0.25～0.5mm，如果氣泡界面的油液沒有作向上運(yùn)動(dòng)的話，*要靠自身浮力克服油液的摩擦阻力而向上運(yùn)動(dòng)。根據(jù)斯托克斯法則可知，氣泡的上浮速度與氣泡的大小及油液粘度有關(guān)，也就是說上浮速度與氣泡大小成正比、與油液粘度成反比。如直徑為0.3mm的氣泡在粘度為100×10-6m2/s的油液中每分鐘只上浮30mm。由于泵的攪拌作用，微細(xì)化后的氣泡再經(jīng)閥口高速噴出成為乳化液狀氣泡，即使在油箱內(nèi)滯留相當(dāng)長的時(shí)間，靠自行浮上也是極其困難的。由此可見，僅靠油箱來去除氣泡，其效果是相當(dāng)差的，研究和開發(fā)強(qiáng)制式氣泡去除裝置勢(shì)在必行。 

       （2）液壓裝置結(jié)構(gòu)增大 

        油箱除具有儲(chǔ)油、冷卻功能之外，體積大的一個(gè)根本原因就是考慮到氣泡的去除，我國油箱的體積一般為泵流量的3～5倍，美國行業(yè)規(guī)定油箱的體積不得小于泵流量的3倍。由于采用大體積油箱，往往使裝置整體結(jié)構(gòu)變大，且不經(jīng)濟(jì)。 

       3、強(qiáng)制式氣泡去除器 

       （1）基本結(jié)構(gòu)與原理 

        強(qiáng)制式氣泡去除器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由進(jìn)油腔、工作腔、導(dǎo)向葉輪、出油腔及排氣管等組成。當(dāng)油液從切線方向進(jìn)入油腔時(shí)，以一定的動(dòng)能沖向?qū)蜉喨~片，在導(dǎo)向輪的作用下，液體作螺旋加速運(yùn)動(dòng)，由于油液質(zhì)量大于氣泡質(zhì)量，在離心力的作用下，氣泡向中心軸線處集聚，中心軸線上的壓力是隨著液流螺旋加速度的增加而遞減的，在工作腔zui小直徑處的中心壓力zui低，氣泡在中心軸線上的壓差和接近中心液流的連帶作用下向工作腔zui小直徑處運(yùn)動(dòng)而集合，在工作腔與出油腔結(jié)合處的右側(cè)附近，液流由于沒有螺旋運(yùn)動(dòng)，所以此處的壓力高于出油腔入口處的壓力，大量聚積起來的氣體在壓力的作用下通過排氣管排出裝置之外。

    線段說明： 

        ①OA段為進(jìn)油腔（內(nèi)裝導(dǎo)向葉輪）。其中對(duì)應(yīng)的兩線段分別是：O′A′為軸線方向的壓力值；O″A″為軸線方向原有氣泡含量。

        ②AB段為工作腔。其中對(duì)應(yīng)的兩線段分別是：A′B′為軸線中心處的壓力變化趨勢(shì)；A″B″為軸線中心處的氣泡析出量變化趨勢(shì)。

        ③BC為排氣段（為出油腔右側(cè)很小一部分）。其中對(duì)應(yīng)的兩條線段分別是：B′C′為軸線中心處的壓力變化趨勢(shì)；B″C為排出氣體量變化趨勢(shì)。

        ④CD段為出油腔。其中對(duì)應(yīng)的C′D為脫氣后油液流經(jīng)出油腔的壓力變化趨勢(shì)。 

       （2）本裝置的主要特點(diǎn) 

        ①由于液流在工作腔的旋流半徑很小，氣泡很容易向中心方向移動(dòng)。還有在工作腔的液體有較大的離心加速度，所以在半徑方向上形成了較大的壓力梯度，十分有助于氣泡的析出。

        ②進(jìn)入到工作腔的液體在導(dǎo)向葉輪作用下具有較大的角動(dòng)能，促使液體能夠維持較長距離的加速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就增加了氣泡隨油在工作腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，所以有著相當(dāng)高的氣泡去除效率。

        ③本裝置具有較大的壓差范圍，所以有較大的流量適應(yīng)區(qū)域，即對(duì)于某一規(guī)格的裝置來說，zui大流量不小于zui小流量的三倍，通過控制進(jìn)油壓力，可使本裝置在一定流量范圍內(nèi)的任*量下均處良好的氣泡去除工況。

        ④適用于動(dòng)力傳遞介質(zhì)的任何粘度油液的氣泡去除。 

        ⑤由于本裝置體積較小，可以忽略其內(nèi)部通流液體的重量，所以具有任意的安裝位置，而不影響氣泡去除效果。 

      （3）應(yīng)用方式及其效果 

        ①單獨(dú)使用。將本裝置的進(jìn)油腔與系統(tǒng)回油路相接，出油腔直接通向油箱，一遍去除效果zui高可達(dá)99.9％。

        ②與泵組合使用。將本裝置的進(jìn)油腔與系統(tǒng)回油路相接，出油腔與泵的進(jìn)油口相接，一遍去除效果zui高可達(dá)100％。 

        兩種方式共同的特點(diǎn)：一是均安裝于油箱內(nèi)，不怕泄漏；二是安裝方便，組成簡單；三是無需動(dòng)力，節(jié)省能源。

        就謀求油壓系統(tǒng)率、低成本，把著眼點(diǎn)放在油的質(zhì)量上，這種說法一點(diǎn)兒也不過份。從液壓裝置的使用成本來看，除了動(dòng)力源耗能之外，就要數(shù)液壓油了。如果能延長油的使用周期，那么就可以使液壓系統(tǒng)長時(shí)間地處于率、低成本的良好狀態(tài)。事實(shí)說明，要使液壓油長時(shí)間的質(zhì)量穩(wěn)定，關(guān)鍵的問題是要解決好油中混入空氣這一對(duì)油液危害zui大的難題。對(duì)此，開發(fā)和應(yīng)用強(qiáng)制式液壓油氣泡去除裝置有著十分重要的意義。