液压系统中消除气穴的方法和装置

摘要

液压系统中消除气穴的方法及装置是基于液压油中气体、水分和易挥发物分离压与油的饱和蒸汽压相差很大这一特点，通过真空及适当加温办法将油中形成气穴的气体、易挥发物和水分迅速离出去，再利用容量变化办法对液压油加压使之达到所需的工作压力，然后让液压油在密封的液压系统中运行。根据上述方法而设计了本发明的一种装置，它包括密封式容器、脱气器和容量变化器三大部分。本发明是一种能完全消除液压系统中气穴现象的积极方法，其装置结构简单操作简便易于实施。

说明书

echnical-field id="technical-field001">

本发明涉及液压系统中消除气穴的方法和装置。

在液压系统中，流速和压力改变的部位是很多的。当某处的压力降至油液的气体分离压时就会产生气穴。

气穴发生后，随油流入较高压力区时破灭，破灭时产生局部的高压和高温。由于高温促使油液密度和粘度下降，并使油液发生氧化、酸化逐步变质，从而缩短油的使用寿命;同时对液压部件产生物理化学性点蚀。高压点不断打击部件的表面，使之产生疲劳性点蚀，二种点蚀总称为气穴腐蚀。这样长期下去使部件遭受损坏。

气穴的产生，还使液压系统产生振动和噪声，使系统的稳定性变坏，油缸的刚度、执行件的动作精度和油泵容积效率都下降，节流部位产生气穴阻塞和使系统的动态性能变坏等严重问题。

因此，气穴现象被从事液压研究、液压工业和应用领域中的人们所重视，但至今对气穴问题还没有获得令人满意的解决途径。

本发明以前，日本特许庭公开了一种液压装置（JP-A-58-119305），该装置是在油泵及系统运行过程当中除气，即动态除气。但是，当有效地除去油中溶解气体时，势必使油箱压力很低，这样油泵的工作条件就会严重恶化，甚至不能正常运行。若为了使油泵能正常运行，就必须使油箱压力升高，但是不能有效地消除油中气体。因此，该装置是没有实用价值的。

此外，在美国专利局授于Cullen的US-A-4，052，852专利中，其密封油箱中使用了皮囊。但在该发明中是向皮囊充气，使其涨大，用以提高油箱的压力，从而改善油泵的吸油能力，这与消除液压系统中气穴无关。

本发明的目的旨在提供一种能较完全地消除气穴的积极方法和有实用价值的装置。

本发明的要点是：利用了混合及溶解于油中的气体、水分和易挥发物的分离压与油的饱和蒸气压相差很大这一特点，通过容积变化方法和真空技术，将空气、水分和易挥发物迅速从油中分离出去的一种液压油预处理方法。由于排除了空气、水分和易挥发物，气穴就不会产生。由于本发明采用静态处理方法，不仅能确保将液压油中的空气、水分、易挥发物较完全地清除出去，而且能确保油泵入口的各种工作压力，因此具有很大的实用价值。根据这种方法，本发明设计了相应的液压油静态预处理装置，该装置主要包括：密封式容器、脱气器、容积变化器、温度控制器以及输入和输出液压油管路。

以下结合附图通过最佳实施例对本发明作进一步详细叙述：

附图1为本装置结构原理示意图。其中密封式容器即密封式油箱（1），顶部接出管路与真空截止阀（6）相接通，阀（6）与四通相接通，四通的其它三通道分别与真空截止阀（7）、（8）、（9）相接通。阀（7）与真空压力表（5）相接;阀（8）与真空泵（4）相接通;阀（9）与控制管路（图中虚线所示）相接至三通。三通的另一接口与截止阀（10）相接，阀（10）与气源（3）相接通，三通的其余一个通口与气囊（2）相接通。气囊外有限位罩（11）。图中：（1）为密封式容器即密封式油箱;真空泵（4）、真空压力表（5）、真空截止阀（6）、（7）、（8）和（9）共同组成脱气器;气囊（2）、气源（3）、截止阀（9）、（10）和限位罩（11）共同组成容积变化器;（14）为温度控制器。

密封式容器即密封式油箱（1），其上部内壁呈凸起形状或向上倾斜的其它形式，以便气体向顶部集中排出。气囊的要求如下：它不仅要求能胀大，而且要求能缩小;其大小能满足系统执行件对油量变化要求;其材料要富有弹性和耐油性;气囊的密封性能要好，不允许气囊中气体进入油中;气囊可以是袋形、多重折叠式袋或波纹管形。气囊可以是皮囊，也可以是橡皮膜、金属膜、金属波纹管、活塞和蓄能器等。限位罩（11）是为了保护气囊，以避免过分膨胀而损坏，同时能保证油顺利进出。油温控制器（14）能使油箱有合适的控制温度。（12）为泵回油管，（13）为泵（17）的供油管，若系统不能满足真空要求，则可在（12）、（13）处加置能满足真空要求的二通阀。（16）为加油口的截止阀。在主油泵（17）需加压强迫供油的情况下，若泵轴的密封不能耐受泵进口供油压力（这里指容器压力），则可据泵的泄漏油选用小型变量泵（15）强迫泄油。本装置要求有良好的密封性能。

容积变化器为本发明重要特征之一，须进一步说明：在油箱加油之前，使皮囊内有一定压力，例如和大气压大致相等，然后关闭阀（10）和（9），使气囊中有一定量的气体，经（16）加油并经（6）、（8）同时放气，一直加油至容器顶端，即除气囊外的整个油箱空间都充满油。然后关闭（6），打开阀（8）和（9），起动真空泵（4），气囊（2）中的气体被抽出而体积减小，这样使容器中油面下降，在顶部形成具有一定负压和一定真空度的空间，该负压要调整到适当的程度，以至于使得油中的气体、水分、易挥发物逸出到这个空间中，而液压油基本不挥发。接着打开阀（6），同时对皮囊和顶部空间抽真空，要适当调整和控制皮囊及顶部空间的压力，使作用于皮囊和顶部空间的抽真空力基本平衡，这样油面不会变化很大，即依然保持着顶部空间，而同时确保液压油不会被真空泵抽出。要抽到溶解于油中空气的分离压以下，并维持一定的时间，直至油中气体抽完为止。然后关闭阀（6）和（9），这时容器中压力很低，为了使油泵能正常工作，必须打开阀（10），使皮囊中分阶段地逐步重新充入气体，这样密封油箱就恢复了压力。若油泵需强迫供油，可启动泵（3）向皮囊充压，直至密封油箱中的压力符合油泵的工作压力为止。因此容积变化器起了减小体积确保抽真空和增大体积确保油泵工作压力的双重作用。这种静态除气方法，不仅能排除油中的气体、水分和易挥发物，并能保证抽尽气体后，油液压力符合油泵入口任意的工作压力。

抽真空的范围一般在700毫米汞柱至油的饱和蒸汽压（常温下约为10^-3至10^-4毫米汞柱）之间，而空气在液压油中的分离压一般在50毫米汞柱左右，因此，最佳真空度可选择在50毫米汞柱至10^-1毫米汞柱之间。

为了确保液压油在最佳真空度时消除气穴的良好效果，可采取阀〔10〕逐步打开缓慢充气的方法。此时可重新打开阀〔6〕，对密封容器顶部空间中残留的微量气体、水分和易挥发物继续通过真空泵抽取，使它们不会随着容器内压力逐步恢复的同时重新溶解到液压油之中。但要注意油面的高度，当油面到达顶部以前及时关闭阀〔6〕，以避免把液压油抽入真空泵系统之中。

本发明装置的通用性和经济性还表现在可将本装置在供油管（13）处断开，分离成一个独立的可移动的液压油的预处理装置，但必须对一般液压系统及本装置作如下的改变：

1.一般液压系统必须密封。并在油箱中加进可充气的气囊。因为系统中供油量发生变化时，油箱将发生压力变化（系统供油多时密封油箱将产生负压），有了气囊和气源就能保证系统供油变化和油泵的工作压力。

2.在供油管（13）处加上一个小型供油泵。泵进油口连通本装置的油箱;泵出油口装有符合抽真空要求的节流阀，节流阀出口装有与系统对接的接头。

3.这时装置可做为自由移动式，能满足前面所述的各个液压系统用油分别进行预处理的要求。

4.这时本装置还可与各种滤油器或其它种类净油装置相组合，构成各种类型的液压油净化及消除气穴的予处理组合装置，以满足各种精度液压系统的需要。

本装置的操作方法和过程如下：

1.加油过程：

在气囊（2）中的压力与大气压大致相等的条件下，关闭阀（9）和（10）。然后打开加油口截止阀（16），使油箱即密封容器（1）加满油;同时起动主油泵（17）和变量泵（15），使整个系统（18）充满油;停泵（15）和（17），再如上所述将油箱（1）加满油，直至封头顶端。

2.脱气体、水分和易挥发物过程：

关闭阀（10）和（16），打开阀（6）、（7）、（8）和（9），起动真空泵（4），使真空压力表（5）的真空度在50毫米汞柱至油的饱和蒸汽压之间（根据不同介质视需要而定），适当延长一段时间后，再关闭阀（8）和（9），停真空泵（4），若油的粘度较高，在抽真空的同时，利用油温控制器（14），适当加温，使气体、水分和易挥发物迅速逸出。

3.容积变化过程：

打开阀（10）使气囊（2）充气，让油箱内恢复压力和增加压力，直至压力表（5）的压力指示符合主油泵（17）所需供油压力为止。对油泵（17）入口只需大气压供油的情况，压力表（5）指示压力应比一个大气压稍高0.2至0.1个大气压，以确保气囊（2）动作灵敏，同时防止空气进入系统内。

4.给系统换成已排除气体、水分和易挥发物的油的过程：

起动主油泵（17），使系统（18）中的油换成已排除气体、水分和易挥发物的油。系统（18）中的油由回油管（12）返回油箱（1）重复上述的2到4的过程，使整个系统中的油达到无气体、水分和易挥发物要求时为止。然后让无气体、水分和易挥发物的油在密封的系统中运行。

本发明可以消除液压系统中液压油的气穴，甚至油中空气量可以达到1%以下，并可消除油箱泡沫，因而可消除气穴腐蚀，延长整个液压系统的寿命和液压油寿命。可以提高泵的容积效率，提高油泵的特征值Cp的极限值〔Cp＝N·D＝n·g1/3，其中N为转速（转/分），D为特征尺寸，g为泵排量（厘米³/转）〕，因而可突破油泵的极限转速和泵量，为油泵高转速、大流量、微型化提供了前提。还可以进一步提高油缸的刚性和动作精确性。以及控制阀门的稳定性和精确性。改善各执行元件的动作精确性和可靠性。可降低噪声、振动、使系统工作稳定，动态性能更好，防止节流孔道气穴阻塞，放宽对节流孔道前后压力比的设计限制，从而达到高速化。如对精密镜面平面磨床而言，爬行问题至今未能解决，而导轨的爬行除了导轨磨擦力变化外，另一种主要原因是油缸内油的气穴引起液压油刚性变化的结果。气穴的噪声及气穴引起的微小振动使磨床稳定性不理想，因此，气穴问题的解决使精密磨床的加工精度得到进一步提高。

本发明的油箱可作增压油箱用，这不仅对油泵供油有利，而且可使油泵转速和效率提高。在油泵需强迫供油的情况下，可省去强迫供油泵，因而可简化设备、降低成本。另外油箱要求密封，这样可防止外界对油的污染。

本发明的方法及其装置除了要求系统有良好的密封外，没有难于办到的要求。设备简单，成本低廉，操作简便，易于实施。

本发明对能满足密封要求的液压系统不必作很多改动，只要将原有的油箱改换成本装置即可，因而它不仅适用新设计制造的液压系统，而且适用于已经在使用中的液压系统的改进。