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隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液壓傳動(dòng)領(lǐng)域向著成本低、體積小、壽命長(zhǎng)、自動(dòng)化程度

高、可靠性好等方向發(fā)展已成為一種必然趨勢(shì)。為此而展開的研究課題很多，作者就油中氣泡的形成

、危害及去除技術(shù)等有關(guān)問題作一簡(jiǎn)要敘述。

1、油中氣泡的來(lái)源及其對(duì)系統(tǒng)的危害
（1）氣泡的來(lái)源
液壓油在生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)以及系統(tǒng)在大氣壓力下工作，因此油液中含有空氣是不可避免的。往往把

油中空氣稱之為摻混空氣，摻混空氣是以直徑很小的球狀氣泡懸浮于油中，摻混空氣的生成有兩條途

徑：
①主要是通過油箱和泵的吸入管摻混入油內(nèi)，如油箱油面太低，泵吸入管口半露于油面或淹深

很淺時(shí)，均可將空氣吸入；若泵的進(jìn)油管路漏氣，則大量的空氣會(huì)被吸入；再如系統(tǒng)回油管口高于油

箱油面時(shí)，高速噴射的系統(tǒng)回油卷帶著空氣進(jìn)入油中，又再度經(jīng)油泵帶入系統(tǒng)。
②實(shí)踐雖然證明溶解于油液中的空氣，對(duì)油的物理性質(zhì)沒有什么直接的影響。但溶解了一定數(shù)

量的空氣處于飽和狀態(tài)的油液，流經(jīng)節(jié)流口或泵入口段，當(dāng)壓力下降到油液的空氣分離壓時(shí)，油

中過飽和的空氣就會(huì)被析出，使本來(lái)溶解于油中的微細(xì)氣泡聚集成較大的氣泡出現(xiàn)在系統(tǒng)中。
（2）對(duì)系統(tǒng)的危害
從經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)工作質(zhì)量的角度來(lái)看，油中氣泡對(duì)系統(tǒng)的危害是相當(dāng)大的，主要有以下幾個(gè)方

面：
①系統(tǒng)工作不良。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，油液是動(dòng)力的傳遞介質(zhì)，在沒有空氣混入的場(chǎng)合下，其

壓縮率約為（5～7）×10-10m3/N，也就是壓力增加10MPa時(shí)，容積僅被壓縮減少為0.625％。因此，在

一般的液壓系統(tǒng)中可以認(rèn)為油是非壓縮性流體，而不考慮其壓縮性。一旦油中混入空氣，其壓縮率便

會(huì)大幅度增加，油液本身具有相當(dāng)高的剛度或是大的體積彈性系數(shù)（壓縮率的倒數(shù)）則大大減低，嚴(yán)

重地危害著系統(tǒng)的工作可靠性，如自動(dòng)控制失靈、工作機(jī)構(gòu)產(chǎn)生間歇運(yùn)動(dòng)、被加工件的廢品率增大等

。由于氣泡引起的裝置誤動(dòng)作還會(huì)發(fā)生機(jī)械及人身事故。
②油溫升高。氣泡如在泵等的瞬間壓縮之后，其溫度會(huì)急劇升高。如果氣體不溶解于油中，其

絕熱壓縮的溫升近似值是不難計(jì)算的，例如，將35℃的氣泡加壓至3.5MPa時(shí)，其溫升可達(dá)到580℃。氣

泡在達(dá)到高溫之后，其周圍的油便會(huì)產(chǎn)生燃燒，成為系統(tǒng)油溫驟然升高的主要原因。然而空氣是難以

導(dǎo)熱的，油中存有氣泡時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)大大減低，嚴(yán)重地影響著油的冷卻效果。油溫升高帶來(lái)的不良

后果有以下幾個(gè)主要方面：
a.加速油的氧化。油溫的升高是促進(jìn)油液氧化的主要原因。根據(jù)氧化的機(jī)理可知，油溫在60℃

以上時(shí)每升高10℃，其氧化速度成倍遞增。氧化后的油液通常都會(huì)使粘度增加并生成酸性化合物，引

起系統(tǒng)中金屬件的腐蝕現(xiàn)象。并且氧化物的化學(xué)性質(zhì)一般比熱解作用的產(chǎn)物更為活潑，所以更容易產(chǎn)

生渣泥，連同鐵銹、金屬屑等機(jī)械雜質(zhì)又作為氧化過程的催化劑，使油液加速氧化。一般希望油溫能

在90℃以下，使其具有好的化學(xué)穩(wěn)定性。
b.油的潤(rùn)滑性能下降。性能良好的油液能在金屬摩擦表面形成牢固的油膜。油膜的強(qiáng)度和厚度

主要取決于油液的質(zhì)量。
變質(zhì)后的油液其油膜強(qiáng)度不足以承受工作負(fù)載的壓力，致使金屬表面互相接觸，從而導(dǎo)致磨擦力急劇

增加，加速零件的磨損，所以說油液的潤(rùn)滑性對(duì)于液壓裝置具有重要意義。
c.加速密封件老化。液壓系統(tǒng)中采用的密封件均由不同化學(xué)成分的材料制成各種形式的密封圈

、墊，不但要求與油液有好的相容性，而且還要要求有適當(dāng)?shù)墓ぷ饔蜏兀缬蜏爻^密封件的正常耐

熱溫度，便會(huì)使其加速老化，失去應(yīng)有的彈性，而導(dǎo)致過早地喪失密封性能。
③導(dǎo)致氣蝕的發(fā)生。油中氣泡被油液帶到高壓區(qū)時(shí)，體積急劇縮小，氣泡又重新凝聚為液體，

使局部區(qū)域形成真空，周圍液體質(zhì)點(diǎn)以高速來(lái)*這一空間，質(zhì)點(diǎn)互相碰撞而產(chǎn)生局部高壓，形成液

壓沖擊，使局部壓力升高可達(dá)數(shù)百甚至上千個(gè)大氣壓力。如果這個(gè)局部液壓沖擊作用在固體壁面上，

可引起固體壁面的剝蝕，稱之為氣蝕現(xiàn)象，它對(duì)系統(tǒng)的危害性很大。
油中氣泡還能起系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲的增加以及泵的容積效率減低等不良影響。

2、傳統(tǒng)氣泡去除方法的剖析
人們對(duì)氣泡研究及其危害性的認(rèn)識(shí)雖然存在差異，但在液壓裝置的設(shè)計(jì)制造過程中均考慮了氣

泡的去除問題，那就是沿用至今方法，即利用系統(tǒng)中的油箱進(jìn)行氣泡的去除，盡管在油箱的

結(jié)構(gòu)上采取了多種措施，如水平截面積大于油液深度、設(shè)置隔板而延長(zhǎng)油在油箱內(nèi)的停留時(shí)間、進(jìn)出

油口盡量設(shè)置得遠(yuǎn)些以及體積要大等。但從氣泡去除效果以及裝置結(jié)構(gòu)方面來(lái)看仍有下列不足：
（1）氣泡去除效果差
采用油箱自然去除法，就是靠氣泡自身的浮力而自行浮至油面溶入大氣的方法。氣泡的直徑一

般為0.25～0.5mm，如果氣泡界面的油液沒有作向上運(yùn)動(dòng)的話，*要靠自身浮力克服油液的摩擦阻力

而向上運(yùn)動(dòng)。根據(jù)斯托克斯法則可知，氣泡的上浮速度與氣泡的大小及油液粘度有關(guān)，也就是說上浮

速度與氣泡大小成正比、與油液粘度成反比。如直徑為0.3mm的氣泡在粘度為100×10-6m2/s的油液中

每分鐘只上浮30mm。由于泵的攪拌作用，微細(xì)化后的氣泡再經(jīng)閥口高速噴出成為乳化液狀氣泡，即使

在油箱內(nèi)滯留相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，靠自行浮上也是極其困難的。由此可見，僅靠油箱來(lái)去除氣泡，其效果

是相當(dāng)差的，研究和開發(fā)強(qiáng)制式氣泡去除裝置勢(shì)在必行。
（2）液壓裝置結(jié)構(gòu)增大
油箱除具有儲(chǔ)油、冷卻功能之外，體積大的一個(gè)根本原因就是考慮到氣泡的去除，我國(guó)油箱的

體積一般為泵流量的3～5倍，美國(guó)行業(yè)規(guī)定油箱的體積不得小于泵流量的3倍。由于采用大體積油箱，

往往使裝置整體結(jié)構(gòu)變大，且不經(jīng)濟(jì)。

3、強(qiáng)制式氣泡去除器
（1）基本結(jié)構(gòu)與原理
強(qiáng)制式氣泡去除器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由進(jìn)油腔、工作腔、導(dǎo)向葉輪、出油腔及排氣

管等組成。當(dāng)油液從切線方向進(jìn)入油腔時(shí)，以一定的動(dòng)能沖向?qū)蜉喨~片，在導(dǎo)向輪的作用下，液體

作螺旋加速運(yùn)動(dòng)，由于油液質(zhì)量大于氣泡質(zhì)量，在離心力的作用下，氣泡向中心軸線處集聚，中心軸

線上的壓力是隨著液流螺旋加速度的增加而遞減的，在工作腔最小直徑處的中心壓力，氣泡在中

心軸線上的壓差和接近中心液流的連帶作用下向工作腔最小直徑處運(yùn)動(dòng)而集合，在工作腔與出油腔結(jié)

合處的右側(cè)附近，液流由于沒有螺旋運(yùn)動(dòng)，所以此處的壓力高于出油腔入口處的壓力，大量聚積的氣

體在壓力的作用下通過排氣管排出裝置之外。
其工作原理可用圖2表示。
線段說明：
①OA段為進(jìn)油腔（內(nèi)裝導(dǎo)向葉輪）。其中對(duì)應(yīng)的兩線段分別是：O′A′為軸線方向的壓力值；

O″A″為軸線方向原有氣泡含量。
②AB段為工作腔。其中對(duì)應(yīng)的兩線段分別是：A′B′為軸線中心處的壓力變化趨勢(shì)；A″B″為

軸線中心處的氣泡析出量變化趨勢(shì)。
③BC為排氣段（為出油腔右側(cè)很小一部分）。其中對(duì)應(yīng)的兩條線段分別是：B′C′為軸線中心

處的壓力變化趨勢(shì)；B″C為排出氣體量變化趨勢(shì)。
④CD段為出油腔。其中對(duì)應(yīng)的C′D為脫氣后油液流經(jīng)出油腔的壓力變化趨勢(shì)。
（2）本裝置的主要特點(diǎn)
①由于液流在工作腔的旋流半徑很小，氣泡很容易向中心方向移動(dòng)。還有在工作腔的液體有較

大的離心加速度，所以在半徑方向上形成了較大的壓力梯度，十分有助于氣泡的析出。
②進(jìn)入到工作腔的液體在導(dǎo)向葉輪作用下具有較大的角動(dòng)能，促使液體能夠維持較長(zhǎng)距離的加

速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就增加了氣泡隨油在工作腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，所以有著相當(dāng)高的氣泡去除效率。
③本裝置具有較大的壓差范圍，所以有較大的流量適應(yīng)區(qū)域，即對(duì)于某一規(guī)格的裝置來(lái)說，最

大流量不小于最小流量的三倍，通過控制進(jìn)油壓力，可使本裝置在一定流量范圍內(nèi)的任量下均處

良好的氣泡去除工況。
④適用于動(dòng)力傳遞介質(zhì)的任何粘度油液的氣泡去除。
⑤由于本裝置體積較小，可以忽略其內(nèi)部通流液體的重量，所以具有任意的安裝位置，而不影

響氣泡去除效果。
（3）應(yīng)用方式及其效果
①單獨(dú)使用。將本裝置的進(jìn)油腔與系統(tǒng)回油路相接，出油腔直接通向油箱，一遍去除效果最

高可達(dá)99.9％。
②與泵組合使用。將本裝置的進(jìn)油腔與系統(tǒng)回油路相接，出油腔與泵的進(jìn)油口相接，一遍去

除效果可達(dá)100％。
兩種方式共同的特點(diǎn)：一是均安裝于油箱內(nèi)，不怕泄漏；二是安裝方便，組成簡(jiǎn)單；三是無(wú)需

專用動(dòng)力，節(jié)省能源。

就謀求油壓系統(tǒng)高效率、低成本，把著眼點(diǎn)放在油的質(zhì)量上，這種說法一點(diǎn)兒也不過份。從

液壓裝置的使用成本來(lái)看，除了動(dòng)力源耗能之外，就要數(shù)液壓油了。如果能延長(zhǎng)油的使用周期，那么

就可以使液壓系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間地處于高效率、低成本的良好狀態(tài)。事實(shí)說明，要使液壓油長(zhǎng)時(shí)間的質(zhì)量穩(wěn)

定，關(guān)鍵的問題是要解決好油中混入空氣這一對(duì)油液危害的難題。對(duì)此，開發(fā)和應(yīng)用強(qiáng)制式液壓

油氣泡去除裝置有著十分重要的意義。