Hidrosztatikus hajtások, BMEGEVGAG11 Munkafolyadékok

Átírás

1 Hidrosztatikus hajtások, BMEGEVGAG11 Munkafolyadékok Dr. Hős Csaba, október 16.

2 Áttekintés 1 Funkciók 2 Viszkozitás 3 Rugalmassági modulusz 4 Olajtípusok

3 A munkafolyadék funkciói Energia továbbítása

4 A munkafolyadék funkciói Energia továbbítása Egymáson csúszó fémfelületek kenése

5 A munkafolyadék funkciói Energia továbbítása Egymáson csúszó fémfelületek kenése Hűtés

6 A munkafolyadék funkciói Energia továbbítása Egymáson csúszó fémfelületek kenése Hűtés Tisztítás ( szűrő)

7 A munkafolyadék funkciói Energia továbbítása Egymáson csúszó fémfelületek kenése Hűtés Tisztítás ( szűrő)... és az ideális munkafolyadék jellemzői: Megfelelő anyagjellemzők széles hőmérséklet tartományban (viszkozitás).

8 A munkafolyadék funkciói Energia továbbítása Egymáson csúszó fémfelületek kenése Hűtés Tisztítás ( szűrő)... és az ideális munkafolyadék jellemzői: Megfelelő anyagjellemzők széles hőmérséklet tartományban (viszkozitás). Nagy viszkozitási index (VI) - KIS változás a viszkozitásban a hőmérséklet változás hatására

9 A munkafolyadék funkciói Energia továbbítása Egymáson csúszó fémfelületek kenése Hűtés Tisztítás ( szűrő)... és az ideális munkafolyadék jellemzői: Megfelelő anyagjellemzők széles hőmérséklet tartományban (viszkozitás). Nagy viszkozitási index (VI) - KIS változás a viszkozitásban a hőmérséklet változás hatására Alacsony összenyomhatóság (nagy rugalmassági modulusz)

10 A munkafolyadék funkciói Energia továbbítása Egymáson csúszó fémfelületek kenése Hűtés Tisztítás ( szűrő)... és az ideális munkafolyadék jellemzői: Megfelelő anyagjellemzők széles hőmérséklet tartományban (viszkozitás). Nagy viszkozitási index (VI) - KIS változás a viszkozitásban a hőmérséklet változás hatására Alacsony összenyomhatóság (nagy rugalmassági modulusz) Jó kenőképesség, hővezető képesség és korrózióvédelem

11 A munkafolyadék funkciói Energia továbbítása Egymáson csúszó fémfelületek kenése Hűtés Tisztítás ( szűrő)... és az ideális munkafolyadék jellemzői: Megfelelő anyagjellemzők széles hőmérséklet tartományban (viszkozitás). Nagy viszkozitási index (VI) - KIS változás a viszkozitásban a hőmérséklet változás hatására Alacsony összenyomhatóság (nagy rugalmassági modulusz) Jó kenőképesség, hővezető képesség és korrózióvédelem Kémiai stabilitás (időben ill. széles nyomás- és hőmérséklet tartományban)

12 A munkafolyadék funkciói Energia továbbítása Egymáson csúszó fémfelületek kenése Hűtés Tisztítás ( szűrő)... és az ideális munkafolyadék jellemzői: Megfelelő anyagjellemzők széles hőmérséklet tartományban (viszkozitás). Nagy viszkozitási index (VI) - KIS változás a viszkozitásban a hőmérséklet változás hatására Alacsony összenyomhatóság (nagy rugalmassági modulusz) Jó kenőképesség, hővezető képesség és korrózióvédelem Kémiai stabilitás (időben ill. széles nyomás- és hőmérséklet tartományban) Környezetvédelmi szempontból elfogadható.

13 A munkafolyadék funkciói Energia továbbítása Egymáson csúszó fémfelületek kenése Hűtés Tisztítás ( szűrő)... és az ideális munkafolyadék jellemzői: Megfelelő anyagjellemzők széles hőmérséklet tartományban (viszkozitás). Nagy viszkozitási index (VI) - KIS változás a viszkozitásban a hőmérséklet változás hatására Alacsony összenyomhatóság (nagy rugalmassági modulusz) Jó kenőképesség, hővezető képesség és korrózióvédelem Kémiai stabilitás (időben ill. széles nyomás- és hőmérséklet tartományban) Környezetvédelmi szempontból elfogadható. Tűzvédelmi szempontok

14 Viszkozitás A viszkozitás, más elnevezéssel a belső súrlódás egy gáz vagy folyadék belső ellenállásának mértéke a csúsztató feszültséggel szemben. Így a víz folyékonyabb, kisebb a viszkozitása, míg az étolaj vagy a méz kevésbé folyékony, nagyobb a viszkozitása.

15 Viszkozitás A viszkozitás, más elnevezéssel a belső súrlódás egy gáz vagy folyadék belső ellenállásának mértéke a csúsztató feszültséggel szemben. Így a víz folyékonyabb, kisebb a viszkozitása, míg az étolaj vagy a méz kevésbé folyékony, nagyobb a viszkozitása. τ = µ γ = µ du, ahol dy τ[n/m2 ] a csúsztatófeszültség, µ[ns/m 2 ] a dinamikai viszkozitás, γ a nyírási sebesség (sebességgradiens)

16 Viszkozitás A viszkozitás, más elnevezéssel a belső súrlódás egy gáz vagy folyadék belső ellenállásának mértéke a csúsztató feszültséggel szemben. Így a víz folyékonyabb, kisebb a viszkozitása, míg az étolaj vagy a méz kevésbé folyékony, nagyobb a viszkozitása. τ = µ γ = µ du, ahol dy τ[n/m2 ] a csúsztatófeszültség, µ[ns/m 2 ] a dinamikai viszkozitás, γ a nyírási sebesség (sebességgradiens) ν = µ/ρ kinematikai viszkozitás, [m 2 /s], [St], ahol 1cSt = 1mm 2 /s

17 Viszkotitási index (VI) ISO viscosity grade (nem a VI): 40 o C-on a viszkozitás (pl. ISO VG 100 = mm 2 /s). Probléma: a viszkozitás jelentősen változik a hőmérséklettel.

18 Viszkotitási index (VI) ISO viscosity grade (nem a VI): 40 o C-on a viszkozitás (pl. ISO VG 100 = mm 2 /s). Probléma: a viszkozitás jelentősen változik a hőmérséklettel. VI: Önkényesen megválasztott mérőszám a viszkozitás hőmérsékletfüggésének jelzésére.

19 Viszkotitási index (VI) ISO viscosity grade (nem a VI): 40 o C-on a viszkozitás (pl. ISO VG 100 = mm 2 /s). Probléma: a viszkozitás jelentősen változik a hőmérséklettel. VI: Önkényesen megválasztott mérőszám a viszkozitás hőmérsékletfüggésének jelzésére. VI = 100 L U L H, ahol U = ν(40o C)

20 Viszkotitási index (VI) ISO viscosity grade (nem a VI): 40 o C-on a viszkozitás (pl. ISO VG 100 = mm 2 /s). Probléma: a viszkozitás jelentősen változik a hőmérséklettel. VI: Önkényesen megválasztott mérőszám a viszkozitás hőmérsékletfüggésének jelzésére. VI = 100 L U L H, ahol U = ν(40o C) L: a 40 o C-on mért kinematikai viszkozitása egy olyan olajnak, melynek 0 a VI-e, de 100 o C-on ugyanannyi a kin. viszk.-a, mint a vizsgált olajnak.

21 Viszkotitási index (VI) ISO viscosity grade (nem a VI): 40 o C-on a viszkozitás (pl. ISO VG 100 = mm 2 /s). Probléma: a viszkozitás jelentősen változik a hőmérséklettel. VI: Önkényesen megválasztott mérőszám a viszkozitás hőmérsékletfüggésének jelzésére. VI = 100 L U L H, ahol U = ν(40o C) L: a 40 o C-on mért kinematikai viszkozitása egy olyan olajnak, melynek 0 a VI-e, de 100 o C-on ugyanannyi a kin. viszk.-a, mint a vizsgált olajnak. H: a 40 o C-on mért kinematikai viszkozitása egy olyan olajnak, melynek 100 a VI-e, de 100 o C-on ugyanannyi a kin. viszk.-a, mint a vizsgált olajnak.

22 Viszkotitási index (VI) ISO viscosity grade (nem a VI): 40 o C-on a viszkozitás (pl. ISO VG 100 = mm 2 /s). Probléma: a viszkozitás jelentősen változik a hőmérséklettel. VI: Önkényesen megválasztott mérőszám a viszkozitás hőmérsékletfüggésének jelzésére. VI = 100 L U L H, ahol U = ν(40o C) L: a 40 o C-on mért kinematikai viszkozitása egy olyan olajnak, melynek 0 a VI-e, de 100 o C-on ugyanannyi a kin. viszk.-a, mint a vizsgált olajnak. H: a 40 o C-on mért kinematikai viszkozitása egy olyan olajnak, melynek 100 a VI-e, de 100 o C-on ugyanannyi a kin. viszk.-a, mint a vizsgált olajnak. VI < < besorolás alacsony közepes magas nagyon magas

23 Newtoni és nemnewtoni folyadékok Newtoni: τ = µ γ Bingham: γ = (τ τ 0 )/µ ha τ > τ 0, különben γ = 0 (pl. majonéz) Power-law: τ = µ( γ) n (pl. hajzselé)

24 Milyen az optimális viszkozitás? Két, egymásnak ellentmondó szempont: volumetrikus veszteség nyomásesés

25 Milyen az optimális viszkozitás? Két, egymásnak ellentmondó szempont: volumetrikus veszteség nyomásesés Nagyon magas viszkozitás (ν > 2000 mm 2 /s): kavitáció

26 Milyen az optimális viszkozitás? Két, egymásnak ellentmondó szempont: volumetrikus veszteség nyomásesés Nagyon magas viszkozitás (ν > 2000 mm 2 /s): kavitáció Magas viszkozitás (ν > 100 mm 2 /s): nagy nyomásesés, kis volumetrikus veszteség

27 Milyen az optimális viszkozitás? Két, egymásnak ellentmondó szempont: volumetrikus veszteség nyomásesés Nagyon magas viszkozitás (ν > 2000 mm 2 /s): kavitáció Magas viszkozitás (ν > 100 mm 2 /s): nagy nyomásesés, kis volumetrikus veszteség Kis viszkozitás (ν < 20 mm 2 /s): kis nyomásesés, nagy volumetrikus veszteség

28 Milyen az optimális viszkozitás? Két, egymásnak ellentmondó szempont: volumetrikus veszteség nyomásesés Nagyon magas viszkozitás (ν > 2000 mm 2 /s): kavitáció Magas viszkozitás (ν > 100 mm 2 /s): nagy nyomásesés, kis volumetrikus veszteség Kis viszkozitás (ν < 20 mm 2 /s): kis nyomásesés, nagy volumetrikus veszteség Nagyon kis viszkozitás (ν < 5 mm 2 /s): nincs megfelelő kenés

29 Milyen az optimális viszkozitás? Két, egymásnak ellentmondó szempont: volumetrikus veszteség nyomásesés Nagyon magas viszkozitás (ν > 2000 mm 2 /s): kavitáció Magas viszkozitás (ν > 100 mm 2 /s): nagy nyomásesés, kis volumetrikus veszteség Kis viszkozitás (ν < 20 mm 2 /s): kis nyomásesés, nagy volumetrikus veszteség Nagyon kis viszkozitás (ν < 5 mm 2 /s): nincs megfelelő kenés Optimális tartomány: kb. 20mm 2 /s < ν < 50mm 2 /s

30 Milyen az optimális viszkozitás? Két, egymásnak ellentmondó szempont: volumetrikus veszteség nyomásesés Nagyon magas viszkozitás (ν > 2000 mm 2 /s): kavitáció Magas viszkozitás (ν > 100 mm 2 /s): nagy nyomásesés, kis volumetrikus veszteség Kis viszkozitás (ν < 20 mm 2 /s): kis nyomásesés, nagy volumetrikus veszteség Nagyon kis viszkozitás (ν < 5 mm 2 /s): nincs megfelelő kenés Optimális tartomány: kb. 20mm 2 /s < ν < 50mm 2 /s (méz: 74mm 2 /s, víz: 1mm 2 /s, levegő: 16mm 2 /s)

31 Funkciók Viszkozitás Rugalmassági modulusz Olajtípusok A viszkozitás homérsékletfüggése A gép muködése közben (hidegindítástól üzemi homérsékletig) akár egy nagyságrendet is változhat!

32 Rugalmassági modulusz Jelölés: E vagy B [Pa] (bulk modulus)

33 Rugalmassági modulusz Jelölés: E vagy B [Pa] (bulk modulus) p/e = V /V (gázokra: E = ρ 0 dp dρ, E izoterm = p, E izentrop = κp)

34 Rugalmassági modulusz Jelölés: E vagy B [Pa] (bulk modulus) p/e = V /V (gázokra: E = ρ 0 dp dρ, E izoterm = p, E izentrop = κp) Hullámsebesség: a = E/ρ (gázokra: a = κrt )

35 Rugalmassági modulusz Jelölés: E vagy B [Pa] (bulk modulus) p/e = V /V (gázokra: E = ρ 0 dp dρ, E izoterm = p, E izentrop = κp) Hullámsebesség: a = E/ρ (gázokra: a = κrt ) Meghatározza a rendszer sajátfrekvenciáját: pl. munkahengerre F = 2A p = 2AE V V x = 2AE L s = 2EA/L L L V, E V, E A

36 Rugalmassági modulusz Jelölés: E vagy B [Pa] (bulk modulus) p/e = V /V (gázokra: E = ρ 0 dp dρ, E izoterm = p, E izentrop = κp) Hullámsebesség: a = E/ρ (gázokra: a = κrt ) Meghatározza a rendszer sajátfrekvenciáját: pl. munkahengerre F = 2A p = 2AE V V x = 2AE L s = 2EA/L Példa: D/d = 50/32mm, L = 0.3m, E = 1.5GPa (Shell Tellus 32), m = 1t s = 2E A L = 11.6kN/mm ω = s/m = rad/s f = 17Hz L L V, E V, E A

37 Rugalmassági modulusz Jelölés: E vagy B [Pa] (bulk modulus) p/e = V /V (gázokra: E = ρ 0 dp dρ, E izoterm = p, E izentrop = κp) Hullámsebesség: a = E/ρ (gázokra: a = κrt ) Meghatározza a rendszer sajátfrekvenciáját: pl. munkahengerre F = 2A p = 2AE V V x = 2AE L s = 2EA/L Példa: D/d = 50/32mm, L = 0.3m, E = 1.5GPa (Shell Tellus 32), m = 1t s = 2E A L = 11.6kN/mm ω = s/m = rad/s f = 17Hz Tipikus értékek: ásványi olajok: 1.5 GPa, víz: 2.15 GPa, acél: 200 GPa L L V, E V, E A

38 E(p) és E(T) Mind a nyomás, mind a hőmérséklet változásával kis mértékben változik a rugalmassági modulusz.

39 Levegőtartalom hatása - jelentős... ezért kerüli kell a habképződést!

40 Olajtípusok Ásványi olajok Legjobban elterjedt (k. 90%)

41 Olajtípusok Ásványi olajok Legjobban elterjedt (k. 90%) Relatív olcsó, könnyen elérhető

42 Olajtípusok Ásványi olajok Legjobban elterjedt (k. 90%) Relatív olcsó, könnyen elérhető Jó kenőképesség, nem korrozív, kompatibilis a legtöbb tömítőanyaggal

43 Olajtípusok Ásványi olajok Legjobban elterjedt (k. 90%) Relatív olcsó, könnyen elérhető Jó kenőképesség, nem korrozív, kompatibilis a legtöbb tömítőanyaggal Kémiailag stabilak a (hidrauliában) szokásos hőmérséklettartományban, de magas hőmérsékleten gyorsan tönkremennek

44 Olajtípusok Ásványi olajok Legjobban elterjedt (k. 90%) Relatív olcsó, könnyen elérhető Jó kenőképesség, nem korrozív, kompatibilis a legtöbb tömítőanyaggal Kémiailag stabilak a (hidrauliában) szokásos hőmérséklettartományban, de magas hőmérsékleten gyorsan tönkremennek Két legnagyobb hátrány: (a) tűzveszélyes és (b) a viszkozitás jelentősen nő nagy nyomásokon

45 Olajtípusok Ásványi olajok Legjobban elterjedt (k. 90%) Relatív olcsó, könnyen elérhető Jó kenőképesség, nem korrozív, kompatibilis a legtöbb tömítőanyaggal Kémiailag stabilak a (hidrauliában) szokásos hőmérséklettartományban, de magas hőmérsékleten gyorsan tönkremennek Két legnagyobb hátrány: (a) tűzveszélyes és (b) a viszkozitás jelentősen nő nagy nyomásokon Tipikus anyagjellemzők: ν = 27mm 2 /s 40 o C és ν = 4.8mm 2 /s 100 o C ρ = 870kg/m 3 Olvadáspont/forráspont/lobbanáspont: 18 o C/370 o C/210 o C Telített gőznyomás 100 o C: 30Pa (abszolút)

46 Olajtípusok Ásványi olajok - adalékok Oxidáció gátlása (az oxigénnel érintkező olajban oldhatatlan, mézgaszerű anyagok képződnek, amik eltömítik a réseket)

47 Olajtípusok Ásványi olajok - adalékok Oxidáció gátlása (az oxigénnel érintkező olajban oldhatatlan, mézgaszerű anyagok képződnek, amik eltömítik a réseket) Korrózió gátlása

48 Olajtípusok Ásványi olajok - adalékok Oxidáció gátlása (az oxigénnel érintkező olajban oldhatatlan, mézgaszerű anyagok képződnek, amik eltömítik a réseket) Korrózió gátlása Habképződés akadályozása

49 Olajtípusok Ásványi olajok - adalékok Oxidáció gátlása (az oxigénnel érintkező olajban oldhatatlan, mézgaszerű anyagok képződnek, amik eltömítik a réseket) Korrózió gátlása Habképződés akadályozása VI javítása

50 Olajtípusok Ásványi olajok - adalékok Oxidáció gátlása (az oxigénnel érintkező olajban oldhatatlan, mézgaszerű anyagok képződnek, amik eltömítik a réseket) Korrózió gátlása Habképződés akadályozása VI javítása Súrlódási tulajdonságok módosítása

51 Olajtípusok Ásványi olajok - adalékok Oxidáció gátlása (az oxigénnel érintkező olajban oldhatatlan, mézgaszerű anyagok képződnek, amik eltömítik a réseket) Korrózió gátlása Habképződés akadályozása VI javítása Súrlódási tulajdonságok módosítása Tömítések megdagadásának akadályozása

52 Olajtípusok Szintetikus olajok Szabályozott, előre ismert minőségazonosság

53 Olajtípusok Szintetikus olajok Szabályozott, előre ismert minőségazonosság Rendkívül jól beállítható anyagjellemzők

54 Olajtípusok Szintetikus olajok Szabályozott, előre ismert minőségazonosság Rendkívül jól beállítható anyagjellemzők Jó tűz elleni ellenállóképesség (műanyag öntés, fröccsöntés, bányaipar)

55 Olajtípusok Szintetikus olajok Szabályozott, előre ismert minőségazonosság Rendkívül jól beállítható anyagjellemzők Jó tűz elleni ellenállóképesség (műanyag öntés, fröccsöntés, bányaipar) Biológiailag jól lebontható

56 Olajtípusok Szintetikus olajok Szabályozott, előre ismert minőségazonosság Rendkívül jól beállítható anyagjellemzők Jó tűz elleni ellenállóképesség (műanyag öntés, fröccsöntés, bányaipar) Biológiailag jól lebontható Kémiai stabilitás nagy hőmérsékleten is

57 Olajtípusok Szintetikus olajok Szabályozott, előre ismert minőségazonosság Rendkívül jól beállítható anyagjellemzők Jó tűz elleni ellenállóképesség (műanyag öntés, fröccsöntés, bányaipar) Biológiailag jól lebontható Kémiai stabilitás nagy hőmérsékleten is Drága

58 Olajtípusok Víz-alapú munkafolyadékok Víz+olaj emulziók (2-5%): Előnyök: extrém tűzállóság, nagy rug. mod., jó hűtés Hátrányok: gyenge kenőképesség és alacsony viszkozitás

59 Olajtípusok Víz-alapú munkafolyadékok Víz+olaj emulziók (2-5%): Előnyök: extrém tűzállóság, nagy rug. mod., jó hűtés Hátrányok: gyenge kenőképesség és alacsony viszkozitás Ha a környezetvédelem elsőrendű kérdés (pl. városi mobilgépek), tiszta víz.