(SyntheticFireresistantFluids)两大类石油基液压油Petroleumppt课件.pptx

1、目的任务目的任务重点难点重点难点了解油液性质（密度、可压缩性、粘性）了解油液性质（密度、可压缩性、粘性）液压油的粘性和粘度、粘温特性液压油的粘性和粘度、粘温特性液压传动介质液压传动介质为什么不用水作为为什么不用水作为液压传动的介质？液压传动的介质？第1页，共44页。o 原本在第一次工业革命中液压介质是用水的，而后随着石油工业的发展，液压油的优点弥补了水介质不能克服的缺点，所以液压油取代了水作为工作介质。o 但是随着世界各国对节能环保的呼声越来越高，许多科学又把目光投向了水这一环保工作介质。第2页，共44页。1.泄漏 液压元件中大部分的运动副采用间隙配合的方式，其缝隙量的大小对泄漏量的多少影响很

2、大，而水的粘度比液压油的粘度低，同等条件下，水比油的泄漏量要大，使系统的容积效率更低。2.防腐和润滑 由于水的油膜强度较低，使水比油的润滑性差的多，并且水能腐蚀许多金属，导致金属表面剥落。3.气蚀 由于水的饱和蒸汽压比油高，因此水液压系统更容易产生气蚀现象。4.水在0以下会结冰 如果环境的温度降到0 以下，就必须在水中加防冻液。传统的防冻液含有对环境和人体有害的物质，不能用于环保型的液压系统。第3页，共44页。1.1.液体的密度液体的密度 密度：密度：=m/v kg/m3 密度随着温度或压力的变化而变化，密度随着温度或压力的变化而变化，P，稍有稍有 T，但变化不大，通常忽略，一般取但变化不大，

3、通常忽略，一般取900kg/m3。单位体积内液体的质量单位体积内液体的质量2.1.1液压油的主要物理性质液压油的主要物理性质第4页，共44页。2.2.液体的可压缩性液体的可压缩性液体的体积压缩系数液体的体积压缩系数o定义：体积为定义：体积为v的液体，当压力增大的液体，当压力增大p时，体积减时，体积减小小v，则液体在，则液体在单位压力变化下体积的相对变化单位压力变化下体积的相对变化量量，为压缩系数。，为压缩系数。o公式公式k=-v/（p.v）o物理意义：单位压力所引起液体体积的变化。物理意义：单位压力所引起液体体积的变化。P，v 故为保证故为保证k为正值，式中须加负号为正值，式中须加负号液体受压

4、力作用而发生液体受压力作用而发生体积缩小的性质体积缩小的性质第5页，共44页。p 工程上常用液体体积弹性模数工程上常用液体体积弹性模数K K来表示其可压来表示其可压缩性，取缩性，取 K=1/k K=1/k。p物理意义：表示单位体积相对变化量所需要的压力增量，物理意义：表示单位体积相对变化量所需要的压力增量，也即液体抵抗压缩能力的大小。也即液体抵抗压缩能力的大小。p 一般认为油液不可压缩（因压缩性很小）一般认为油液不可压缩（因压缩性很小）液体体积弹性模数液体体积弹性模数一般矿物油的体积弹性模量为：一般矿物油的体积弹性模量为：K=K=（1.41.91.41.9）10103 3MpaMpa第6页，共

5、44页。3.3.粘性的物理本质粘性的物理本质dyduAFdudy 液体静止时，液体静止时，du/dy=0 静止液体不呈现粘性静止液体不呈现粘性液体抵抗剪切变形的能力液体抵抗剪切变形的能力1.粘性的概念粘性的概念2.牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律3.粘性的物理本质粘性的物理本质液体流动时，分子之间产生液体流动时，分子之间产生内摩擦力内摩擦力的性质。的性质。速度梯度：在垂直速度方向速度梯度：在垂直速度方向上的速度变化率。上的速度变化率。第7页，共44页。粘性的度量粘性的度量-粘度粘度（1 1）动力粘度）动力粘度 （2 2）运动粘度）运动粘度 （3 3）相对粘度）相对粘度0 0E Et t 粘度是表示

6、粘性大小的物理量。流体抵抗剪粘度是表示粘性大小的物理量。流体抵抗剪切变形能力的度量，粘度越大，这种能力越切变形能力的度量，粘度越大，这种能力越强。强。粘度概念粘度概念表示方法表示方法第8页，共44页。公式公式:=F/A=:=F/A=du/dydu/dy（N/mN/m）=dy/du dy/du（N Ns/ms/m）物理意义：液体在单位速度梯度下流动时，接触液层间物理意义：液体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单位面积上内摩擦力。单位面积上内摩擦力。单位：国际单位（单位：国际单位（SISI制）中：制）中：帕帕秒（秒（PaPaS S）或牛顿）或牛顿秒秒/米米2 2（N NS/mS/m）；）；（1 1

7、）动力粘度）动力粘度第9页，共44页。o 动力粘度与液体密度之比值动力粘度与液体密度之比值 公式：公式：=/（单位：（单位：m/s）o 物理意义：无。物理意义：无。（只是因为（只是因为/在流体力学中经常出现在流体力学中经常出现，因此用，因此用代替（代替（/）o 单位说明单位说明 单位中只有长度和时间量纲，类似运动学量。单位中只有长度和时间量纲，类似运动学量。称运动粘度，常用于液压油牌号标注。称运动粘度，常用于液压油牌号标注。（2 2）运动粘度）运动粘度第10页，共44页。液压油牌号标注：液压油牌号标注：老牌号老牌号2020号液压油，指这种油在号液压油，指这种油在5050C C 时的平均运动粘度

8、为时的平均运动粘度为20 mm20 mm/s/s。新牌号新牌号L LHL32HL32号液压油，指这种油在号液压油，指这种油在 4040C C时的平均运动粘度为时的平均运动粘度为32 mm32 mm/s/s。我国机械油牌号就是相应的运动粘度。我国机械油牌号就是相应的运动粘度。第11页，共44页。因因、不易直接测量，只用于理论计算，不易直接测量，只用于理论计算，相对粘度是相对值，无量纲。相对粘度是相对值，无量纲。工程上常用相对粘度：工程上常用相对粘度：恩氏度恩氏度0Et 中国、德国、前苏联等中国、德国、前苏联等 赛氏秒赛氏秒SSU 美国美国 雷氏秒雷氏秒Ra 英国英国 巴氏度巴氏度0B 法国法国

9、恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系恩氏粘度与运动粘度之间的换算关系 t=（7.310Et-6.31/0Et）10-6 (m/s)（3 3）相对粘度相对粘度（条件粘度）：（条件粘度）：第12页，共44页。液体的粘度对温度很敏感，温度略液体的粘度对温度很敏感，温度略，内聚力内聚力，粘度显著降低粘度显著降低。粘度与温度、压力的关系粘度与温度、压力的关系粘压特性粘压特性粘温特性粘温特性粘度随温度变化的关系叫粘度随温度变化的关系叫粘温特性粘温特性。粘度随温度的变化较小，即粘温特性较好。粘度随温度的变化较小，即粘温特性较好。随随p而而，压力较小时忽略，压力较小时忽略 第13页，共44页。液压油的粘性摩擦在管

10、道中造成压力损失（能量损失），液压油的粘性摩擦在管道中造成压力损失（能量损失），在液压阀中增加了阀芯运动的阻力。在液压阀中增加了阀芯运动的阻力。粘度低时，增大泄漏，造成流量损失（能量损失）。粘度低时，增大泄漏，造成流量损失（能量损失）。流体的粘性给液压系统流体的粘性给液压系统带来了什么影响？带来了什么影响？第14页，共44页。（1）合适的粘度和良好的粘温特性；）合适的粘度和良好的粘温特性；（2）良好的润滑性；）良好的润滑性；（3）对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长；）对热、氧化水解都有良好稳定性，使用寿命长；（4）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐蚀性小；）抗泡沫性、抗乳化性和防锈性好，腐

11、蚀性小；（5）比热和传热系数大，体积膨胀系数小，）比热和传热系数大，体积膨胀系数小，闪点闪点和和 燃点高，流动点和凝固点低。燃点高，流动点和凝固点低。（6）纯净度好，杂质少；）纯净度好，杂质少；（7）对人体无害，对环境污染小，价格便宜。）对人体无害，对环境污染小，价格便宜。总之：粘度第一位总之：粘度第一位2.1.2 液压油的使用要求液压油的使用要求第15页，共44页。o 闪点又叫闪燃点，是指可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而初次发生闪光时的温度。各种油品的闪点可通过标准仪器测定。闪点温度比着火点温度低些。o 燃点又叫着火点，是指可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而发生火焰

12、能继续燃烧不少于5s时的温度。可在测定闪点后继续在同一标准仪器中测定。可燃性液体的闪点和燃点表明其发生爆炸或火灾的可能性的大小，对运输、储存和使用的安全有极大关系。第16页，共44页。2.1.3 液压介质的种类液压介质的种类液压传动介质按照液压传动介质按照GB/T7631.2-87（等效采用（等效采用ISO 6743/4）进行分类，）进行分类，主要有石油基液压油主要有石油基液压油(Petroleum-based Fluids)和难燃液压液和难燃液压液(Synthetic Fire-resistant Fluids)两大类。两大类。石油基液压油石油基液压油 Petroleum-based Flu

13、ids（1）L-HL液压油（又名普通型机床工业用液压油）：液压油（又名普通型机床工业用液压油）：o采用精制矿物油作基础油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防锈等添加剂采用精制矿物油作基础油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防锈等添加剂调合而成，是当前我国供需量最大的主品种，用于一般液压系统，但调合而成，是当前我国供需量最大的主品种，用于一般液压系统，但只适于只适于0 以上的工作环境。以上的工作环境。o其牌号有：其牌号有：HL22、HL32、HL46、HL68、HL100。在其代号。在其代号L-HL中，中，L代表润滑剂类，代表润滑剂类，H代表液压油，代表液压油，L代表防锈、抗氧化型，最后的数代表防锈、抗氧化型，最后

14、的数字代表运动粘度。字代表运动粘度。第17页，共44页。（2）L-HM液压油（抗磨液压油，液压油（抗磨液压油，M代表抗磨型）：代表抗磨型）：o其基础油与普通液压油同，加有极压抗磨剂，以减少液压件的磨损。适用其基础油与普通液压油同，加有极压抗磨剂，以减少液压件的磨损。适用于于 15以上的高压、高速工程机械和车辆液压系统。以上的高压、高速工程机械和车辆液压系统。o其牌号有：其牌号有：HM32、HM46、HM68、HMI00、HM150（3）L-HR液压油、液压油、L-HG液压油（又名液压一导轨油）：液压油（又名液压一导轨油）：oL-HR液压油是在环境温度变化大的中低压使用的液压油。液压油是在环境温

15、度变化大的中低压使用的液压油。oL-HG液压油液压油除普通液压油所具有的全部添加剂外，还加有油性剂，用于导轨润滑时有良除普通液压油所具有的全部添加剂外，还加有油性剂，用于导轨润滑时有良好的防爬性能。好的防爬性能。适用于机床液压和导轨润滑合用的系统。适用于机床液压和导轨润滑合用的系统。第18页，共44页。（4）L-HV液压油（又名低温液压油、稠化液压油、高粘度指数液压油（又名低温液压油、稠化液压油、高粘度指数液压油）：液压油）：o用深度脱蜡的精制矿物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防锈、用深度脱蜡的精制矿物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防锈、降凝和增粘等添加剂调合而成。降凝和增粘等添加剂调合而成。

16、o其粘温特性好，有较好的润滑性，以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象。其粘温特性好，有较好的润滑性，以保证不发生低速爬行和低速不稳定现象。o适用于低温地区的户外高压系统及数控精密机床液压系统。适用于低温地区的户外高压系统及数控精密机床液压系统。（5）其它专用液压油：如航空液压油（红油）、炮用液压油、舰用液）其它专用液压油：如航空液压油（红油）、炮用液压油、舰用液压油等。压油等。第19页，共44页。难燃液压液难燃液压液 Synthetic Fire-resistant Fluids 难燃液压液分为合成型难燃液压液分为合成型(Synthetics)、油水乳化型、油水乳化型(Oil-water Em

17、ulsions)和高水基型和高水基型(High Water Content Fluids)三大类。三大类。(1)合成型抗燃工作液合成型抗燃工作液 水水-乙二醇液乙二醇液(Water-Glycol)（L-HFC液压液）：液压液）：这种液体含有这种液体含有 3555的水，其余为乙二醇及各种添加剂（增稠剂、抗磨剂、的水，其余为乙二醇及各种添加剂（增稠剂、抗磨剂、抗腐蚀剂等）。抗腐蚀剂等）。优点是凝点低（优点是凝点低（50），有一定的粘性，而且粘度指数高，抗燃。适用于要求防），有一定的粘性，而且粘度指数高，抗燃。适用于要求防火的液压系统。火的液压系统。缺点是价格高，润滑性差，只能用于中等压力（缺点是价

18、格高，润滑性差，只能用于中等压力（20MPa以下）。这种液体以下）。这种液体密度大，所以吸入困难。密度大，所以吸入困难。第20页，共44页。磷酸酯液磷酸酯液(Phosphate Esters)（L-HFDR液压液）液压液）优点：使用温度范围宽（优点：使用温度范围宽（54135），抗燃性好，抗氧化安定性），抗燃性好，抗氧化安定性和润滑性都很好。允许使用现有元件在高压下工作。和润滑性都很好。允许使用现有元件在高压下工作。缺点：价格昂贵（为液压油的缺点：价格昂贵（为液压油的58倍）；有毒性；与多种密封材料倍）；有毒性；与多种密封材料（如丁氰橡胶）的相容性很差，而与丁基胶、乙丙胶、氟橡胶、硅橡胶、（如

19、丁氰橡胶）的相容性很差，而与丁基胶、乙丙胶、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯等均可相容。聚四氟乙烯等均可相容。难燃液压液难燃液压液第21页，共44页。（2）油水乳化型抗燃工作液）油水乳化型抗燃工作液(L-HFB、L-HFAE液压液液压液)油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一种液体以极小的液滴油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一种液体以极小的液滴均匀地分散在另一种液体中所形成的抗燃液体。分水包油乳化液均匀地分散在另一种液体中所形成的抗燃液体。分水包油乳化液(Oil-in-water Emulsions)和油包水乳化液和油包水乳化液(Water-in-oil Emulsions)两大类。两大

20、类。（3）高水基型抗燃工作液）高水基型抗燃工作液(L-HFAS液压液液压液)这种工作液不是油水乳化液。其主体为水，占这种工作液不是油水乳化液。其主体为水，占 95，其余，其余5为各为各种添加剂种添加剂(抗磨剂、防锈剂、抗腐剂、乳化剂、抗泡剂、极压剂、增粘剂等抗磨剂、防锈剂、抗腐剂、乳化剂、抗泡剂、极压剂、增粘剂等)。其。其优点是成本低，抗燃性好，不污染环境。其缺点是粘度低，润滑性差。优点是成本低，抗燃性好，不污染环境。其缺点是粘度低，润滑性差。难燃液压液难燃液压液第22页，共44页。2.1.4 液压油的选择液压油的选择 p液压油类型：机械油、液压油类型：机械油、精密机床液压油、精密机床液压油、

21、气轮机油气轮机油选择时要注意选择时要注意o液压系统的工作压力液压系统的工作压力 压力高，选用粘度较大的液压油。压力高，选用粘度较大的液压油。o环境温度环境温度 温度高，选用粘度较大的液压油。温度高，选用粘度较大的液压油。o运动速度运动速度 速度高，选用粘度较小的液压油。速度高，选用粘度较小的液压油。o液压泵的类型液压泵的类型 各类型泵适用的粘度范围各类型泵适用的粘度范围第23页，共44页。第24页，共44页。2.2 液压油的污染与控制液压油的污染与控制一、污染物的种类及危害一、污染物的种类及危害水水空气空气微生物微生物固体颗粒固体颗粒溶剂、表面活性化合物溶剂、表面活性化合物不正当的热能、静电能

22、、磁场能及放射能不正当的热能、静电能、磁场能及放射能第25页，共44页。二、污染的原因二、污染的原因 外界侵入外界侵入的污染物的污染物液压油液运输过程中带来的污染物液压油液运输过程中带来的污染物液压装置组装的残留物（液压装置组装的残留物（切屑、毛刺、型砂、磨粒、铁锈切屑、毛刺、型砂、磨粒、铁锈等等）从周围环境混入的污染物（从周围环境混入的污染物（空气、尘埃、水滴等空气、尘埃、水滴等）工作过程中工作过程中产生的污染物产生的污染物液压装置中相对运动件磨损时产生的污染物液压装置中相对运动件磨损时产生的污染物（金属微粒、锈斑、涂料剥离片、密封材料剥离金属微粒、锈斑、涂料剥离片、密封材料剥离片片）液压油

23、液物理化学性能变化时产生的污染物（液压油液物理化学性能变化时产生的污染物（水分、水分、气泡以及液压油液变质后的胶状生成物等气泡以及液压油液变质后的胶状生成物等）第26页，共44页。（1 1）对元件和系统进行清洗，清除在加工和组装过程中）对元件和系统进行清洗，清除在加工和组装过程中残留的污染物。液压元件在加工的每道工序后都应净残留的污染物。液压元件在加工的每道工序后都应净化，装配后经严格的清洗。化，装配后经严格的清洗。（2 2）防止污染物从外界侵入。）防止污染物从外界侵入。（3 3）采用合适的过滤器。）采用合适的过滤器。（4 4）控制液压油液的温度。）控制液压油液的温度。（5 5）定期检查和更换

24、液压油液。）定期检查和更换液压油液。三、油压油液的污染控制三、油压油液的污染控制第27页，共44页。提问作业提问作业1 1、粘性是如何产生的？静止的液体有无粘性？、粘性是如何产生的？静止的液体有无粘性？2 2、液压油的动力粘度如何表达？、液压油的动力粘度如何表达？3 3、给你一杯液压油，如何测量它的粘度？、给你一杯液压油，如何测量它的粘度？第28页，共44页。o 人类对流体认识o 问题：1、高尔夫球：表面光滑还是粗糙？2、汽车阻力：来自前部还是后部？3、机翼升力：来自下部还是上部？第29页，共44页。o 高尔夫运动起源与十五世纪。开始人们认为光滑小球飞得远，后来发现表面有很多划痕和裂纹的旧球比

25、新球飞得更远。这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开。现在高尔球表面上有许多窝，在同样大小和重量下，现在高尔球表面上有许多窝，在同样大小和重量下，飞行距离是光滑球的飞行距离是光滑球的5倍。倍。第30页，共44页。o 汽车阻力 汽车发明于19世纪末。第31页，共44页。当时人们认为汽车高速前进时的阻力主要来自车前部对空气的撞击。因此早期的汽车后部是陡峭的，称为箱型车，阻力系数CD很大，约0.8。第32页，共44页。实际上，汽车阻力主要取决于后部形成的尾流。第33页，共44页。20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理，改进了汽车的尾部形状，出现了甲壳虫型，阻力系数下降至0.6。第34

26、页，共44页。5060年代又改进为船型，阻力系数为0.45。第35页，共44页。80年代经风洞实验系统研究后，进一步改进为鱼型，阻力系数为0.3。第36页，共44页。后来又出现楔型，阻力系数为0.2。第37页，共44页。90年代以后，科研人员研制开发了气动性能更优良的未来型汽车，阻力系数仅为0.137。第38页，共44页。经过近80年的研究改进，汽车阻力系数从0.8降至0.137，阻力减小为原来的1/5。目前，在汽车外形设计中流体力学性能研究已占主导地位，合理的外形使汽车具有更好的动力学性能和更低的耗油率。第39页，共44页。3机翼升力：来自下部还是上部？机翼升力：来自下部还是上部？o 人们的直观印象是空气从下面冲击着鸟的翅膀，把鸟托在空中。o 19世纪初建立的流体力学环量理论彻底改变了人们的传统观念。第40页，共44页。足球的香蕉球现象可帮助理解环量理论。旋转的球带动空气形成环流，一侧气体加速，另一侧减速，形成压差力，使足球拐弯，称为马格努斯效应。第41页，共44页。机翼的特殊形状使它不用旋转就能产生环量，上部流速加快形成吸力，下部流速减慢形成压力，两者合成形成升力。第42页，共44页。测量和计算表明，上部吸力的贡献远比下部要大。第43页，共44页。流体力学（流体静力学、运动学和动力学）待续待续第44页，共44页。