Объяснение гидравлической кавитации: причины, симптомы и способы ее предотвращения

Оператор мобильного крана замечает слабый скрипучий вой гидравлического насоса во время холодного утреннего запуска. Машина по-прежнему работает нормально, но когда фильтр открывается во время следующего обслуживания, техник обнаруживает в масле мелкие металлические частицы. Эта последовательность показывает, как быстро гидравлическая кавитация переходит от необычного шума к повреждению всей системы.

Кавитация является второй по распространенности причиной выхода из строя гидравлического насоса после загрязнения. Это также может привести к разрушению корпусов насосов, золотников клапанов и поверхностей гидравлических цилиндров, что приведет к дорогостоящему ремонту и незапланированным простоям. В этом руководстве объясняется, что такое гидравлическая кавитация, что ее вызывает, как ее распознать и как предотвратить.

Что такое гидравлическая кавитация?

Кавитация – это образование и схлопывание пузырьков, наполненных паром, в гидравлической жидкости. Это происходит, когда местное давление в масле падает ниже давления паров жидкости. В этот момент растворенные газы и более легкие фракции масла испаряются, образуя небольшие полости или пузырьки. Когда эти пузырьки движутся вниз по течению и давление восстанавливается, они резко разрушаются. Каждое обрушение вызывает концентрированную ударную волну, которая может разрушить близлежащие металлические поверхности.

Кавитация почти всегда начинается в насосе, поскольку именно в насосе жидкость ускоряется и изменения давления наиболее экстремальны. В гидравлических системах различают две формы кавитации:

Что вызывает кавитацию в гидравлических системах

Независимо от того, возникает кавитация на стороне всасывания или нагнетания, механизм ее возникновения один и тот же: насос не получает необходимую ему жидкость или давление на стороне нагнетания ведет себя непредсказуемо. Практический опыт указывает на последовательный набор коренных причин.

Ограничения на стороне всасывания

• Засорен или имеет недостаточный размер всасывающий фильтр или сетчатый фильтр.
• Перегнутый, разрушенный или слишком маленький всасывающий шланг.
• Низкий уровень резервуара, допускающий завихрение и вовлечение воздуха.
• Ограниченный сапун резервуара, создающий вакуум внутри бака.

Жидкость и условия эксплуатации

• Слишком высокая вязкость жидкости при холодном пуске.
• Скорость насоса превышает пропускную способность на входе, указанную производителем.
• Быстрая смена нагрузки, приводящая к резкому падению давления на входе насоса.
• Чрезмерное пенообразование, вызванное испорченной жидкостью или несовместимыми присадками.

Большинство из этих состояний развиваются постепенно. Фильтр переполняется, шланг размягчается и разрушается, или из-за холода масло загустевает. К моменту появления шума повреждение может уже произойти.

Распознавание симптомов гидравлической кавитации

Кавитация одновременно слышна и видна, если вы знаете, что проверять. Вот наиболее распространенные предупреждающие знаки:

• Звук: скулящий, хлопающий или потрескивающий звук, часто описываемый как прохождение шариков или гравия через насос.
• Вибрация: высокочастотная вибрация в насосе и всасывающей линии, исчезающая при выключении машины.
• Жидкий внешний вид: пенистое или пенящееся масло, а в тяжелых случаях - молочный или мутный вид резервуара.
• Температура: необычно горячий корпус насоса, вызванный потерей пленки смазочной жидкости во время схлопывания пузырька.
• Производительность: более медленное движение цилиндра, нестабильность давления или насос, который не может удерживать номинальное давление.

Когда эти признаки появляются вместе, вероятным виновником является кавитация. Общие признаки неисправности гидроцилиндра часто совпадают с симптомами кавитации, поскольку оба указывают на одну и ту же загрязненную и плохо подаваемую жидкость.

Кавитация и аэрация: как их отличить

Кавитацию и аэрацию часто путают, поскольку обе они производят шум и пенистое масло. Кавитация — это процесс, связанный с давлением: пузырьки образуются из самой гидравлической жидкости, когда давление падает ниже давления паров. Аэрация является проблемой проникновения: наружный воздух попадает в систему через незакрепленные фитинги, поврежденное уплотнение вала или низкий уровень резервуара, из-за которого насос всасывает воздух.

Как кавитация повреждает насосы и цилиндры

Кавитационные повреждения являются механическими, а не химическими. Каждый схлопывающийся пузырь выпускает ударную волну, которая может превышать предел текучести обычных конструкционных металлов. Повторяющиеся обрушения скалывают поверхность и образуют ямки, оставляя следы эрозии, похожие на губку или грубый песок.

В насосах эрозия возникает на зубьях шестерен, кончиках лопастей или автоматах перекоса. Настоящая проблема в том, что произойдет дальше. Частицы эродированного металла попадают в циркулирующую жидкость и проходят через клапаны, шланги и гидравлические цилиндры. В цилиндре эти частицы забивают шток поршня и отверстие, разрезают динамические уплотнения и ускоряют внутренние утечки. Цилиндр с зазубренным штоком со временем дает течь снаружи; цилиндр с изношенным уплотнением поршня под нагрузкой смещается и теряет подъемную силу.

Для мобильных машин, таких как краны, подъемные платформы и эвакуаторы, последствия немедленные: замедление времени цикла, проблемы с удержанием груза и заклинивание приводов. В свайном оборудовании одни и те же формы эрозии возникают в цилиндрах роторных буровых установок и цилиндрах для подъема труб, где высокие силы и загрязненная среда увеличивают степень повреждения.

Как предотвратить гидравлическую кавитацию

Профилактика начинается на входе насоса. Большинство случаев кавитации решаются путем обеспечения бесперебойной подачи в насос чистой жидкости правильной температуры и вязкости. Эти методы доказали свою эффективность в строительной, погрузочно-разгрузочной и мобильной технике:

1. Всасывающие линии должны быть короткими, прямыми и иметь размер, соответствующий потоку насоса; избегайте резких поворотов и ограничений.
2. Своевременно заменяйте всасывающие фильтры и следите за индикаторами падения давления, чтобы уловить загрузочный фильтр до того, как он повлияет на впускное отверстие.
3. Выберите марку жидкости, соответствующую диапазону температур окружающей среды, и при необходимости прогрейте систему в холодную погоду.
4. Поддерживайте уровень жидкости в резервуаре в соответствии со спецификацией производителя и проверяйте его, когда машина находится в рабочем положении.
5. Проверьте сапун резервуара на предмет засорения; заблокированный сапун создает вакуум, способствующий кавитации.
6. Поддерживайте скорость насоса в пределах номинального диапазона; насос, работающий выше своей впускной способности, будет создавать кавитацию даже при чистой всасывающей линии.
7. Установите вакуумметр на входе насоса, чтобы видеть развивающиеся ограничения до того, как они начнут проявляться звуковыми симптомами.
8. Используйте подходящие противопенные присадки и замените жидкость, качество которой достигло чрезмерного пенообразования.

Регулярное внимание к качеству жидкости также играет центральную роль. Одно и то же масло циркулирует через насос и цилиндры, поэтому принципы, лежащие в основе правильная смазка и управление жидкостью непосредственно поддерживает предотвращение кавитации на всей машине.

Почему характеристики цилиндра имеют значение в машинах, подверженных кавитации

Кавитация — это проблема системного уровня, но повреждение часто проявляется в первую очередь в цилиндрах. На автомобильном кране подъемные и телескопические цилиндры выдерживают самые тяжелые нагрузки и наиболее частые реверсы. Когда кавитационный насос подает загрязненную жидкость в эти цилиндры, на штоках появляются царапины, уплотнения теряют очищающую способность, и машина теряет уверенность в подъеме. При выборе цилиндра в таких случаях следует учитывать твердость поверхности штока, надежность уплотнения и устойчивость к загрязнению твердыми частицами.

Цилиндр изменения вылета стрелы, установленный на грузовике, для управления стрелой тяжелых условий эксплуатации Этот цилиндр управляет регулировкой угла стрелы на автокранах. Твердость его штока и характеристики уплотнения имеют значение, когда кавитация приводит к попаданию загрязнений, поэтому его стоит рассмотреть для применений, требующих надежного подъема и минимального износа. Просмотреть продукт →

Подъемные рабочие платформы сталкиваются с аналогичным риском. Цилиндры выравнивания и подъема стрелы работают непрерывно, регулируя корзину, пока платформа движется по неровной местности. Частицы, вызванные кавитацией, ускоряют износ уплотнений в этих цилиндрах, вызывая снос и рывки на высоте, что небезопасно и дорого в ремонте.

Цилиндр изменения вылета стрелы для подъема стрелы Этот цилиндр регулирует высоту стрелы на подъемных платформах. Учитывая риск износа уплотнения и резких движений из-за частиц, вызванных кавитацией, его стабильная работа имеет решающее значение для безопасного позиционирования на высоте, что делает его ключевым компонентом для оценки. Просмотреть продукт →

Компания Zhejiang Huanfeng Machinery Co., Ltd. производит гидравлические цилиндры для кранов, подъемных платформ, эвакуаторов, машин для осмотра мостов и сваебойного оборудования. Когда машиностроители обращаются к нам за цилиндрами, один из первых вопросов, которые мы задаем, заключается в том, является ли кавитация проблемой в их парке. Этот единственный вопрос подсказывает нам, рекомендовать ли более твердое хромирование, модернизированные комплекты уплотнений или более узкие внутренние зазоры, чтобы цилиндр работал в условиях ухудшенной жидкости.

Итог

Кавитация не является загадкой. Это предсказуемый процесс, связанный со стрессом, имеющий четкие причины, четкие симптомы и проверенные методы профилактики. Цена игнорирования намного выше, чем стоимость предотвращения: насос выходит из строя, машина останавливается, а если эродированный металл достигает цилиндров, стоимость ремонта увеличивается в несколько раз.

Слушайте нытье. Осмотрите масло. Проверьте сторону всасывания. Поддерживайте необходимый уровень, вязкость и чистоту жидкости. Эти привычки снижают частоту отказов насосов, продлевают срок службы цилиндров и поддерживают работоспособность гидравлического оборудования до того, как кавитация сможет его разрушить.