الأنظمة الهيدروليكية واختيار السوائل

ما هو النظام الهيدروليكي؟

يمكن العثور على الأنظمة الهيدروليكية اليوم في مجموعة متنوعة من التطبيقات ، من عمليات التجميع الصغيرة إلى تطبيقات مصانع الورق والصلب المتكاملة . تمكّن المكونات الهيدروليكية المشغل من إنجاز عمل كبير (رفع الأحمال الثقيلة ، وتدوير العمود ، وحفر ثقوب دقيقة ، وما إلى ذلك) مع الحد الأدنى من الاستثمار في الربط الميكانيكي من خلال تطبيق قانون باسكال ، الذي ينص على:

“الضغط المطبق على مائع محصور في أي نقطة ينتقل دون تناقص في جميع أنحاء السائل في جميع الاتجاهات ويعمل على كل جزء من وعاء الحصر بزوايا قائمة على أسطحه الداخلية وعلى قدم المساواة على مناطق متساوية (الشكل 1).

الشكل 1 – قانون باسكال

من خلال تطبيق قانون باسكال وتطبيق براهما له ، من الواضح أن قوة إدخال مقدارها 100 رطل على 10 بوصات مربعة ستطور ضغطًا قدره 10 أرطال لكل بوصة مربعة في جميع أنحاء الوعاء المحصور. سوف يدعم هذا الضغط وزنًا يبلغ 1000 رطل إذا كانت مساحة الوزن 100 بوصة مربعة.

يتحقق مبدأ قانون باسكال في النظام الهيدروليكي بواسطة السائل الهيدروليكي الذي يستخدم لنقل الطاقة من نقطة إلى أخرى. نظرًا لأن السائل الهيدروليكي غير قابل للضغط تقريبًا ، فإنه قادر على نقل الطاقة على الفور.

مكونات النظام الهيدروليكي

المكونات الرئيسية التي يتكون منها النظام الهيدروليكي هي الخزان والمضخة والصمام (الصمامات) والمشغل (المحركات) (المحرك ، الأسطوانة ، إلخ).

الخزان

الغرض من الخزان الهيدروليكي هو الاحتفاظ بحجم السائل ، ونقل الحرارة من النظام ، والسماح للملوثات الصلبة بالاستقرار وتسهيل إطلاق الهواء والرطوبة من السائل.

ضخ

وينقل المضخة الهيدروليكية الطاقة الميكانيكية إلى طاقة هيدروليكية. يتم ذلك عن طريق حركة السائل الذي هو وسيط النقل. هناك عدة أنواع من المضخات الهيدروليكية بما في ذلك التروس والريشة والمكبس. تحتوي كل هذه المضخات على أنواع فرعية مختلفة مخصصة لتطبيقات محددة مثل مضخة كباس ذات محور منحني أو مضخة دوارة متغيرة الإزاحة. تعمل جميع المضخات الهيدروليكية على نفس المبدأ ، وهو إزاحة حجم السائل مقابل حمل أو ضغط مقاوم.

صمامات

تستخدم الصمامات الهيدروليكية في النظام لبدء، ووقف وتوجيه تدفق السوائل. تتكون الصمامات الهيدروليكية من قوارير أو بكرات ويمكن تشغيلها بوسائل تعمل بالهواء المضغوط أو هيدروليكي أو كهربائي أو يدوي أو ميكانيكي.

المشغلات

المشغلات الهيدروليكية هي النتيجة النهائية لقانون باسكال. هذا هو المكان الذي يتم فيه تحويل الطاقة الهيدروليكية مرة أخرى إلى طاقة ميكانيكية. يمكن القيام بذلك من خلال استخدام أسطوانة هيدروليكية تقوم بتحويل الطاقة الهيدروليكية إلى حركة وعمل خطي ، أو محرك هيدروليكي يحول الطاقة الهيدروليكية إلى حركة وعمل دوراني. كما هو الحال مع المضخات الهيدروليكية ، تحتوي الأسطوانات الهيدروليكية والمحركات الهيدروليكية على عدة أنواع فرعية مختلفة ، كل منها مخصص لتطبيقات تصميم محددة.

المكونات الهيدروليكية الرئيسية المشحمة

هناك العديد من المكونات في النظام الهيدروليكي والتي تعتبر مكونات حيوية بسبب تكلفة الإصلاح أو أهمية المهمة ، بما في ذلك المضخات والصمامات. يجب معالجة العديد من التكوينات المختلفة للمضخات بشكل فردي من منظور التزييت. ومع ذلك ، بغض النظر عن تكوين المضخة ، يجب أن تمنع مادة التشحيم المحددة التآكل ، وتفي بمتطلبات اللزوجة ، وتبدي ثباتًا حراريًا ، ويمكن التعرف عليها بسهولة ( في حالة حدوث تسرب ).

مضخات الريشة

هناك العديد من أنواع مضخات الريشة المتاحة بين الشركات المصنعة. انهم جميعا يعملون على مبادئ تصميم مماثلة. يقترن الدوار المشقوق بعمود القيادة ويتحول داخل حلقة الكامة التي تكون متوازنة أو غريبة الأطوار إلى عمود القيادة. يتم إدخال دوارات في فتحات الدوار وتتبع السطح الداخلي لحلقة الكامة أثناء دوران الدوار.

تكون الدوارات والسطح الداخلي لحلقات الكامة دائمًا على اتصال وتخضع لقدر كبير من التآكل. مع تآكل السطحين ، تخرج الريشات من فتحتها. توفر مضخات الريشة تدفقًا ثابتًا بتكلفة عالية. تعمل مضخات الريشة في نطاق لزوجة طبيعية بين 14 و 160 cSt في درجة حرارة التشغيل. قد لا تكون مضخات الريشة مناسبة للأنظمة الهيدروليكية ذات الضغط العالي الحرجة حيث يصعب التحكم في التلوث وجودة السوائل. بشكل عام ، يعد أداء المادة المضادة للتآكل للسائل مهمًا جدًا مع مضخات الريشة.

مضخات المكبس

كما هو الحال مع جميع المضخات الهيدروليكية ، تتوفر مضخات المكبس بتصميمات ثابتة ومتغيرة الإزاحة. تعد مضخات المكبس عمومًا أكثر أنواع المضخات تنوعًا وقوة وتوفر مجموعة من الخيارات لأي نوع من الأنظمة. يمكن أن تعمل مضخات المكبس عند ضغوط تتجاوز 6000 رطل / بوصة مربعة ، وهي عالية الكفاءة وتنتج ضوضاء قليلة نسبيًا. تميل العديد من تصميمات مضخات المكبس أيضًا إلى مقاومة التآكل بشكل أفضل من أنواع المضخات الأخرى. تعمل مضخات المكبس في نطاق لزوجة سائل عادي من 10 إلى 160 سنتي ستيتر.

المضخات

الترسية هناك نوعان شائعان من مضخات التروس ، داخليًا وخارجيًا. يحتوي كل نوع على مجموعة متنوعة من الأنواع الفرعية ، ولكن كل منها يطور التدفق عن طريق حمل السوائل بين أسنان مجموعة التروس المتشابكة. على الرغم من أن مضخات التروس أقل كفاءة بشكل عام من مضخات الريشة والمضخات ، إلا أنها غالبًا ما تكون أكثر تحملاً لتلوث السوائل.

تنتج مضخات التروس الداخلية ضغوطًا تصل إلى 3000 إلى 3500 رطل / بوصة مربعة. توفر هذه الأنواع من المضخات نطاقًا واسعًا من اللزوجة يصل إلى 2200 cSt ، اعتمادًا على معدل التدفق وهي هادئة بشكل عام. تتمتع مضخات التروس الداخلية أيضًا بكفاءة عالية حتى في اللزوجة المنخفضة للسوائل.

تعد مضخات التروس الخارجية شائعة ويمكنها التعامل مع ضغوط تصل إلى 3000 إلى 3500 رطل / بوصة مربعة. توفر مضخات التروس هذه توصيلًا ثابتًا وغير مكلف ومتوسط ​​الضغط ومتوسط ​​الحجم وثابت إلى النظام. تقتصر نطاقات اللزوجة لهذه الأنواع من المضخات على أقل من 300 سنتي ست.

السوائل

الهيدروليكية تخدم السوائل الهيدروليكية اليوم أغراضًا متعددة. تتمثل الوظيفة الرئيسية للسائل الهيدروليكي في توفير نقل الطاقة عبر النظام الذي يتيح إنجاز العمل والحركة. السوائل الهيدروليكية مسؤولة أيضًا عن التشحيم ونقل الحرارة والتحكم في التلوث. عند اختيار مادة تشحيم ، ضع في اعتبارك اللزوجة وتوافق الختم والقاعدة وحزمة المواد المضافة. هناك ثلاثة أنواع شائعة من السوائل الهيدروليكية الموجودة في السوق اليوم وهي قائمة على البترول ، وقائمة على الماء ، ومواد تركيبية.

بصرف النظر عن هذه الخصائص الأساسية ، هناك خاصية أخرى يجب مراعاتها وهي الرؤية. إذا حدث أي تسرب هيدروليكي ، فأنت تريد اكتشافه مبكرًا حتى لا تتلف معداتك. يمكن أن يساعدك اختيار مادة تشحيم مصبوغة على اكتشاف التسربات بسرعة ، مما يحفظ مصنعك بشكل فعال من تعطل الماكينة.

عشر خطوات للتحقق من نطاق اللزوجة الأمثل

1. عند اختيار مواد التشحيم ، تأكد من أن مادة التشحيم تعمل بكفاءة وفقًا لمعايير تشغيل مضخة النظام أو المحرك. من المفيد أن يكون لديك إجراء محدد لمتابعة العملية. ضع في اعتبارك نظامًا بسيطًا به مضخة تروس ثابتة الإزاحة تقود أسطوانة ( الشكل 2 ).
2. اجمع كل البيانات ذات الصلة بالمضخة. يتضمن ذلك جمع جميع قيود التصميم وخصائص التشغيل المثلى من الشركة المصنعة. ما تبحث عنه هو نطاق لزوجة التشغيل الأمثل للمضخة المعنية. الحد الأدنى للزوجة هو 13 سنتيتر ، وأقصى اللزوجة 54 سنتيتر ، واللزوجة المثلى هي 23 سنتي ستريت.
3. تحقق من ظروف درجة حرارة التشغيل الفعلية للمضخة أثناء التشغيل العادي. هذه الخطوة مهمة للغاية لأنها تعطي نقطة مرجعية لمقارنة السوائل المختلفة أثناء العملية. تعمل المضخة عادة عند 92 درجة مئوية.
4. اجمع خصائص درجة حرارة اللزوجة لزيوت التشحيم المستخدمة. يوصى باستخدام نظام تصنيف اللزوجة ISO (cSt عند 40 درجة مئوية و 100 درجة مئوية). تبلغ اللزوجة 32 درجة مئوية عند 40 درجة مئوية و 5.1 درجة مئوية عند 100 درجة مئوية.
5. احصل على مخطط درجة حرارة اللزوجة القياسية ASTM D341 للمنتجات البترولية السائلة. هذا المخطط شائع جدًا ويمكن العثور عليه في معظم أدلة منتجات زيوت التشحيم الصناعية ( الشكل 3 ) أو من موردي مواد التشحيم .
6. باستخدام خصائص اللزوجة لزيوت التشحيم الموجودة في الخطوة 3 ، ابدأ عند محور درجة الحرارة (المحور السيني) في الرسم البياني وقم بالتمرير على طول حتى تجد خط 40 درجة مئوية. عند خط 40 درجة مئوية ، قم بالتتبع لأعلى حتى تجد الخط المقابل لزوجة مادة التشحيم الخاصة بك عند 40 درجة مئوية كما هو منشور من قبل الشركة المصنعة لزيوت التشحيم الخاصة بك. عندما تجد الخط المقابل ، ضع علامة صغيرة عند تقاطع الخطين (الخطوط الحمراء ، الشكل 5 ).
7. كرر الخطوة 5 لخصائص مواد التشحيم عند 100 درجة مئوية وحدد نقطة التقاطع (الخط الأزرق الداكن ، الشكل 5 ).
8. قم بتوصيل العلامات عن طريق رسم خط من خلالهم بحافة مستقيمة (الخط الأصفر ، الشكل 5 ). يمثل هذا الخط لزوجة مادة التشحيم في مجموعة من درجات الحرارة.
9. باستخدام بيانات الشركة المصنعة للحصول على لزوجة التشغيل المثلى للمضخة ، ابحث عن القيمة على محور اللزوجة الرأسية للمخطط. ارسم خطًا أفقيًا عبر الصفحة حتى يصل إلى اللزوجة الصفراء مقابل خط درجة الحرارة لزيوت التشحيم. الآن ارسم خطًا رأسيًا (الخط الأخضر ، الشكل 5 ) إلى أسفل الرسم البياني من اللزوجة الصفراء مقابل خط درجة الحرارة حيث يتقاطع مع خط اللزوجة الأمثل الأفقي. عندما يتقاطع هذا الخط ، يكون محور درجة الحرارة هو درجة حرارة التشغيل المثلى للمضخة لزيوت التشحيم المحددة هذه (69 درجة مئوية).
10. كرر الخطوة 8 للحصول على أقصى قدر من اللزوجة المستمرة والحد الأدنى المستمر للمضخة (خطوط بنية اللون ، الشكل 5 ). المنطقة الواقعة بين درجات الحرارة الدنيا والقصوى هي درجة حرارة التشغيل الدنيا والقصوى المسموح بها للمضخة لمنتج التشحيم المحدد.

ابحث عن درجة حرارة التشغيل العادية للمضخة على الرسم البياني باستخدام مسح مسدس الحرارة الذي تم إجراؤه في الخطوة 2. إذا كانت القيمة ضمن درجات الحرارة الدنيا والقصوى كما هو موضح في الرسم البياني ، فإن السائل مناسب للاستخدام في النظام. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فيجب عليك تغيير السائل إلى درجة لزوجة أعلى أو أقل وفقًا لذلك. كما هو موضح في الرسم البياني ، فإن ظروف التشغيل العادية للمضخة خارج النطاق المناسب (المنطقة البنية ، الشكل 5 ) لزيوت التشحيم الخاصة بنا وسيتعين تغييرها.

تجميع السوائل الهيدروليكية

الغرض من تجميع السوائل الهيدروليكية هو تقليل التعقيد والمخزون. يجب توخي الحذر عند مراعاة جميع خصائص السوائل الحرجة المطلوبة لكل نظام. لذلك ، يجب أن يبدأ توحيد السوائل على مستوى النظام. ضع في اعتبارك ما يلي عند دمج السوائل:

تحديد المتطلبات المحددة لكل قطعة من المعدات. ضع في اعتبارك جميع حدود التشغيل العادية لمعداتك.

تحدث إلى ممثل زيوت التشحيم المفضل لديك. يمكنك جمع ونقل معلومات مهمة حول احتياجات التشحيم لمعداتك. سيضمن ذلك حصول المورد الخاص بك على جميع المنتجات التي تحتاجها. لا تضحي بمتطلبات النظام لتحقيق التوحيد.

أيضًا ، لاحظ ممارسات إدارة السوائل الهيدروليكية التالية.

نفِّذ إجراءً لتصنيف جميع مواد التشحيم الواردة ووضع علامات على جميع الخزانات . سيؤدي ذلك إلى تقليل التلوث المتبادل وضمان تلبية متطلبات الأداء الحرجة.

الأنظمة الهيدروليكية هي أنظمة معقدة تعتمد على السوائل لنقل الطاقة وتحويل تلك الطاقة إلى عمل مفيد. تتطلب العمليات الهيدروليكية الناجحة الاختيار الدقيق للسوائل الهيدروليكية التي تلبي متطلبات النظام . يعد اختيار اللزوجة أمرًا أساسيًا لاختيار السوائل الصحيح.

هناك معلمات مهمة أخرى يجب مراعاتها أيضًا ، بما في ذلك مؤشر اللزوجة ومقاومة التآكل ومقاومة الأكسدة. غالبًا ما يمكن دمج السوائل لتقليل التعقيد وتكلفة تخزين المواد. يجب توخي الحذر لتجنب التضحية بأداء السوائل في محاولة لتحقيق توحيد السوائل.