混入气液泵油液后的危害分析和消除措施

苏万清　钟丽珠

摘 要：阐述气体进入气液泵油液的途径和危害，分析计算混入气体后油液体积的弹性模量，给出油液混气量的推算方法，介绍了在设计、使用过程中减少气体混入量的措施。

关键词：气液泵；体积弹性模量；消除措施；节能效果

中图分类号： TE32 文献标识码：A

气液增压泵具有结构简单，操作方便，且在运行过程中能自动保压等优点而广泛应用于国民生产的各个行业，近年来如何提高气液增压泵的工作性能、使用寿命、节能利用等问题及其影响因素受到普遍关注，其中，如何处理好气体混入气液增压泵油液的问题，成为一个重要的研究课题。

1 气液泵的工作原理

气液增压泵是一种以有压气体作用于气缸大面积活塞，带动液压缸小面积活塞实现往复运动，从而使液压油获得较大压力输出的装置，简称气液泵。图1为双作用式气液泵工作原理示意图，当气缸右端P1口进气、左端P2口排气时，气缸的活塞向左运动，同时驱动两油缸柱塞同向运动，右油缸工作腔容积增大，形成真空而处于吸油过程，右上单向阀因上下压差而关闭；同时左油缸工作腔容积减少而处于压油过程，由于左下单向阀关闭，高压油由左上单向阀经P3口输出；当气缸活塞运动至左端尽头时，磁性传感器工作，自动换向阀换向，进、排气口改变，此时P2口进气、P1口排气；柱塞反向运动，右油缸将高压油输出至P3口，左油缸处于吸油过程；随着气缸活塞的往复循环，高压油便连续输送到液压系统中去；当气压驱动力和负载之间达到平衡时，气缸活塞的往复运动将减慢直至停止，此时泵的输出压力恒定，系统自动保压，能量消耗最低；当泄露等原因造成的液压系统压力下降，气液泵都将自动启动，保持回路压力回

2 气体进入气液泵油液中的途径

气体以两种方式存在于油液中，其一气体以微小气泡的形式悬浮于油液中；其二气体直接溶解于油液中，溶解于油液中气体含量会随着压力的增加而增加，但当压力从高值降到一定值时溶解于油液中气体将从油液中析出，产生大量微小气泡并悬浮于油液中；随着压力进一步降低和温度升高，混入油液中微细的气泡体积将膨胀并聚集而形成更大体积的气泡，其几何尺寸和分布密度将直接影响油液的物理性能，进而影响气液泵的工作稳定性。

由于气液泵中气缸与油缸连体，其间仅用动密封装置隔开，如图1中的A、B处，由于缸中的压力交替变化和油液流动速度变化大，因此相对于液压泵，其油液更容易混入气体，这种由气泡混合于油液的混合油液，将导致油液体积弹性模量K的大幅下降，直接影响气液泵的工作性能和使用寿命。所以应及时检测和处理气液泵油液中混入气体。

3 油液体积弹性模量的理论计算

设标准大气压下油液的总体积为，气体在油液中的溶解量为，若油液只有溶解的气体无混入气体，则溶解于油液的气体体积为，纯油液的体积为；若油液既有溶解的气体又有混入气体，设油液中混入的气体体积为；当工作压力为，设油液的总体积为，混入的气体体积为，则溶解于油液的气体体积为，纯油液的体积为。（气体的溶解量随压力的变化而变化，但变化量较小，可视为不变；同时由于工作温度基本不变，去除温度变化因素的影响[2]。）目前的气液泵中，一般工作压力设计在，纯油的体积弹性模量为，在工程计算中一般取，标准大气压为，取工作压力，常态油中气体的溶解量可达6%～12%，常用液压油的空气溶解量为9%左右，假设油液中混有5%的气体（实际大于该值），即，根据式（6）计算得：，即油液中混入5%空气在工作压力下，体积弹性模量下降为正常值的70%左右，且在低压工况下下降更明显。在工程应用上，通过测量油液的体积弹性模量，推算出油液的混气量，从而初步判断设备使用的合理性。

4 危害及相应措施

4.1 危害

气体混入油液后，将在油液中产生大量的气泡，导致油液的流动状态发生瞬时交替变化，呈剧烈的紊流状态，加大沿程压力损失和惯性损失；特别是油液流经局部阻力区域时将受到很大的扰动，这时阻力系数要比正常值大很多倍，实际压力损失更为严重；压力损失转换为热能后，使得油液温度快速增加，加速油液的氧化而缩短使用期限；油液的黏度也随之下降，进而使得泄露增大，传动效率降低，节能效果变差；气液泵内工作压力处于不断变化中，油液中气泡急剧缩小和放大，易产生气穴与气蚀现象，将恶化气液泵的工作条件，最终表现在泵性能下降和寿命缩短，降低气液泵的节能效果。此外，当混入油液的气体过量时，还将因油液的弹性模量大幅下降而降低油压传导速度，致使气液泵反应迟滞，最终导致液压执行元件传动精度降低。

4.2 措施

在设计和使用上正确处理气体混入油液问题的具体办法有：

（1） 组成气液泵左右油缸的缸体及其重要零部件应采用抗腐蚀能力强、机械性能好的材料，并确保其有较高的强度和表面质量。

（2）在结构设计上应避免前后孔径变化大等不合理结构，以免压降大而导致溶解于油液中的空气析出过量。

（3）适当加大吸油管的内径，以降低吸油管中油液流速，或在吸油口设置辅助泵供应足够的低压油。

（4）在油箱中设置倾斜30°左右的金属网，破碎气体，并及时补充油液。

（5）及时更换气缸与油缸之间老化、磨损密封件，避免大量气体进入油缸，混入油液中。

（6）在安装、调试或检修、更换油液时，应松开泵出口处的接头或螺堵让存于油缸中的气体溢出，或空载启动泵循环运转几次，以排尽气体。

结语

油液中混入的气体对液压系统的危害极大，由于气液泵缸体内存在有一定压力的气体，极容易混入油液中，应引起高度重视。本文给出了混入气体后油液体积弹性模量的理论计算方法，并通过对体积弹性模量的检测，推算出混入液体中的气体量；对混入气体后的危害进行了阐述，并提供了几种减少气体进入气液泵的措施。实践证明，通过以上几点措施，是可以减少气体的混入量，进而提高气液泵的工作性能、节能效果和使用寿命。

参考文献

[1]Hitchcox，A.L.Pneumatic cylinders epitomize variety.Hydraulics and Pneumatics，v53，n11，Nov， 2000：47-48，50，78.

[2]吴春玉，辛莉.液压与气动技术[M].北京：北京大学出版社，2008（08）：24-26.

[3]李新德.气泡对液系统的危害及预防措施[J].液压气动与密封，2003：12-15.

[4]刘彦玲.关于液压系统爬行的原因和解决方案[J].液压气动与密封，2008（04）：24-25.endprint

摘 要：阐述气体进入气液泵油液的途径和危害，分析计算混入气体后油液体积的弹性模量，给出油液混气量的推算方法，介绍了在设计、使用过程中减少气体混入量的措施。

关键词：气液泵；体积弹性模量；消除措施；节能效果

中图分类号： TE32 文献标识码：A

气液增压泵具有结构简单，操作方便，且在运行过程中能自动保压等优点而广泛应用于国民生产的各个行业，近年来如何提高气液增压泵的工作性能、使用寿命、节能利用等问题及其影响因素受到普遍关注，其中，如何处理好气体混入气液增压泵油液的问题，成为一个重要的研究课题。

1 气液泵的工作原理

气液增压泵是一种以有压气体作用于气缸大面积活塞，带动液压缸小面积活塞实现往复运动，从而使液压油获得较大压力输出的装置，简称气液泵。图1为双作用式气液泵工作原理示意图，当气缸右端P1口进气、左端P2口排气时，气缸的活塞向左运动，同时驱动两油缸柱塞同向运动，右油缸工作腔容积增大，形成真空而处于吸油过程，右上单向阀因上下压差而关闭；同时左油缸工作腔容积减少而处于压油过程，由于左下单向阀关闭，高压油由左上单向阀经P3口输出；当气缸活塞运动至左端尽头时，磁性传感器工作，自动换向阀换向，进、排气口改变，此时P2口进气、P1口排气；柱塞反向运动，右油缸将高压油输出至P3口，左油缸处于吸油过程；随着气缸活塞的往复循环，高压油便连续输送到液压系统中去；当气压驱动力和负载之间达到平衡时，气缸活塞的往复运动将减慢直至停止，此时泵的输出压力恒定，系统自动保压，能量消耗最低；当泄露等原因造成的液压系统压力下降，气液泵都将自动启动，保持回路压力回

2 气体进入气液泵油液中的途径

气体以两种方式存在于油液中，其一气体以微小气泡的形式悬浮于油液中；其二气体直接溶解于油液中，溶解于油液中气体含量会随着压力的增加而增加，但当压力从高值降到一定值时溶解于油液中气体将从油液中析出，产生大量微小气泡并悬浮于油液中；随着压力进一步降低和温度升高，混入油液中微细的气泡体积将膨胀并聚集而形成更大体积的气泡，其几何尺寸和分布密度将直接影响油液的物理性能，进而影响气液泵的工作稳定性。

由于气液泵中气缸与油缸连体，其间仅用动密封装置隔开，如图1中的A、B处，由于缸中的压力交替变化和油液流动速度变化大，因此相对于液压泵，其油液更容易混入气体，这种由气泡混合于油液的混合油液，将导致油液体积弹性模量K的大幅下降，直接影响气液泵的工作性能和使用寿命。所以应及时检测和处理气液泵油液中混入气体。

3 油液体积弹性模量的理论计算

设标准大气压下油液的总体积为，气体在油液中的溶解量为，若油液只有溶解的气体无混入气体，则溶解于油液的气体体积为，纯油液的体积为；若油液既有溶解的气体又有混入气体，设油液中混入的气体体积为；当工作压力为，设油液的总体积为，混入的气体体积为，则溶解于油液的气体体积为，纯油液的体积为。（气体的溶解量随压力的变化而变化，但变化量较小，可视为不变；同时由于工作温度基本不变，去除温度变化因素的影响[2]。）目前的气液泵中，一般工作压力设计在，纯油的体积弹性模量为，在工程计算中一般取，标准大气压为，取工作压力，常态油中气体的溶解量可达6%～12%，常用液压油的空气溶解量为9%左右，假设油液中混有5%的气体（实际大于该值），即，根据式（6）计算得：，即油液中混入5%空气在工作压力下，体积弹性模量下降为正常值的70%左右，且在低压工况下下降更明显。在工程应用上，通过测量油液的体积弹性模量，推算出油液的混气量，从而初步判断设备使用的合理性。

4 危害及相应措施

4.1 危害

气体混入油液后，将在油液中产生大量的气泡，导致油液的流动状态发生瞬时交替变化，呈剧烈的紊流状态，加大沿程压力损失和惯性损失；特别是油液流经局部阻力区域时将受到很大的扰动，这时阻力系数要比正常值大很多倍，实际压力损失更为严重；压力损失转换为热能后，使得油液温度快速增加，加速油液的氧化而缩短使用期限；油液的黏度也随之下降，进而使得泄露增大，传动效率降低，节能效果变差；气液泵内工作压力处于不断变化中，油液中气泡急剧缩小和放大，易产生气穴与气蚀现象，将恶化气液泵的工作条件，最终表现在泵性能下降和寿命缩短，降低气液泵的节能效果。此外，当混入油液的气体过量时，还将因油液的弹性模量大幅下降而降低油压传导速度，致使气液泵反应迟滞，最终导致液压执行元件传动精度降低。

4.2 措施

在设计和使用上正确处理气体混入油液问题的具体办法有：

（1） 组成气液泵左右油缸的缸体及其重要零部件应采用抗腐蚀能力强、机械性能好的材料，并确保其有较高的强度和表面质量。

（2）在结构设计上应避免前后孔径变化大等不合理结构，以免压降大而导致溶解于油液中的空气析出过量。

（3）适当加大吸油管的内径，以降低吸油管中油液流速，或在吸油口设置辅助泵供应足够的低压油。

（4）在油箱中设置倾斜30°左右的金属网，破碎气体，并及时补充油液。

（5）及时更换气缸与油缸之间老化、磨损密封件，避免大量气体进入油缸，混入油液中。

（6）在安装、调试或检修、更换油液时，应松开泵出口处的接头或螺堵让存于油缸中的气体溢出，或空载启动泵循环运转几次，以排尽气体。

结语

油液中混入的气体对液压系统的危害极大，由于气液泵缸体内存在有一定压力的气体，极容易混入油液中，应引起高度重视。本文给出了混入气体后油液体积弹性模量的理论计算方法，并通过对体积弹性模量的检测，推算出混入液体中的气体量；对混入气体后的危害进行了阐述，并提供了几种减少气体进入气液泵的措施。实践证明，通过以上几点措施，是可以减少气体的混入量，进而提高气液泵的工作性能、节能效果和使用寿命。

参考文献

[1]Hitchcox，A.L.Pneumatic cylinders epitomize variety.Hydraulics and Pneumatics，v53，n11，Nov， 2000：47-48，50，78.

[2]吴春玉，辛莉.液压与气动技术[M].北京：北京大学出版社，2008（08）：24-26.

[3]李新德.气泡对液系统的危害及预防措施[J].液压气动与密封，2003：12-15.

[4]刘彦玲.关于液压系统爬行的原因和解决方案[J].液压气动与密封，2008（04）：24-25.endprint

摘 要：阐述气体进入气液泵油液的途径和危害，分析计算混入气体后油液体积的弹性模量，给出油液混气量的推算方法，介绍了在设计、使用过程中减少气体混入量的措施。

关键词：气液泵；体积弹性模量；消除措施；节能效果

中图分类号： TE32 文献标识码：A

气液增压泵具有结构简单，操作方便，且在运行过程中能自动保压等优点而广泛应用于国民生产的各个行业，近年来如何提高气液增压泵的工作性能、使用寿命、节能利用等问题及其影响因素受到普遍关注，其中，如何处理好气体混入气液增压泵油液的问题，成为一个重要的研究课题。

1 气液泵的工作原理

气液增压泵是一种以有压气体作用于气缸大面积活塞，带动液压缸小面积活塞实现往复运动，从而使液压油获得较大压力输出的装置，简称气液泵。图1为双作用式气液泵工作原理示意图，当气缸右端P1口进气、左端P2口排气时，气缸的活塞向左运动，同时驱动两油缸柱塞同向运动，右油缸工作腔容积增大，形成真空而处于吸油过程，右上单向阀因上下压差而关闭；同时左油缸工作腔容积减少而处于压油过程，由于左下单向阀关闭，高压油由左上单向阀经P3口输出；当气缸活塞运动至左端尽头时，磁性传感器工作，自动换向阀换向，进、排气口改变，此时P2口进气、P1口排气；柱塞反向运动，右油缸将高压油输出至P3口，左油缸处于吸油过程；随着气缸活塞的往复循环，高压油便连续输送到液压系统中去；当气压驱动力和负载之间达到平衡时，气缸活塞的往复运动将减慢直至停止，此时泵的输出压力恒定，系统自动保压，能量消耗最低；当泄露等原因造成的液压系统压力下降，气液泵都将自动启动，保持回路压力回

2 气体进入气液泵油液中的途径

气体以两种方式存在于油液中，其一气体以微小气泡的形式悬浮于油液中；其二气体直接溶解于油液中，溶解于油液中气体含量会随着压力的增加而增加，但当压力从高值降到一定值时溶解于油液中气体将从油液中析出，产生大量微小气泡并悬浮于油液中；随着压力进一步降低和温度升高，混入油液中微细的气泡体积将膨胀并聚集而形成更大体积的气泡，其几何尺寸和分布密度将直接影响油液的物理性能，进而影响气液泵的工作稳定性。

由于气液泵中气缸与油缸连体，其间仅用动密封装置隔开，如图1中的A、B处，由于缸中的压力交替变化和油液流动速度变化大，因此相对于液压泵，其油液更容易混入气体，这种由气泡混合于油液的混合油液，将导致油液体积弹性模量K的大幅下降，直接影响气液泵的工作性能和使用寿命。所以应及时检测和处理气液泵油液中混入气体。

3 油液体积弹性模量的理论计算

设标准大气压下油液的总体积为，气体在油液中的溶解量为，若油液只有溶解的气体无混入气体，则溶解于油液的气体体积为，纯油液的体积为；若油液既有溶解的气体又有混入气体，设油液中混入的气体体积为；当工作压力为，设油液的总体积为，混入的气体体积为，则溶解于油液的气体体积为，纯油液的体积为。（气体的溶解量随压力的变化而变化，但变化量较小，可视为不变；同时由于工作温度基本不变，去除温度变化因素的影响[2]。）目前的气液泵中，一般工作压力设计在，纯油的体积弹性模量为，在工程计算中一般取，标准大气压为，取工作压力，常态油中气体的溶解量可达6%～12%，常用液压油的空气溶解量为9%左右，假设油液中混有5%的气体（实际大于该值），即，根据式（6）计算得：，即油液中混入5%空气在工作压力下，体积弹性模量下降为正常值的70%左右，且在低压工况下下降更明显。在工程应用上，通过测量油液的体积弹性模量，推算出油液的混气量，从而初步判断设备使用的合理性。

4 危害及相应措施

4.1 危害

气体混入油液后，将在油液中产生大量的气泡，导致油液的流动状态发生瞬时交替变化，呈剧烈的紊流状态，加大沿程压力损失和惯性损失；特别是油液流经局部阻力区域时将受到很大的扰动，这时阻力系数要比正常值大很多倍，实际压力损失更为严重；压力损失转换为热能后，使得油液温度快速增加，加速油液的氧化而缩短使用期限；油液的黏度也随之下降，进而使得泄露增大，传动效率降低，节能效果变差；气液泵内工作压力处于不断变化中，油液中气泡急剧缩小和放大，易产生气穴与气蚀现象，将恶化气液泵的工作条件，最终表现在泵性能下降和寿命缩短，降低气液泵的节能效果。此外，当混入油液的气体过量时，还将因油液的弹性模量大幅下降而降低油压传导速度，致使气液泵反应迟滞，最终导致液压执行元件传动精度降低。

4.2 措施

在设计和使用上正确处理气体混入油液问题的具体办法有：

（1） 组成气液泵左右油缸的缸体及其重要零部件应采用抗腐蚀能力强、机械性能好的材料，并确保其有较高的强度和表面质量。

（2）在结构设计上应避免前后孔径变化大等不合理结构，以免压降大而导致溶解于油液中的空气析出过量。

（3）适当加大吸油管的内径，以降低吸油管中油液流速，或在吸油口设置辅助泵供应足够的低压油。

（4）在油箱中设置倾斜30°左右的金属网，破碎气体，并及时补充油液。

（5）及时更换气缸与油缸之间老化、磨损密封件，避免大量气体进入油缸，混入油液中。

（6）在安装、调试或检修、更换油液时，应松开泵出口处的接头或螺堵让存于油缸中的气体溢出，或空载启动泵循环运转几次，以排尽气体。

结语

油液中混入的气体对液压系统的危害极大，由于气液泵缸体内存在有一定压力的气体，极容易混入油液中，应引起高度重视。本文给出了混入气体后油液体积弹性模量的理论计算方法，并通过对体积弹性模量的检测，推算出混入液体中的气体量；对混入气体后的危害进行了阐述，并提供了几种减少气体进入气液泵的措施。实践证明，通过以上几点措施，是可以减少气体的混入量，进而提高气液泵的工作性能、节能效果和使用寿命。

参考文献

[1]Hitchcox，A.L.Pneumatic cylinders epitomize variety.Hydraulics and Pneumatics，v53，n11，Nov， 2000：47-48，50，78.

[2]吴春玉，辛莉.液压与气动技术[M].北京：北京大学出版社，2008（08）：24-26.

[3]李新德.气泡对液系统的危害及预防措施[J].液压气动与密封，2003：12-15.

[4]刘彦玲.关于液压系统爬行的原因和解决方案[J].液压气动与密封，2008（04）：24-25.endprint