A mai nagynyomású hidraulikus rendszerek gyártási tűrései szigorú ellenőrzést igényelnek a rendszer szennyeződései felett. A gyártási és összeszerelési folyamat során a rendszerbe kerülést az üzembe helyezés előtt el kell távolítani, hogy a megfelelő és kiszámítható teljesítmény biztosítható legyen annak élettartama alatt.

A mai nagynyomású hidraulikus rendszerek gyártási tűrései szigorú ellenőrzést igényelnek a rendszer szennyeződései felett. A gyártási és összeszerelési folyamat során a rendszerbe kerülést az üzembe helyezés előtt el kell távolítani, hogy a megfelelő és kiszámítható teljesítmény biztosítható legyen annak élettartama alatt.

Az indítás előtt meg kell tisztítani az új és az újjáépített rendszereket. A mosás vagy az „öblítés” fogalma abból áll, hogy a szennyező részecskéket felszabadítják és eltávolítják a rendszerből, és nagy sebességgel folyadékot kényszerítenek rá. Elméletileg a vezetők belső falainak ugyanolyan tisztaságúnak kell lenniük, mint a bevezetendő olaj. Később, a működés során a rendszer csak belső úton keletkezett vagy kívülről behozott szennyeződést fog tapasztalni, amely a hagyományos szűréssel szabályozható.

Az öblítési folyamatok hátránya, hogy ezek a folyadék tisztítására szolgáló eljárásokon alapulnak, de figyelmen kívül hagyják a rendszer belső tisztítását. Még akkor is, ha a csöveket és a vezetékeket nagy gondossággal, vizuális szinten telepítik, az emberi szem csak 40 mikronnál nagyobb részecskéket lát - jóval alacsonyabb alatt, mint amit a hidraulikai technológia legalapvetőbb rendszere is megkövetel.

Mekkora legyen a sebesség?

Az öblítési folyamat kritikus változója, amely meghatározza, hogy megkapjuk-e a kívánt tisztaságot, a folyadék sebessége. A hagyományos módszerek általában a következő módszerek egyikével állapítják meg:

  • Ez olyan, hogy elérjük a Reynolds-számot (NR), amely legalább 3000, vagy,
  • A tervnek megfelelően el kell érnie vagy meg kell haladnia a rendszer működési sebességét normál körülmények között.

A tapasztalatok szerint a feltüntetett sebességek egyike sem elegendő a vezetékek megfelelő tisztításának biztosításához. Ha elemezzük a folyadékok dinamikáját, meglátjuk, miért.

tisztítási
1. ábra: a kísérlet egyszerűsített vázlata, amelyet Reynolds használt az áramlás három típusának tanulmányozására és meghatározására.

A Reynolds-szám egy dimenzió nélküli szám, amelyet más tényezőkkel együtt használnak az áramlás osztályozására laminárisként, turbulensként vagy valahol a kettő között (lásd 1. ábra). Értéke a folyadék viszkozitásától, sebességétől és a cső vagy vezető belső átmérőjétől függ. Az áramlás akkor tekinthető laminárisnak, ha a Reynolds-szám kevesebb, mint 2000, ami párhuzamos pályás vonalakkal rendelkező szervezett áramlást jelent. Ha a Reynolds-szám meghaladja a 3000-et, akkor az áramlást turbulensnek tekintik, ami azt a körülményt definiálja, amelyben az áramlási vonalak rendet veszítenek. Ha a szám 2000 és 3000 között van, az áramlás átmeneti.

A turbulens áramlás eléréséhez szükséges sebesség a hidraulikafolyadék-vezetők sebességi irányelveiben ajánlott tartományon belül van. A következő egyenlet megerősíti az állítást:

Ahol V a sebesség láb/másodpercben,

D a vezető belső átmérője lábban, és

v a kinematikai viszkozitás négyzetláb/másodpercben.

Két példa

Tegyük fel, hogy a Reynolds-szám 3000, hogy a vezető egy 1 hüvelykes cső, amelynek falvastagsága 0,049 hüvelyk, és hogy a kinematikai viszkozitás 1,288 x 10-4 négyzetláb/másodperc. A folyadék sebessége ekkor 5,14 láb/másodperc lenne, ami ebben az esetben 10,24 gpm áramlási sebességnek felel meg.

A tipikus hidraulikafolyadék viszkozitását és ennélfogva a Reynolds-számot a hőmérséklet és a nyomás befolyásolja. Tehát minél forróbb az olaj, annál magasabb a Reynolds-szám ugyanahhoz a sebességhez és nyomáshoz. Minél nagyobb a nyomás, annál alacsonyabb a Reynolds-szám egy azonos sebességű és hőmérsékletű folyadék számára. Ezért pusztán annak megadása, hogy a Reynolds-szám legyen 3000, nem jelent szigorú követelményt, hanem a rendszer normál működési sebességtartományán belül van. Definíció szerint turbulens áramlás jött létre, mivel az áramlási vonalak már nem párhuzamosak, de még nincs elegendő folyadékmozgás a vezetők belső falainak hatékony tisztításához.

Még a maximális sebességnél és a hidraulikus vezetők Reynolds-számánál is az áramlás nem elég turbulens ahhoz, hogy nagymértékben befolyásolja a fal szennyeződését. A határrétegben a belső felületekkel érintkező folyadék zavartalan marad.

A normál sebességi viszonyok közötti áramlás Reynolds-számát az első példában szereplő azonos vezetőmérettel és kinematikai viszkozitással lehet kiszámítani, de a sebességet 20 láb/másodpercre növeljük. A sebesség növekedése 11 671 Reynolds-számot ad, ami 39,8 gpm áramlási sebességnek felel meg.

2. ábra: Módosított Moody-diagram, amely bemutatja az f súrlódási tényező, a Reynolds NR-szám és az e felületi érdesség közötti kapcsolatot.

A Reynolds-szám növekedésével az áramlási viszonyok lamináris, átmeneti és turbulens állapotoktól változnak. Miután meghaladja a 3000-et, az áramlási ellenállás a turbulencia és a viszkozitás fékezésének a vezetőfalakra gyakorolt ​​hatása (a régió, ahol ez bekövetkezik, viszkózus alátétnek nevezik). Van egy átmeneti zóna a turbulens áramlási tartomány között, ahol az áramlási ellenállás változik, főleg a turbulencia hatásai, és a vezető belső falának érdessége befolyásolja.

Ezt mutatja a 2. ábra Moody-diagramja, amely grafikusan szemlélteti a kapcsolatot a Reynolds-szám, a súrlódási tényező és a vezető belső falának érdessége között. Az áramlási ellenállást csak akkor befolyásolja az érdesség, ha a Reynolds-szám meghaladja a 4000-et. Ezért az ellenállás legnagyobb részét a turbulencia hatásai hozzák létre, amíg el nem érik ezt a pontot.

Felületi érdesség

Hidegen hengerelt csövek esetében az átlagos felületi érdesség, e, 0,000005 láb. Ha a vezető azonos 1 hüvelykes, 0,049 hüvelykes falvastagsággal, akkor a falvastagság és az e/D átmérő aránya 0,000067. A Moody-diagram azt mutatja, hogy a Reynolds-számnak legalább 25 000-nek kell lennie ahhoz, hogy a belső felület kitegye az áramlási ellenállását. A belső falak tisztításának biztosítása érdekében a Reynolds-számnak nagyobbnak kell lennie, mint 25 000. Ahhoz, hogy az áramlás teljesen a turbulencia kritikus zónájában legyen, a Reynolds-számnak nagyobbnak kell lennie, mint 3,25 x 107. 1288 x 10-4 négyzetláb/másodperc (az első példánál megegyező kinematikai viszkozitás) felhasználásával a 25 000 Reynolds-szám megfelel 42,8 láb/másodperc folyadéksebességnek vagy 85 gpm-es áramlási sebességnek - még mindig könnyen elérhető a hagyományos szivattyúkkal hidraulika.

Valós élet rendszerek

Azt gondolhatnánk, hogy ha egy vezeték falát nem befolyásolja a normál sebesség, akkor kicsi a valószínűsége annak, hogy a beragadt szennyeződések meglazulnak és bejutnak a folyadékba. Noha ez részben helytálló, csak viszonylag sima vezetőkre vonatkozik, egyenes vonalban, stabil áramlási és nyomási körülmények között, vagyis ideális körülmények között. Természetesen nem reprezentatív a való életben, amelyek egyenes, ívelt meneteket és számos olyan csatlakozót kombinálnak, amelyekben az áramlási minta csak empirikusan kiszámítható, és ahol gyakoriak a nyomásingadozások és a tüskék.

A rendszerszolgáltatás súlyosságától függően a nyomástüskék felszabadítják a vezető falaiban és a csatlakozók között beszorult szennyeződéseket. A kritikus rendszerekben 3–25 mikronos részecskék nagyban befolyásolhatják a rendszer teljesítményét. Az egyetlen módszer annak garantálására, hogy ezek a szennyeződések ne befolyásolják a rendszert, az lenne, ha minden egyes alkatrészt szűrővel védenének, amelynek ára megfizethetetlen lenne. Annak ellenére, hogy a vezetők öblítése a rendszer normál működése során előforduló sebességgel lehetővé tenné számunkra a Reynolds 3000-nél nagyobb számok elérését, lehetséges, hogy a vezetők belső falait nem tisztítják hatékonyan.

'Öblítés' nagy sebességgel és nyomással

Az olyan áramlási sebességek, amelyek 25 000-nél nagyobb Reynolds-számot eredményeznek, lehetővé teszik, hogy a vezetőfalak teljes mértékben ki legyenek téve turbulens áramlásnak. Mivel a rendszerek csövekből, tömlőkből, szerelvényekből és szerelvényekből állnak, a 100% -os tisztaság biztosításához szükséges pontos szám megadása nehéz. A legjobb, amit tehetünk, hogy a Reynolds-számot maximalizáló feltételeket állítsuk be, ami a lehető legnagyobb sebességgel és a legkisebb viszkozitással történik. A korlátozó tényezők a vezető maximális nyomása és a felhasznált folyadék maximális hőmérséklete.

A biztonságos tisztítási folyamat megköveteli a működtető egységek megkerülését, így az egyetlen ellenállás az áramlás ellen a vezetékeken és csatlakozókon keresztüli nyomásesés. Amikor az áramlás turbulenssé válik, a nyomásesés egyenesen arányos a sebesség négyzetével. A maximumhoz való viszony extrapolálásával azt kapjuk, hogy a maximális lehetséges fordulatszám akkor következik be, amikor a vezetőben a nyomásesés megegyezik a számára elfogadható legnagyobb nyomással. Az áramlás és a nyomás ezen szintjén történő öblítésnek az az előnye, hogy kitágítja és összehúzza a vezetőket és csatlakozókat, miközben erősen turbulens áramlást indukál. Ez természetesen optimalizálja a tisztítási műveletet.

A nyomásesés és a megengedett legnagyobb megegyezésével kiszámíthatjuk a Reynolds-számot és a lehető legnagyobb sebességet. A folyadék hőmérséklete közvetlenül befolyásolja annak viszkozitását, amely a másik változó, amely befolyásolja a Reynolds-számot. A tisztító nyomás szintén befolyásolja a viszkozitást, de nehéz számszerűsíteni, mert a vezetőben változik a szivattyúforrás kimeneténél levő maximumtól kezdve a kimeneten lévő légköri értékig.

A turbulencia zónában a nyomásesés kiszámításához használt egyenlet:

hl = nyomásesés,
f = súrlódási tényező a Moody-diagram alapján,

L = vezető hossza lábban,
V = folyadék sebessége és
D = a vezető belső átmérője hüvelykben.

Ez az egyenlet kiszámítja a maximális sebességet és Reynolds-számot, amelyet egy adott maximális tisztítási nyomáshoz el lehet érni.

A súrlódási tényező csövekben történő áramlásának meghatározásához iterációkra van szükség a Moody diagram segítségével. Tekintettel a vezető korlátozó nyomására, belső átmérőjére és relatív érdességére, egy súrlódási tényező feltételezhető a folyadék sebességének későbbi kiszámításához. Ezután kiszámolható a Reynolds-szám, és a Moody-diagram alapján meghatározható egy új súrlódási tényező. Ismételje meg az iterációt, amíg a súrlódási tényező össze nem áll.

Az ábrán látható táblázat olyan sebességeket és Reynolds-számokat tartalmaz, amelyeket a Sch 80 cső 200 lábára számítottak, a kovácsoltvas csövek maximális megengedett nyomását és 0,00015 láb felületi érdességet használva. A számítások leértékelik az általában használt különféle csatlakozók által generált nyomásesést, ezért a sebesség és a Reynolds értékek magasak. Fontos figyelembe venni azt is, hogy az alacsony viszkozitású vagy magas hőmérsékleten történő öblítéssel ellátott speciális folyadékok a felhasznált folyadék viszkozitásának csökkentése érdekében növelhetik a Reynolds-számot.

A maximális öblítési sebesség és a maximális áramlás meghatározott értékei azt jelzik, hogy egyes körülmények - főleg ¾ hüvelyk alatti belső átmérőjű vonalakban - kielégíthetők hagyományos, megfelelő kapacitású nagynyomású szivattyúkkal, bár nehéz lehet nyomást kiváltani a szennyező anyagok felszabadításához szükséges ingadozások. Hosszabb csövekkel rendelkező rendszerekben speciális módszereket kell alkalmazni a megfelelő tisztításhoz szükséges nyomások, sebességek és Reynolds-számok elérésére.