液压系统中的压力峰值:对传感器和其他设备的危害

液压系统中的压力峰值:对传感器和其他设备的危害

几乎所有的气体和充满液体的管道都会产生压力峰值。在几毫秒内产生的压力会超过所使用压力传感器的过载压力并损坏它们。

压力峰值,或在短时间内存在的非常高的压力,通常只有在损害已经完成时才会被注意到。它们是压力激增的结果,同时也是液体或气体流经管道时发生的物理现象(气穴现象,狄狄塞尔效应) 。由于具有较高的压缩性,压力峰值在气体中不是那么重要。因此也不那么突出它的危险性。

在有关水管的描述中,经常会提到“水锤现象”。有了 这些条件,液体的动态压力最终被显示出来。举例来说,当一个阀门被快速关闭时,水流会瞬间停止。从而引起压力波,它通过介质向流体的方向以声速流动,然后再反射回来。在几毫秒内,急剧的压力增加会对压力传感器和其他设备造成损害(对管件,管箍,泵等的损害)。然而首当其冲收到影响的是测量仪器,我们将集中在以下方面。这些损害表现为微小的裂隙或变形(详见Fig 1 和2)。

Figure 1: 压力峰值造成的“裂隙”
Figure 2: 压力峰值造成的变形

如果施加在压力传感器上的压力超出了它的 exceeds the 过载压力, 会对传感器造成永久损害。有两种可能的情况:虽然听起来很矛盾,但由于压力峰值而造成的测量仪器的彻底毁坏是最温和的结果。毕竟用户会立刻注意到这里的损坏。如果传感器仅仅是由于压力峰值而变形,它将继续工作,但只提供不准确的测量数据。因此造成的经济损失会比完全损坏传感器要大得多。

如何避免压力峰值造成的损害

防止压力峰造成损害的最好方法在于脉动阻尼器或阻压的集成上。其他的方法,诸如阀门的使用,结果不尽如人意,因为它们对压力峰值的反应太慢,而压力峰值会出现在在仅仅几毫秒内。

阻压的目的是为了降低压力峰值使得它们不再超过压力传感器的过载压力然后损坏它们。基于此,阻压器安装在传感器芯体前面的压力管道里。因为他们必须首先经过阻压本身,所以压力峰值不会再直接接触到膜。

Figure 3: 带阻压的压力通道

 由于能够更好的避免压力峰值造成的损坏,阻压的使用仍是最好的选择。然而这种改变也有它的弊端。由于钙化和沉积物,它会导致压力管道的拥堵,尤其是在固体和悬浮物介质中。这会导致测量信号的减慢。如阻气门在与此相关的应用中使用,那么需做定期的维护。

压力峰值的保护可以通过更高的超压阻力来实现而不是标准压力。这是否可取取决于具体的应用:如果需要高精度度的读数,在某些情况下,相对于测量范围,这些测量值就无法达到很高的超压阻值。

液压系统中狄塞尔效应的后果:物资损害

液压系统中狄塞尔效应的后果:物资损害

顾名思义,狄塞尔效应指的是柴油机内的燃烧过程。但同样会产生在液压系统里。除了压力峰值,也会造成石油老化,产生残留物和密封的破坏。

狄塞尔效应是穴蚀现象的后果。因此,我们将首先考虑液压系统中穴蚀现象的形成条件,然后再转向狄塞尔效应本身。

液压系统中的穴蚀现象

根据气体,温度,液体和压力的不同,溶于油液中析出的气体在油液中形成‘空穴”。当油受到一定的压力或是剪切运动时就会发生这种现象。在实际操作中,这种情况发生在吸入管道、泵内部空间、横截面狭窄以及在液压系统中脉冲的出现。柴油机湿式缸套外壁与冷却液接触的表面被破坏成一些针状的孔洞,这些孔洞逐渐扩大、加深,最后形成深孔或裂纹。

狄塞尔效应

如果穴蚀现象产生的气泡也含有油粒子,就会受到高压的影响,那么这些气泡会发生剧烈的温度上升由此导致狄塞尔效应,也就是液压系统中的燃烧,而这个燃烧过程发生在几毫秒内。

穴蚀现象和狄塞尔效应的后果

穴蚀会产生各种各样的负面影响,包括:泵壳体和安全阀的物资损坏,密封元件的磨损如O型圈,改变流动特性,由于填充损失而降低泵和齿轮的功能,噪音,压力峰值超过系统压力造成的压力波动和狄塞尔效应以油气老化的形式燃烧残渣破坏密封。

穴蚀和狄塞尔效应的后果并不总是显而易见的。它们通常在已经太晚并需要修复液压系统的时候才会注意到。作为穴蚀和狄塞尔效应的后果,压力峰值也会损坏安装在系统里的压力传感器系统中的压力激增也会穿透压力传感器的膜片 (阅读更多)。

鉴于穴蚀和狄塞尔效应的严重后果,必须采取适当的措施来避免这些现象。这包括吸入室足够的填充和减少液压冲击,以及避免锐器,减弱振动。