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水庫(kù)閘門(mén)液壓系統(tǒng)液壓油特性分析

文檔作者：馬運(yùn)彬文檔來(lái)源：新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月10日
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第9期(總第102期) 中國(guó)水能及電氣化 No 9(TOTALN0．102)
2013年9月 China Water Power&amp;amp;ElectrificatiOn
水庫(kù)閘門(mén)液壓系統(tǒng)液壓油特性分析
馬運(yùn)彬
(新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊830000)
摘要：本文介紹了水利工程中使用液壓油需要考慮的4種液壓油特性， 旨在對(duì)其它水庫(kù)選擇適合的液壓油起
到積極的借鑒作用。
關(guān)鍵詞：液壓油；粘度；壓縮性
中圖分類(lèi)號(hào)：TV698 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8241(2013)09-0031-04
Analysis of Hydraulic Oil Features in Reservoir Gate Hydraulic System
MA Yun—bin
(Xinfiang Yili River Basin Development and Construction Authority，Urumqi 830000，China)
Abstract：This paper describes four hydraulic oil features that should be considered for using hydraulic oil in water
conservancy project．It aims at playing active reference role for other reservoirs to select suitable hydraulic oil．
Key words：hydraulic oil；viscosity；compressibility
隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，液壓系統(tǒng)在水庫(kù)閘門(mén)上的
應(yīng)用越來(lái)越廣泛。液壓油是液壓系統(tǒng)的血液，因此選
擇適合的液壓油直接影響著設(shè)備運(yùn)行效率和使用壽
命。本文簡(jiǎn)要分析了液壓油的重要特性，這是選擇液
壓油的重要依據(jù)。
1 粘度(動(dòng)力粘度)
對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)而言，粘度是液壓油的最重要的
特征，是選擇理想液壓油的基本標(biāo)準(zhǔn)。粘度通常可用
在所遇到的各種壓力及溫度條件下時(shí)刻具備適合的粘
度，以保證液壓系統(tǒng)組件，特別是泵，能夠得到充分
潤(rùn)滑而實(shí)現(xiàn)良好的工作效能。液壓油還必須足夠粘
稠，以確保良好的系統(tǒng)密封性，避免運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從泵、閥
門(mén)、管接頭和電動(dòng)機(jī)等組件的縫隙中泄露。當(dāng)然液壓
油的粘度也不能太高，太高將無(wú)法順暢地在液壓回路
中流動(dòng)。同時(shí)，粘度太高其冷卻性能降低。實(shí)際應(yīng)用
中，應(yīng)盡可能地選擇能夠?qū)Ρ眠M(jìn)行充分潤(rùn)滑的最低粘
度液壓油作為使用的液壓油。
動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和條件粘度三種方法表示。在工 液壓油的粘度是隨著外部條件的改變而改變的。
程實(shí)際中常用到運(yùn)動(dòng)粘度及動(dòng)力粘度，本文所說(shuō)粘度
均為動(dòng)力粘度，兩者之間的換算關(guān)系為／Z=vp(式中，
u為動(dòng)力粘度， 為運(yùn)動(dòng)粘度，P為油密度)。液壓油必須
其中液壓油隨著溫度改變的特征稱(chēng)為粘溫特性。粘溫
特性常用粘度指數(shù)(Ⅵ)表示，粘度指數(shù)是用于衡
量油品粘度隨溫度變化而變化的程度。Ⅵ指數(shù)越高，
37
水電站技術(shù)
Hydropower Station Technology
意味著粘度受溫度的影響程度越小。因此油液Ⅵ指數(shù)
必須足夠高，以確保在系統(tǒng)的工作溫度范圍內(nèi)始終發(fā)
揮效能。液壓油必須在工作溫度上限保持足夠高的粘
度，以保障潤(rùn)滑系統(tǒng)組件。但是，液壓油不能在工作
溫度下限維持過(guò)高的粘度以避免無(wú)法從低溫狀態(tài)中啟
動(dòng)，粘度指數(shù)Ⅵ在100左右最好。
閘門(mén)液壓系統(tǒng)中，液壓油的粘度要求是一個(gè)復(fù)雜
問(wèn)題。因?yàn)殚l門(mén)在一次次啟門(mén)一閉門(mén)一停止的工況
下，壓力從最高到最低不斷變化，液壓油的粘度是隨
著壓力P及溫度t兩個(gè)變量改變相應(yīng)變化的，壓力增
大、溫度下降都將導(dǎo)致液壓油的粘度增加。因此在設(shè)
計(jì)液壓系統(tǒng)、選擇液壓油時(shí)應(yīng)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)及計(jì)算來(lái)
確定相應(yīng)的液壓油，粘度計(jì)算公式為
= e? 刪 (1)
，t 『_ L
式中 “ —— 液壓油在壓力(表測(cè)壓力)為P、溫
度為t下的動(dòng)力粘度；
n、A——粘壓系數(shù)、粘溫系數(shù)；
u。 ?！獕毫榱恪囟葹?0℃ 下的運(yùn)動(dòng)
粘度；
P。。 — — 壓力為零、溫度為15~C下的密度；
A—— 液壓油的熱膨脹率。
Ⅱ、A、1．3。-50、p。
． A可以從液壓油文獻(xiàn)中查得。
筆者工作地點(diǎn)為新疆北疆，那里只有冬夏兩季，
夏季酷熱，冬季嚴(yán)寒而漫長(zhǎng)，水庫(kù)上的閘門(mén)液壓缸又
一直暴露在外，如此惡劣的運(yùn)行環(huán)境下，選擇適合的
液壓油粘度更顯得必要而重要。冬季，要保證液壓油
在最低溫環(huán)境下能夠順暢流動(dòng)，這時(shí)選擇液壓油的傾
點(diǎn)時(shí)就要尤其小心；夏季，溫度升高粘度又下降，要
保證液壓油不能失去對(duì)所有元器件尤其是液壓泵的潤(rùn)
滑作用，這時(shí)液壓油的粘度就比較重要。經(jīng)驗(yàn)告訴筆
者，最適宜的粘度范圍是15cI=溫度下0．1302～
0．1608 N·s／m ；液壓的傾點(diǎn)必須比最低使用溫度
低10~C。
32
2 液壓油的可壓縮性
液壓油的可壓縮性，用于表示油品在受到壓力
時(shí)，體積發(fā)生變化的程度。選擇的液壓油必須具有較
低的可壓縮性，這樣液壓系統(tǒng)呈剛性狀態(tài)，壓力或能
量可以被有效及時(shí)地傳遞，壓縮性較大的液壓油將使
液壓系統(tǒng)呈彈性狀態(tài)，將使泵在產(chǎn)生壓力的過(guò)程中花
費(fèi)更多的時(shí)間和能量，同時(shí)壓力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的時(shí)間
更長(zhǎng)，能量無(wú)法被有效及時(shí)地傳遞，液壓系統(tǒng)中的執(zhí)
行元器件液壓缸會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，因此可壓縮性將影
響到液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度和可控性。在計(jì)算液壓油的
可壓縮性時(shí)，會(huì)用到有效體積彈性模量 ，它表征
了實(shí)際系統(tǒng)的壓縮特性。在壓強(qiáng)較小的情況下，這個(gè)
系數(shù)為常量。通常情況下，當(dāng)壓強(qiáng)P、環(huán)境溫度t、含
氣量 發(fā)生變化時(shí)(此外當(dāng)純凈的液壓油中有含氣量
并產(chǎn)生氣泡時(shí)，同時(shí)會(huì)帶來(lái)其他不良影響，這一問(wèn)
題將在空氣釋放性及扛泡沫性具體論述)，有效體積
彈性系數(shù) 會(huì)發(fā)生明顯變化。下面通過(guò)數(shù)學(xué)模型分
析來(lái)得到P、 對(duì)液壓油有效彈性模量的影響。
K (2)
其中
A = Kl( ) (3)
B=108o( ) Kl+ [ 一( ) -
(4)
以上式中 —— 純液壓油體積彈性模量物理值；
— — 氣泡的容積率(含氣量)；
6?！獦?biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣的溶解度；
P?！跏家簤河蛪毫?；
P—— 初始液壓油壓力；
Ot——?dú)馀莸娜莘e率(含氣量)；
— — 氣體的絕熱指數(shù)，絕熱壓縮時(shí)為
1．4，等溫壓縮時(shí)為1。
水電站技術(shù)
Hydropower Station Technology
由式(2)可知，含氣量O／和壓力P是有效體積
彈性模量 最直接的影響參數(shù)。針對(duì)上式作數(shù)值分
析，取純L—HV46低溫抗磨液壓油的彈性模量Kl=
1500MPa，含氣量 分別取0．1％ ，0．2％ ，0．3％ ，
0．4％ 。從計(jì)算結(jié)果可知，含氣量 對(duì)有效體積彈性
模量的影響顯著，當(dāng)壓力P=10 MPa時(shí)，含氣量 從
0．1％上升至0．5％時(shí)有效體積彈性模量 增大了10
倍多，由此可見(jiàn)含氣量 是彈性模量變化的敏感參
數(shù)。環(huán)境溫度因素也是有效體積彈性模量重要影響因
素，致使該過(guò)程液壓油壓縮性變化規(guī)律顯得較為復(fù)
雜，這里不再作定量分析?？傊瑸榱藴p少壓力、溫
度、含氣量對(duì)液壓油壓縮性的影響，保證閘門(mén)液壓系
統(tǒng)可靠安全運(yùn)行，對(duì)于冬季嚴(yán)寒區(qū)或露天寒區(qū)首先選
用適合技術(shù)規(guī)格的品種。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，選用HV或
HS油比較適合，同時(shí)要防止液壓系統(tǒng)泄露，防止空
氣混入，控制液壓油使用溫度，多方面保證液壓油的
不可壓縮性。
3 空氣釋放性和抗泡沫性
液壓油中氣泡分離的快慢稱(chēng)為液壓油空氣釋放性
(簡(jiǎn)稱(chēng)放氣性)，如果選擇的油品放氣性差，空氣從
油中分離出來(lái)就慢?？諝庠谟椭袦舫厦娼榻B的大
大提高了油品的可壓縮性外，氣泡的存在還會(huì)在高壓
下被壓縮、在低壓下又會(huì)突然膨脹。這種現(xiàn)象會(huì)帶來(lái)
四方面的問(wèn)題：
(I)引起閘門(mén)啟閉機(jī)的強(qiáng)烈振動(dòng)和加大噪聲。
(2)提高液壓油的溫度。實(shí)驗(yàn)表明：氣泡如在
油泵／油缸及油管內(nèi)瞬間壓縮后，其溫度會(huì)急劇升高，
35~C的氣泡加壓至3．5MPa，其溫度可到達(dá)580~C。
(3)降低了油品的密度，增大了油品的粘度，
造成液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)不良，在O~C以下，使得液壓裝置
的啟動(dòng)性能變差。
(4)導(dǎo)致氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。油中氣泡由低壓到
高壓時(shí)，體積急劇減小，局部形成真空，周?chē)后w質(zhì)
點(diǎn)以高速度填補(bǔ)這一空間，而產(chǎn)生局部高壓，使局部
壓力升高，甚至可達(dá)到上千個(gè)大氣壓，致使液壓元器
件壁面產(chǎn)生剝蝕，即發(fā)生了氣蝕。這些現(xiàn)象的發(fā)生將
加快了油品氧化的速度，導(dǎo)致生成沉淀，加速液壓系
統(tǒng)零件的腐蝕和磨損，同時(shí)油品本身的使用壽命也將
縮短，降低了設(shè)備的效率。
為了避免以上問(wèn)題，選擇液壓油不僅要求具有良
好的抗泡性，而且還要求具有良好的空氣釋放性。例
如可以選擇添加了抗泡沫添加劑的液壓油，但添加了
抗泡沫添加劑的液壓油，并不能預(yù)防潤(rùn)滑油的生泡傾
向，而只能降低泡沫吸附膜的穩(wěn)定性，縮短泡沫存在
的時(shí)間，有些添加劑在增強(qiáng)抗泡沫性的同時(shí)，又使油
品的空氣釋放性能?chē)?yán)重變差。因此最好的方法是加強(qiáng)
液壓油使用中的維護(hù)，采取具有旋流加速離心裝置的
濾油機(jī)定期過(guò)濾液壓油中的氣泡；此外采取方法避免
空氣進(jìn)入液壓油也是必不可少的措施，如油箱內(nèi)的液
壓油液位不能過(guò)低、泵的進(jìn)油管密封良好、閘門(mén)液壓
啟閉機(jī)的回油管口設(shè)置低于油箱油面等。
4 抗磨性
抗磨液壓油是從防銹、抗氧液壓油基礎(chǔ)上發(fā)展而
來(lái)的?？鼓ヒ簤河驮谥?、高壓系統(tǒng)中使用時(shí)，不僅具
有良好的抗氧防銹性，而且其抗磨性尤為突出?？鼓?
液壓油的作用原理是：抗磨添加劑在摩擦產(chǎn)生高溫的
金屬組件表面形成一層化學(xué)物質(zhì)薄膜，從而降低元器
件的磨損程度。目前根據(jù)抗磨添加劑的成分將抗磨液
壓油分為兩類(lèi)：含金屬鹽的有灰型抗磨液壓油，不含
金屬鹽的無(wú)灰型抗磨液壓油。其中無(wú)灰型抗磨液壓油
是上世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來(lái)的，抗磨性雖然稍差，
但它在破乳化性、氧化安定性、抗泡沫性方面有明顯
優(yōu)勢(shì)。根據(jù)研究，抗磨液壓油在提高設(shè)備運(yùn)行安全性、
可靠性，減少磨損量、延長(zhǎng)系統(tǒng)和元器件的使用壽命
方面起著不可替代的作用。筆者所接觸到的一般水庫(kù)
大型工作閘門(mén)，重量都在150t以上，啟閉力需要2×
1600kN以上，系統(tǒng)工作壓力在15MPa以上，軸向柱
塞泵壓力更是高達(dá)31．5MPa，且大部分液壓系統(tǒng)中的
33
水電站技術(shù)
Hydropower Station Technology
液壓缸處在水面上或水面下，因此用于水庫(kù)泄流排沙
工程的閘門(mén)液壓系統(tǒng)應(yīng)無(wú)條件地選擇抗磨液壓油，雖
然其價(jià)格較高，但從整體效益上講，使用抗磨液壓油
是理想的。
5 液壓油的其它特性
(1)抗氧化性?？寡趸詮?qiáng)的液壓油，其使用
壽命也長(zhǎng)，從而節(jié)約購(gòu)置、更換液壓油的成本。提高
液壓油的抗氧化性的方法通常是加入抗氧化劑。
(2)抗乳化性。液壓油迅速分離水的能力就是
液壓油的抗乳化性?？谷榛畹囊簤河?，乳化后會(huì)生
成可溶性油泥，流動(dòng)性差，引起磨損。液壓油中的抗
磨、抗氧化添加劑會(huì)嚴(yán)重影響抗乳化性，在對(duì)抗乳化
性要求高的液壓油中，不能使用這些添加劑。
(3)生物降解能力。隨著生態(tài)文明建設(shè)及人們
環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，液壓油的生物降解能力越來(lái)越受到
重視。但目前大多數(shù)具有生物降解能力的液壓油都是
基于植物油生產(chǎn)的，其性能較礦物液壓油相差較遠(yuǎn)。
6 結(jié)語(yǔ)
水庫(kù)閘門(mén)液壓系統(tǒng)液壓油的選擇應(yīng)以油品的粘
度、可壓縮性、空氣釋放性和抗泡沫性、抗磨性為基
礎(chǔ)，再根據(jù)液壓系統(tǒng)其他特殊工況、液壓設(shè)備類(lèi)型、
環(huán)境因素和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行全面綜合考慮和判斷。有時(shí)在
滿(mǎn)足基礎(chǔ)條件的同時(shí)，一些特殊要求也基本滿(mǎn)足，例
如當(dāng)選擇抗磨液壓油時(shí)，其抗氧化性腐蝕性肯定隨之
滿(mǎn)足；但當(dāng)特殊要求與基礎(chǔ)條件滿(mǎn)足相矛盾時(shí)，例如
一些添加劑的使用的確提高了某一性能，但卻減低了
液壓油的其它性能，因此，我們要根據(jù)具體情況，最
大程度上消除矛盾。
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嘉陵江亭子口水利樞紐2號(hào)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電
8月29日15時(shí)51分，嘉陵江亭子口水利樞紐2號(hào)機(jī)組72小時(shí)試運(yùn)成功，進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。新
機(jī)組的投產(chǎn)，再次刷新國(guó)內(nèi)同類(lèi)型機(jī)組啟動(dòng)最快紀(jì)錄，將有效緩解持續(xù)高溫用電緊張局面，為川東
北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供清潔環(huán)保能源。
亭子口電站裝機(jī)容量ll0萬(wàn)千瓦，設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量32億千瓦時(shí)，建成后，配合嘉陵江下游各
梯級(jí)電站實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)發(fā)電，相當(dāng)于在不新建電站的基礎(chǔ)上為全流域多增l8萬(wàn)千瓦的水電裝機(jī)。
8月9日，首臺(tái)機(jī)組比國(guó)家批復(fù)計(jì)劃提前5個(gè)月在亭子口成功并網(wǎng)發(fā)電。在距離首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)8
天后，2號(hào)機(jī)組也迅速投產(chǎn)，這比國(guó)家批復(fù)計(jì)劃提前6個(gè)月。截至目前，雙機(jī)總發(fā)電量已達(dá)1．7億
千萬(wàn)時(shí)。
嘉陵江亭子口水利樞紐位于廣元蒼溪縣境內(nèi)，是國(guó)家完善長(zhǎng)江防洪體系六大重點(diǎn)工程之一，也
是嘉陵江干流唯一的控制性骨干工程、西部大開(kāi)發(fā)重點(diǎn)工程、四川“再造一個(gè)都江堰灌區(qū)” 骨干
工程。
來(lái)源：2013年8月30日《四川日?qǐng)?bào)》

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