Понимание и предотвращение кавитации в гидравлических цилиндрах: защитите свою систему

Кавитация гидравлических цилиндров — это кошмар для любой гидравлической системы, приводящий к каскаду разрушительных процессов, которые в конечном итоге уничтожают критически важные (и дорогостоящие) компоненты. Хотя большинство связывает кавитацию с насосами и моторами, она также может стать серьезной проблемой для гидравлических цилиндров. Чтобы минимизировать или устранить ущерб от кавитации, необходимо понимать её механизм и характер повреждений. Однако самый разумный подход — принятие профилактических мер.

Определение кавитации

Простыми словами, кавитация — это образование пузырьков, заполненных растворенными газами или паром, в жидкости. В гидравлических системах и компонентах (насосах или цилиндрах) жидкостью является рабочая жидкость, передающая давление. В гидравлических цилиндрах это давление используется для линейного перемещения нагрузок весом в тысячи килограммов при нажатии кнопки. Очевидно, что речь идет об очень высоких давлениях.

Пузырьки начинают формироваться и расти, когда давление приближается к насыщенному паровому для данной температуры жидкости (то есть происходит локальное кипение). Для цилиндра достаточно, чтобы давление упало ниже атмосферного.

Когда эти пузырьки коллапсируют (имплодируют), возникают шум, тепло, серьезные повреждения поверхностей и снижение эффективности. По сути, пузырьки генерируют мощный механический удар, в результате чего микропотоки жидкости ударяют по соседним металлическим поверхностям. Имплозия происходит, когда пузырьки попадают в зону низкого давления, вызывая конденсацию пара внутри них. Металл начинает изнашиваться в процессе, известном как кавитационное изношение, эрозия или пористость.

Кавитация также может возникнуть, когда воздух попадает в гидравлическую жидкость (явление, называемое аэрацией). По мере повышения давления (например, когда шток приближается к крышке в гидравлическом цилиндре) пузырьки взрываются. В гидравлических цилиндрах кавитация чаще всего возникает на стороне крышки поршня при быстром выдвижении, особенно при попытке остановить самобег нагрузки. Также это случается, когда шток направлен вниз и удерживает тяжелую нагрузку на растяжение. Некоторые эксперты считают, что это не «истинная» кавитация, но последствия те же.

Распознавание кавитации

Один из самых простых способов обнаружить кавитацию в гидравлическом цилиндре — по звуку: при имплозии пузырьков слышен характерный громкий треск или грохот. Также можно заметить пористость на поверхности пострадавших деталей; в случае гидравлических цилиндров она обнаруживается на поверхности штока и внутренней поверхности цилиндра.

Проблемы, вызванные кавитацией

Кавитация приводит к множеству проблем в гидравлической системе в целом и в гидравлических цилиндрах в частности. К ним относятся: ускоренный износ критических поверхностей, выход из строя уплотнений, генерация излишнего тепла, снижение качества гидравлического масла и проблемы со смазкой.

Ускоренный износ поверхностей

Одна из самых серьезных проблем — износ поверхностей, часто называемый пористостью. Нужно помнить, что паровые пузырьки имплодируют почти на молекулярном уровне, высвобождая огромную силу на ничтожно малой площади. Это создает чрезвычайно высокие напряжения — достаточно высокие, чтобы сдирать металл с поверхностей, прилегающих к пузырькам. Результат — сильно ускоренный износ в виде пористости и внутренне генерируемого загрязнения. Частицы металла, сдиранные с поверхности, остаются в системе и могут способствовать образованию еще большего числа кавитационных пузырьков.

Преждевременный выход из строя уплотнений

Также помните, что чистота поверхности — критический фактор во многих приложениях, особенно в гидравлических цилиндрах. При выборе уплотнения для гидравлического цилиндра чистота поверхности штока имеет решающее значение. Если шток испытывает пористость из-за кавитации, это приведет к преждевременному износу уплотнения. По мере износа уплотнения гидравлическая жидкость начинает утекать (снижая производительность), а загрязнения из окружающей среды (пыль, влага) проникают внутрь.

Избыточная генерация тепла

Имплозии пузырьков также приводят к высоким температурам, иногда достигающим 2800 °C (5000 °F). Кроме того, по мере повреждения поверхности трение при течении жидкости увеличивается. Это трение вызывает не только потери в системе и снижение КПД, но и нежелательную генерацию тепла. Именно поэтому чрезмерный нагрев также может служить надежным индикатором кавитации.

Снижение качества жидкости

Из-за высоких температур, возникающих при кавитации, гидравлическая жидкость с высокой вероятностью подвергается деградации (общему снижению качества). Чрезмерное тепло и высокие температуры заставляют жидкость стареть быстрее нормы, серьезно влияют на добавки и снижают вязкость жидкости.

Недостаток смазки

Наличие пузырьков в гидравлической жидкости также может вызывать недостаток смазки, что приводит к металлу-металлу контакту и преждевременному износу. Этот тип износа выглядит иначе, чем от имплозий кавитации: это абразивные следы, соответствующие движению металлических деталей, а не пористость.

Предотвращение кавитации

Один из способов предотвращения кавитации — контроль температуры. Если гидравлическая жидкость слишком вязка, падения давления становятся более проблематичными; увеличение вязкости может быть результатом работы жидкости при неидеальной температуре. Кроме того, высокие температуры в сочетании с низкими давлениями также могут вызывать кавитацию, поэтому необходимо следить, чтобы рабочая жидкость была максимально близка к идеальной рабочей температуре. В некоторых случаях это может быть так же просто, как утепление гидравлических труб от прямого солнечного света.

Потери на трубопроводах могут способствовать кавитации и возникают из-за таких проблем, как использование слишком большого количества фитингов, обрушение внутреннего слоя трубы или всасывающей линии, выдавливание прокладки в трубу, замена насоса на более мощный, чем требуется для системы, или накопление осадка на внутренней поверхности труб.

Другой способ предотвращения кавитации, особенно актуальный для гидравлических цилиндров — не допускать попадания воздуха в гидравлическую систему. Например, гидравлические системы и некоторые компоненты должны быть правильно откачаны после заправки (или перезаправки), чтобы удалить застрявший внутри воздух. При дозаправке жидкость должна вливать аккуратно, чтобы избежать брызг и перемешивания — оба этих фактора позволяют воздуху смешиваться с жидкостью. Кроме того, нерационально спроектированные баки могут нечаянно способствовать застреванию воздуха в гидравлической жидкости.

Наличие загрязняющих частиц в гидравлической жидкости может служить точкой зарождения кавитационных пузырьков, поэтому поддержание чистоты жидкости и системы от загрязнений — отличная отправная точка. Это включает своевременную замену гидравлических фильтров, фильтрацию любой жидкости, поступающей в систему, и устранение утечек как можно быстрее после их обнаружения.

Ремонт повреждений, вызванных кавитацией

Когда детали пострадали от кавитации, ремонт часто бесперспективен. Для деталей круглой геометрии, таких как штоки и цилиндры, пористость к моменту обнаружения часто настолько глубока, что шлифовка не помогает, так как штоки и цилиндры должны соответствовать очень строгим требованиям к чистоте поверхности и геометрическим допускам. Если повреждение не обнаружено на ранней стадии, разумнее заменить поврежденные компоненты. Для уплотнений, поврежденных вследствие кавитации, может быть достаточно заменить губку уплотнения.

Заключение

Кавитация наносит огромный ущерб: ускоренный износ поверхностей в виде пористости, преждевременный выход из строя уплотнений, генерация излишнего тепла, ухудшение качества гидравлической жидкости и недостаток смазки, ведущий к дополнительному износу. Лучший способ борьбы с кавитацией — профилактика, потому что после того как она разрушит поверхности оборудования (включая гидравлические цилиндры), ремонт может быть крайне сложным, если не невозможным. Профилактические меры часто включают базовые принципы обслуживания (например, удаление воздуха из системы, фильтрацию гидравлической жидкости). Как только гидравлические цилиндры начинают издавать трескущие звуки или нагреваться выше нормы — пора их проверять.

MAC Hydraulics

В MAC Hydraulics наша высококвалифицированная команда может обслуживать, диагностировать и ремонтировать гидравлические системы и компоненты, включая гидравлические цилиндры. Наши услуги по ремонту включают замену уплотнений, шлифовку штоков и расточку цилиндров — а также круглосуточную услугу по замене уплотнений с забором и доставкой. MAC Hydraulics может изготовить нестандартные цилиндры, трубы и штоки на наших передовых производственных мощностях и обслуживать оборудование любых марок из отраслей: строительство, переработка, производство, аренда, авиация и утилизация отходов. Если вы наблюдаете симптомы, указывающие на кавитацию, мы поможем найти причину и предотвратить повторение. Свяжитесь с MAC Hydraulics сегодня для решения всех ваших задач по гидравлическим цилиндрам!