Распечатать

Гидравлика & Пневматика

Водная гидравлика - проблемы и тенденции

26.11.2014

Водная гидравлика - весьма заманчивая идея, особенно с точки зрения пожаробезопасности, экологической чистоты и низкой стоимости рабочей жидкости (РЖ). Она уже довольно продолжительное время занимает умы конструкторов гидрооборудования, однако ее окончательное решение, возможно, еще впереди.

Анализируя эту проблему, подчеркнем, что речь идет об использовании именно чистой воды в качестве РЖ.

Водомасляные эмульсии с высоким содержанием воды (до 95–98 %) широко применяются, особенно в прессовом, горнодобывающем и металлургическом гидрооборудовании, но данное направление не рассматривается в статье.

НИОКР по созданию водной гидравлики ведутся передовыми инофирмами уже несколько десятилетий. На Ганноверской ярмарке 1999 г. три фирмы (Hytar Oy Water Hydraulics, Danfoss Antriebs- und Regeltechnik GmbH и Fenner Fluid Power) предлагали аксиально-поршневые насосы для работы на воде с давлением до 14 МПа. Поворотные приводы фирмы Walter Voss Fluidtechnik GmbH работают с таким же давлением. В экспозиции фирмы Danfoss Antriebs демонстрировались модульные гидроаппараты для работы на воде, пластинчатый гидромотор (рабочий объем Vо = 160 см3; давление р = 5 МПа; частота вращения n = 15…200 мин-1), направляющие аппараты с корпусом из высококачественной коррозионно-стойкой стали и регулятор потока (р = 5 МПа; расход до 25 л/мин), комплектные насосные установки.

Система управления механизмом наклона плавильной печи немецкой компании "Тифенбах Контрол Системз ГмбХ"

Аксиально-поршневые гидромашины финской фирмы Hytar Oy Water Hydraulics могут работать на чистой  питьевой воде, морской воде и жидкостях HFA. Их параметры: Vо = 20, 31 и 40 см3, р = 21…16 МПа. Уже имеются примеры промышленного внедрения в металлургии.

Фирма Link+Sturzebecher GmbH представила новые варианты цилиндров из усиленного волокнистого синтетического материала, которые эксплуатируются с различными РЖ (в том числе с водой). При ходе 250 мм и развиваемом усилии до 1979 кН масса не превышает 47 кг. Специальное исполнение рассчитано на давление до 70 МПа.

Пропорциональный клапан с коническим седлом фирмы Walter Voss Fluidtechnik GmbH способен регулировать давление воды до 32 МПа. Запорный элемент клапана изготовлен из керамики, остальные детали – из высококачественной стали. Демонстрировался также поворотный двигатель (180 оС) для экскаватора, работающий на чистой воде при давлении до 16 МПа и развивающий момент до 180 Н∙м. Вместе с тем в последние годы эти сенсационные разработки как-то приутихли, хотя на VII Международной конференции по гидроприводам (г.Аахен, 2010 г.) и было представлено несколько докладов по водной гидравлике. Причиной этому является, на наш взгляд, ряд трудноразрешимых (или вообще неразрешимых) проблем, присущих воде, используемой в качестве РЖ в гидроприводах:

  • Плохая смазывающая способность требует тщательного подбора материалов трущихся пар, значительно ускоряет износ и снижает долговечность компонентов гидропривода, прежде всего насосов. Известно, что гидромашины ведущих мировых производителей, например Bosch Rexroth допускают работу на водосодержащих эмульсиях, однако при этом вдвое снижаются допустимое рабочее давление и частота вращения, существенно ухудшаются условия работы подшипников;
  • Коррозионная активность воды усложняет выбор подходящих конструкционных материалов (коррозионно-стойкие стали, цветные металлы, керамика, волокнистые синтетические материалы и др.) и покрытий, что существенно удорожает изготовление компонентов гидрооборудования;
  • Ограниченный диапазон тепловых режимов и высокая испаряемость воды исключают возможность использования водной гидравлики, например, в мобильных машинах, работающих в различных климатических зонах.

Кстати, в процессе эксплуатации водомасляных эмульсий требуется периодическая проверка процентного содержания составных частей (воды и масла);

  • Поскольку вода имеет пониженную вязкость по сравнению с минеральными маслами, для получения приемлемых значений КПД необходимо уменьшать зазоры в трущихся парах, что усложняет изготовление компонентов и снижает надежность их работы, а также требует значительного повышения качества фильтрации;
  • Воде присущи опасности бактериологического разложения и образования накипи, способной вызвать заклинивание деталей и засорение малых отверстий.

Поскольку использование в качестве РЖ водомасляных эмульсий позволяет успешно решить проблемы пожаробезопасности, экологической чистоты и низкой стоимости, а также частично ослабить указанные выше негативные факторы, переход на чистую воду в промышленных гидроприводах вряд ли технически оправдан. Вместе с тем элементы водной гидравлики широко используются в установках гидроструйной резки, очистки поверхностей струей воды высокого давления, стендах для прочностных испытаний. Имеются сообщения о том, что значительный прогресс в гидроприводах морских глубоководных установок для выполнения геологоразведочных и горных работ достигнут благодаря применению водосодержащей экологически чистой биодеградирующей жидкости КГЖ-4, содержащей 98% морской воды и 2% концентрата КГИ-4. Думается, что в ближайшие годы интерес к водной гидравлике будет возрастать в ряде специфических областей применения, некоторые из которых указаны выше.

Благодарим ЭНИМС за помощь в подготовке статьи

Гидравлика & Пневматика 01.12.2017 Гидравлические фильтры призваны повысить надежность гидропривода и уменьшить риски загрязнения масла. В рамках опроса мы попытались выяснить у экспертов: насколько применим к гидравлическим фильтрам принцип «очистка вместо замены»?
Детали & Материалы 29.11.2017 Методы 3D-печати активно развиваются и начинают проникать в промышленное производство. Крупные компании уже создают специальные КБ, занятые ревизией классических конструкций изделий с учетом возможностей, которые предоставляют аддитивные технологии.
Гидравлика & Пневматика 29.11.2017 В микро-экскаваторе фирмы JCB дизельный двигатель мощностью 14 кВт был заменен 10-киловаттным электродвигателем с литий-титановыми батареями. Системы управления рабочими органами выполнены в виде блоков DDH на основе шестеренных насос-моторов внутреннего зацепления с электрическими сервомоторами.
Детали & Материалы 28.11.2017 Выставка formnext-2017, посвященная новейшим разработкам в области аддитивных технологий, прошла в ноябре во Франкфурте-на-Майне в третий раз и была отмечена рекордным ростом посетителей. Россию представляли десять компаний, в их числе и PICASO 3D производитель устройств для персональной 3D-печати.
Гидравлика & Пневматика 13.11.2017 Контрольные точки давления нельзя назвать принципиально новыми устройствами, однако фирмой Stauff они доведены до совершенства. Эти устройства широко применяются для безопасного подключения к гидросистеме аналоговых, цифровых или дисплейных измерительных приборов с целью тестирования давления.
Гидравлика & Пневматика 13.11.2017 Компания освоила серийное производство нерегулируемых аксиально-поршневых насосов с наклонным блоком компактной серии 311.К с рабочими объемами 12 и 34 см3. Таким образом, номенклатурный ряд теперь содержит типоразмеры от 12 до 107 см3.
Гидравлика & Пневматика 27.10.2017 компания Schmalz выпустила приложение, которое позволяет управлять работой вакуумных компонентов со смартфона или планшета. Разработчики утверждают, что это сделает управление рабочим процессом более прозрачным для пользователей.