浅谈纯水液压传动
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作者: 聂志华
[摘要]论述了纯水液压传动的定义，优缺点，必须解决的关键技术及国内外对纯水液压技术的研究情况。
[关键词]纯水 液压传动 关键技术
随着科学技术的进步和人类环保能源危机意识的不断提高，人们重新认识和研究历史上以纯水作为工作介质的纯水液压传动技术，并在理论上和应用研究上，都得到了持续稳定的复苏和发展，正在逐渐成为现代液压传动技术中的热点技术和新的发展方向之一；由于纯水来源广泛，无污染，阻燃性好等优点，在我国积极开展纯水液压传动的研究与开发，对节约能源，保护环境，可持续发展及开发绿色液压产品，具有十分重要的意义。
1 纯水液压传动的特点
1.1纯水液压传动的优点。(1)纯水价格低廉，资源丰富。特别是对大型液压系统来说，可以节省大量燃油，经济效益可观；(2)阻燃性能好，安全性高，拓宽了液压系统的应用领域，特别是在高温明火场合更显示出其优越性；(3)纯水压缩系数小，可以补偿一部分由于泄露增加而造成的容积损失，使得控制系统的执行器精度更高；(4)环保性好，工作时的泄露不会产生污染；(5)在水下作业时，可以省去回油管道、水箱等，使系统简化；(6)维修方便，工作介质中的杂质易处理。
1.2纯水液压传动的主要缺点。(1)纯水粘度低，仅为液压油的1／40～1／50，能加大密封间隙中的流体流速，易对较软金属产生拉丝腐蚀，使泄露加剧，对于水压泵来说，可使其容积效率降低。(2)系统润滑性差。纯水产生的润滑密度只有矿物基油的1／3～1／20，使磨损加剧，泵的寿命缩短；(3)纯水具有较强的腐蚀性，容易使材料表面脆弱化，强烈的磨损会剥落受损的表面组织，加速表面磨损；且水中的微生物、PH值及硬度也会对系统和元件产生影响。(4)纯水的饱和气化压力比矿物基液压油高出很多倍，随着温度升高，气化压力上升很快，且随着压力的升高水中的杂质如氯化物等会使材料表面产生物理和化学反应，泵、阀等元件极易产生气蚀现象。(5)系统运行温度范围窄。(6)水的密度比油大10％，弹性模量比油大50％，水中声速比油大10％，易产生冲击、振动及噪音。总的说来，纯水液压传动的优点远大于缺点。随着现代科学技术的发展和研究的深入，这些缺点一定能得到克服。
2 纯水液压传动的关键技术
由于水的理化性能不同于矿物油，原有油压元件完全不能用于水。为了研制与水相适应的液压元件必须解决下列关键技术问题：(1)腐蚀及腐蚀磨损问题。由于水有锈蚀作用，所有材料必须具有良好的抗蚀性。此外，纯水液压元件的一些摩擦副，如轴向柱塞泵的柱塞与缸体，缸体与配流盘等，其工作条件十分恶劣，均承受很大的交变载荷，由于水的粘度低，摩擦副中很难形成边界润滑，常产生干摩擦，所以在水压系统中，可以使用不锈钢、铝合金和铜合金等材料来提高抗蚀性能，但要注意防止缝隙腐蚀和点蚀。在水中滴加酸离子和碱离子是一种有效途径。(2)气蚀问题。当液体的压力低于相应温度下液体的饱和蒸气压或气体分离压时，液体将会沸腾并产生大量蒸汽泡，或者液体中溶解的气体从液体中分离出来产生大量的气泡，当这些蒸汽饱和气泡和气泡进入高压区凝结并溃灭时，局部产生的瞬间爆炸压力会造成过流表面的破坏，并导致元件和系统的性能降低，噪声升高，这就是气蚀现象。气蚀多发生在泵的入口处和阀的节流口处，为此，一般通过采用限制系统温度以降低介质中的气体溶解度来减小气蚀破坏。另外，增加泵的入口压力，减少阀口的流速，来避免和减小对泵和阀的气蚀破坏。(3)设计理论问题。由于纯水的理化特性比较特殊，传统油压元件、系统的设计理论和方法不完全适用于纯水液压系统，如水压元件中摩擦副的润滑设计理论、方法将有别于油压元件。陶瓷、高分子材料等零件的强度及可靠性设计理论、方法与金属材料也截然不同，因此，必须通过深入细致的理论和实验研究，来建立一套完整的纯水液压传动的设计理论和方法。
3 纯水液压传动技术的国内外研究概况
在国内，纯水液压传动的研究尚处于起步阶段。华中科技大学从80年代初开始的高水基液液压传动重点科技攻关项目的研究，90年代以来展开了海水液压传动的研究，并于1992年成功研制了单柱塞式海水液压泵样机。近几年，华中科技大学已研制出压力为3，5MPa的轴向柱塞式海水泵，并研制了海水泵性能试验台，现已研制出14MPa的溢流阀和节流阀。中国地质大学在水压元件及水射流冲击器上也有一定的研究美国威格士(Vickers)公J.P.Ryanz，在1967年首次发表了有关海水泵工程材料的研究报告以来，国外的许多科研机构和企业已经开发研制出一系列纯水泵和阀，现在基本已经达到了14～21MPa的中高压水平。以下是各国的研究进展简介：英国的Fenner公司在1988年成功开发了功率压力14MPa的海水柱塞泵和10MPa的海水柱塞马达，90年代，英国的Hull大学继续改进水压柱塞泵，应用到海底泊井的液压控制系统中；美国已研制出海水液压传动水下作业工具系统，作为海军在水下工程中使用，目前，美国有多家公司专门从事水压元件的开发；日本的小松研究所在1991年成功研制了压力为21MPa的海水伺服阀，其流量为4.5L／rain，频宽200Hz；德国的Hauhinco公司也研制出了21MPa的淡水柱塞泵以及陶瓷阀芯的水压滑阀；芬兰的Tam.pete工业大学液压研究所和Hytar公司合作开发了轴向海水柱塞泵和马达；丹麦理工大学和Danfoss公司合作研制了Nes-sie系列轴向柱塞泵。
4 结束语
纯水液压传动技术虽然存在着一些不足，如其元件和系统性能与油压元件和系统相比还有差距，且价格相当昂贵。但是，材料科学的迅速发展和机械加工工艺水平的提高，为研发高性能的水压元件和系统奠定了坚实的基础。因水压传动在清洁污染，安全抗燃等方面有其独特的优点，现已成为现代液压传动技术的前沿方向之一，是整个液压行业新的增长点。在目前能源和环境问题日益突出的情况下，进一步研究和开发利用纯水液压传动技术，对我国国民经济可持续发展具有重要的战略意义。
参考文献：
[1]王益群，曹栋璞，郎静．纯水液压传动及其原理[J]．机床与
液压，2003，(1)．
[2]范明豪，周华，杨华勇．纯水液压传动及高压高效细水雾灭
火系统研究[J]．机床与液压，2001，(5)．
[3]周华，贺小峰，李状云．海水液压传动技术的研究与应用
[J]．液压与气动，1995，(3)．
[4]曹桐．水基液在液压系统中的应用前景[J]．液压气动与密
封，1993，(2)．
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