سيالات هيدروليك

مقدمه
آب اولين سيالي است كه از آن براي انتقال قدرت استفاده شده است.آب گرچه داراي خواص خوبي چون دسترسي آسان،قيمت پائين و مقاومت در مقابل آتش مي باشد ولي خواص ضعيف روانكاري،محدودة كم درجه حرارتهاي كاري و ايجاد زنگ زدگي،استفاده از آن را در سيستمهاي پيشرفته و جديد محدود مي نمايد.
روغنهاي معدني از ابتداي قرن بيستم در دسترس بوده اند اما استفاده از مواد افزودني جهت بهبود بخشيدن خواص شيميايي و فيزيكي روغنهاي هيدروليك در سال ۱۹۴۰ آغاز شد.اين روغنها،به شدت قابل اشتغال بوده و هنگام كاربرد در درجه حرارتهاي بالا،احتمال جدي بروز خطر وجود دارد،لذا استفاده از سيالات مقاوم به آتش كه اساساً با پاية آبي و بصورت محلول در آب عرضه مي شوند گسترش يافته است.

سيالات هيدروليك با توجه به تركيب و خواص،بصورت استاندارد توسط يك سري حروف(جدول ضميمة ۱۷)از يكديگر متمايز مي شودندو
• خواص سيال هيدروليك
• چگالي نسبي يا وزن مخصوص

نسبت حجم مشخصي از سيال در دماي معين به وزن همان مقدار حجم آب را چگالي نسبي يا وزن مخصوص مي نامند.چگالي نسبي روغنهاي معدني در حدود ۹/۰ است.(مقادير دقيق با توجه به روغن پايه و افزودني هاي مورد استفاده محاسبه مي گردد).
مواد مصنوعي داراي چگالي بالاي يك هستند.اطلاع از چگالي نسبي سيال هيدروليك هنگام طراحي و براي محاسبات مربوط به فشار استاتيكي (در ورودي پمپ)لازم مي باشد.

لزجت
لزجت عبارتست از اصطكاك داخلي سيال و يا به عبرات ديگر،مقاومت سيال در مقابل جريان يافتن است.لزجت يكي از مهمترين خواص سيال هيدروليك بوده كه پائين بودن بيش از حد آن موجب بروز مشكلاتي در سيستم آب بندي شده و سبب بوجود آمدن نشتي هاي خارجي زياد و كاهش بازده حجمي مي گردد.از طرف ديگر،افزايش بيش از حد لزجت نيز از خاصيت رواني سال مي كاهد.در صورت استفاده از يك سيال با لزجت بالا،به نيروي بيشتري جهت غلبه بر اصطكاك هاي داخلي نياز مي باشد،كه خود موجب اتلاف انرژي و افزايش گذما مي شود.

لزجت به دو صورت ديناميكي يا سينماتيكي بيان مي گردد.واحد لزجت سيناتيكي در سيستم SI برحسب mm2/sec مي باشد و تحت عنوان سانتي استوك(Cst)بيان مي شود.

چون لزجت سيالات نسبت به دما تغيير مي كند،لذا مقدار آن در شرايط و درجه حرارت استاندارد(۴۰ درجه سانتيگراد)بيان مي گردد.
شاخص لزجت
لزجت همة روغن ها با افزايش درجه حرارت كاهش يافته و با كاهش آن،افزايش مي يابد.شاخص لزجت ميزان جدي بودن اين تغييرات را نشان مي دهد.به روغني كه ميزان تغييرات لزجت ان با افزايش درجه حرارت كم باشد،اصطلاحاً،روغن داراي شاخص لزجت بالا گفته مي شود.محدودة متوسط شاخص بين ۴۰ و ۸۰ مي باشد.بيشتر روغنهاي هيدروليك داراي شاخص لزجت بالاي ۸۰ هستند.شاخص لزجت روغنهاي معدني اساساً وابسته به روغن پايه است.در بعضي از سيستمهاي هيدروليك كه به شاخص هاي لزجت بالاتز نياز باشد،بايد از مواد پايه و افزودني هاي لازم جهت بهبود شاخص استفاده كرد.

منحني هاي لزجت دما براي چند نمونه روغن هيدروليك،با شاخص لزجت متفاوت در شكل(۱ – ۷ الف)نشان داده شده است.
لزجت روغن هيدورليك با افزايش فشار،افزايش مي يابد.انتخاب سيال هيدورليك در سيستم هاي با فشار كاري بالا بسيار حاوز اهيت است.(مانند پرسهاي با فشار كاري bar 1000)

در يك فشار بسيار بالا،امكان بروز تغيير در مشخصات روغن وجود دارد و حتي ممكن است كه روغن بصورت يك جسم صلب درآيد.منحني هاي لزجت دما براي يك نوع روغن هيدورليك به ازاء فشارهاي مختلف در شكل(۱ – ۷ ب)نشان داده شده است.
پايداري برشي
در بسياري از سيسمتهاي هيدورليك مقاطعي وجود دارند كه سيال تحت تأثير نرخهاي بالايي از برش قرار مي گيردواز اين مقاطع مي توان نقاط تيز پره ها در يك پمپ پره اي و يا لقي هاي طريف در گلوگاههاي شيرهاي كنترل را نام برد.

تأثير نرخ بالاي برش بر روغن و افزودني هاي شاخص لزجت به دو طريق زير است:
روغني كه در محدودة نرم برش بالا قرار داشته باشد بصورت موضعي دچار افت لزجت گشته و به محض خروج از محدودة مذكور به حالت اوليه باز مي گردد.اما افزودني هاي شاخص لزجت پس از عبور از منطقة با نزخ برش بالا،در نتيجة كاهش تدريجي لزجت در طي چند ساعت اولية كار سيستم،دچار تغيير دائمي مي گردند.پس از شكست اوليه،مقدار لزجت در سطح معيني ثابت باقي مي ماند،ولي لزجت از دست رفته هرگز جبران نخواهد شد.
مشخصة ايجاد كف

همة سيالات حاوي مقاديري هواي غير محلول بوده كه مقدار آن به دما و فشار بستگي دارد.بطور كلي روغنهاي با پاية معدني مي توانند تا ۱۰% حجم خود هواي غير محلول داشتهباشند.با افزايش دما يا كاهش فشار،هوا از درون محلول خارج شده و چنانچه اين حالت در ورودي پمپ حاصل شود،نتيجه آن كاويتاسيون خواهد بود.

نفوذ هوا در روغن بصورت حبابهاي مجزا را نبايد با هواي غير محلول اشتباه نمود.زيرا نفوذ هوا موجب افزايش تراكم پذيري روغن و ايجاد حالت گيجي در عملگر و همچنين كاويتاسيون در پمپ مي گردد.

اثر اين حبابهاي هوا بر بازدهي سيستم بسيار جدي بوده و موجب افزايش سايش در اثر ضربات كاويتاسيون مي گردد.همچنين اگر اين حبابهاي هوا در سمت پرفشار پمپ ايجاد كف نمايند،بدليل وجود خاصيت تراكم پذيري بالاي آنها،از مضخصات تراكم پذيري سيال بشدت كاسته مي شود.در كلية نقاطي كه روغن در مجاورت هوا در حال حركت است،امكان نفوذ هوا به روغن وجود دارد.

طراحي نامناسب مخازن ذخيره،خطوط مكش آب بندي نشده در پمپ و نشتي در آب بندي هاي سيلندرها از نقاطي هستند كه احتمال نفوذ هوا به روغن در آنها وجود دارد.هنگام بازگشت روغن محتوي هوا به مخزن،حبابها به سطح آمده و ايجاد كف مي نمايند.در صورت افزايش مقادير كف،مشكلات عديده اي در سيستم هيدورليك بوجود مي آيد،لذا به همراه اغلب سيالات هيدورليك،از افزودني هاي ضد كف كه شكست حبابهاي هوا را تسريع مي كنند استفاده مي شود.ولي ز طريف ديگر اين افزودني ها موجب كاهش نرخ حركت حبابهاي هوا به سطح مي شوند.بنابراين ميزان تركيب آنها در روغن بايد به دقت كنترل گردد.
نقطة ريزش

نقطة ريزش هر سيال ۳ درجة سانتي گراد بالاتر از نقطه اي است كه سيال شروع به جيران مي كند.به عنوان يك قانون كلي،حداقل دماي كاري سال بايد ۱۰ دجه سانتي گراد بالاتر از نقطة ريزش قرار داشته باشد.

تراكم پذيري
كليه سيالات تراكم پذير مي باشند و براي روغنهاي معدني كاهش تقريبي در حجم به ازاء هر bar 100 افزايش فشار ۷/۰% است.ميزان تراكم پذيري هر سيال به دما و فشار بستگي دارد.حبابهاي هوا به صورت قابل توجهي ميزان تراكم پذيري را افزايش مي دهند.مدول بالك(B)كه معرف ميزان تراكم ناپذيري سيال مي باشد،نسبت تنش حجمي به كرنش حجمي بوده كه مقدار آن به نوع و شرايط سيال وابسته است.
P
B=
V/V

∆P تغير در فشار،∆V تغيير در حجم و V حجم سيال تحت فشار مي باشد.
مدول بالك براي آب bar 2000 B= و براي روغنهاي معدني bar15000B= مي باشد.در مخرني كه حجم زيادي از سيال،تحت فشار قرار دارد،در صورت كاهش سريع فشار،ضربات شديدي بوجود خواهد آمد كه با استفاده از شيرهاي خنثي كنندة كاهش فشار از بروز اين حالت جلوگيري مي شود.
انبساط حرارتي

با تغييرات دماي سيال حجم آن دچار تغيير مي گردد.افزايش حجم سيال هيدروليك عموماً به ازاء هر ۱۰ درجة سانتيگراد افزايش دما،۷/۰% است.اين حالت هنگامي كه مقدار سيال مورد استفاده زياد باشد بسيار اهميت پيدا مي كند.براي مثال اگر يك مخزن،۴۰۰ ليتر روغن ۱۵ درجه سانتيگراد را در خود جاي داده باشد،با رسيدن دماي روغن در حين كار به ۵۵ درجة سانتگيراد تقريباً ۱۱ ليتر افزايش حجم بوجود خواهد آمد.