Сжимаемость и стойкость жидкости

Сжимаемость жидкости. Капельная жидкость является упругим телом, которое при давлениях примерно свыше 60 МПа подчиняется с некоторым приближением закону Гука.

Жесткость жидкости можно оценить коэффициентом относительной объемной сжимаемости , который характеризует изменение единицы объема жидкости, приходящееся на единицу изменения (приращения) давления:

или

где - относительное изменение объема при изменении давления на;

- изменение давления, действующего на жидкость;

и - начальный объем жидкости при атмосферном давлении и объем при изменении давления на;

- изменение объема жидкости при изменении давления на .

Величина, обратная , называется объемным модулем упругости жидкости при всестороннем сжатии:

.

Объемный модуль упругости и соответственно коэффициент сжимаемостижидкости изменяется в широких пределах в зависимости от типа жидкости, давления и температуры.С повышением температуры объемный модуль упругости уменьшается, а коэффициент сжимаемости повышается.

С повышением давления коэффициент сжимаемостижидкости уменьшается, особенно при сравнительно низких давлениях.

При изменениях давления жидкости от 0 до 60 МПа изменением значений иможно пренебречь; при этих условиях относительное изменение объемав процессе сжатия будет пропорционально изменению давления.

Значение объемного модуля упругости (при температуре 20⁰С и атмосферном давлении) для легких минеральных масел, используемых в гидросистемах, колеблется в пределах 1350-1750 МПа, что соответствует значениям коэффициента от 74.10^-11 до 57.10^-11 м²/Н. Для воды и рабочих жидкостей на водной основе значение модуля упругости при относительно небольших давлениях (до 20 МПа) можно принять равным 2000 МПа.

Среднее значение коэффициента сжимаемости масла АМГ-10 для диапазона давлений 0-20 МПа и температуры 20⁰С можно принимать = 7.10^-10 м²/Н, а для более тяжелых масел = 6.10^-10 м²/Н.

Ввиду высокого значения объемного модуля упругости жидкости в ряде технических расчетов сжимаемостью при типовых давлениях (до 20 МПа) можно пренебречь, считая жидкость несжимаемой.

Механическая и химическая стойкость жидкостей. Для практических целей важно, чтобы рабочие жидкости в условиях применения и хранения не изменяли своих первоначальных физических и химических свойств, т.е. сохраняли физическую и химическую стабильность.

Основной причиной нарушения физической стабильности жидкости является мятие ее при работе в условиях высоких давлений, в особенности при дросселировании с большим перепадом давления, вызывающим молекулярно-структурные изменения (деструкцию) жидкости. В результате вязкость жидкости может понизиться, а ее смазывающие свойства ухудшиться.

Важным фактором является также химическая стабильность жидкости, или стойкость к окислению, в результате которого происходит выпадение из нее отложений в виде смол, сопровождающееся понижением вязкости и потерей смазывающих качеств.

Воздействие жидкости на резиновые детали. Важным параметром, характеризующим качество рабочих жидкостей для гидросистем, является степень воздействия их на применяемые материалы, в частности – на резиновые детали. Усадка, набухание и размягчение резиновых деталей уплотнительных узлов под воздействием жидкости сопровождается нарушением герметичности и другими дефектами в работе гидроагрегатов. При длительном контакте рабочей жидкости с резиновыми деталями происходит сложный физико-химический процесс вымывания отдельных компонентов резины и замещения их жидкостью. При этом изменяется масса и объем резиновой детали и физико-механических свойств резины.

Обычно требуется, чтобы твердость испытываемого резинового образца после воздействия минерального масла не изменялась больше чем на4-5 единиц по Шору. Разница между объемами резинового образца в начале и в конце испытания не должна превышать3% первоначального объема. По техническим условиям набухание синтетической резины в жидкостях допускается до 5-6%.

Особо следует отметить влияние на резину синтетических жидкостей, одни из которых вызывают либо чрезмерное набухание уплотнительных материалов, либо, наоборот, значительную его усадку.

Растворение в жидкостях газов. Газы, находящиеся в жидкости в растворенном состоянии, не оказывают существенного влияния на ее механические свойства. Однако, если давление в какой-либо точке объема жидкости уменьшается, газы выделяются из раствора в виде пузырьков, которые ухудшают свойства жидкости, уменьшая ее модуль упругости.

Объем газа, который может раствориться в жидкости до ее полного насыщения

,

где - объем газа при начальном давлении;

- объем жидкости при конечном давлении ;

- коэффициент растворимости ( при 20⁰С коэффициент растворимости воздуха в масле равен 0,08-0,1).

Присутствие нерастворенного газа ухудшает, а во многих случаях может полностью нарушить работу гидросистемы и ее агрегатов. В частности, при наличии газа ускоряется наступление кавитации. Газ, выделившийся из жидкости в местах пониженного давления, может частично заполнить рабочие полости насоса, уменьшая тем самым его подачу и ухудшая режим работы.

Механическая смесь воздуха с жидкостью. Воздух (газ) может находиться в жидкости в механической смеси, причем в зависимости от размеров пузырьков воздуха (диаметр пузырька равен 0,4 – 0,8 мкм) эта смесь обладает меньшей или большей устойчивостью. При определенных условиях, характеризуемых в основном размерами пузырьков и вязкостью жидкости, скорость вытеснения пузырьков воздуха становится столь малой, что воздух может находиться в смеси с маслом длительное время. Это значительно понижает модуль упругости жидкости и, следовательно, понижается жесткость гидравлического механизма. Так, при давлении 15 МПа модуль упругости гидрогазовой смеси, содержащей 1% газа (приведенного к нормальным техническим условиям), почти в 2 раза меньше модуля упругости однородной жидкости.

При наличии в жидкости нерастворенного воздуха подача насосов понижается, а также сокращается вследствие гидравлических ударов срок их службы.