جريان سيال در سيستم‌های هيدروليک

راهنمای جامع اصول و جریان سیال در سیستم‌های هیدرولیک: پارامترها، عملگرها، مخزن و فیلتراسیون

بررسی دقیق رفتار سیالات، شناخت پارامترهای ترمودینامیکی و مکانیکی، و تسلط بر اصول انتقال قدرت، شالوده اصلی طراحی و بهره‌برداری از هر سیستم هیدرولیک صنعتی به شمار می‌رود. در این مطلب به بررسی پارامترهای مؤثر بر جریان سیال، انواع عملگرها، الزامات طراحی مخزن روغن، سیالات هیدرولیک و سیستم‌های فیلتراسیون می‌پردازیم.

پارامترها و اصول مؤثر بر جریان سیال در هیدرولیک

رفتار سیال تحت فشار بر اساس قوانین فیزیک و مکانیک سیالات تحلیل می‌شود. مهم‌ترین پارامترها و اصول حاکم عبارتند از:

• ویژگی‌های فیزیکی سیال: وزن، چگالی، وزن مخصوص، لزجت (Viscosity)، و مدول بالک ($B$) که میزان تراکم‌ پذیری سیال را تعیین می‌کند.

• قوانین بنیادی: بقای انرژی، معادله برنولی و معادله پیوستگی حاکم بر جریان سیالات.

• رژیم‌های جریان: جریان آرام (Laminar) و جریان مغشوش (Turbulent).

• کنترل سرعت عملگرها: کنترل سرعت سیلندر هیدرولیکی از طریق کنترل جریان ورودی، کنترل جریان خروجی، یا ارسال بخشی از جریان به مخزن.

عملگرهای هیدرولیکی (Actuators)

از عملگرها در سیستم‌های هیدرولیکی به منظور تبدیل قدرت سیال تحت فشار به قدرت مکانیکی (حرکت خطی یا دورانی) استفاده می‌شود. میزان قدرت به وجود آمده به نرخ جریان، افت فشار در عملگر و راندمان کلی آن بستگی دارد. بزرگ‌ترین مزیت سیستم هیدرولیک نسبت به سیستم‌های مکانیکی، انعطاف‌پذیری اجزای قدرت (شلنگ‌ها و لوله‌ها) و تبدیل مستقیم قدرت سیال به حرکات خطی و دورانی است.

عملگرهای هیدرولیکی به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

1. عملگرهای خطی (سیلندرها): برای اعمال نیروی خطی، جابجایی بار یا نگهداشتن آن در موضع مورد نظر.

2. عملگرهای دورانی با چرخش مداوم (هیدروموتورها)

3. عملگرهای دورانی با حوزه چرخش محدود (شبه‌دورانی)

عملگرهاي خطي هيدروليکي

در سيلندرهاي هيدروليکي به منظور اعمال نيروي خطي و جابجا نمودن بار يا نگهداشتن آن در موضع مورد نظر استفاده مي شود . فاکتورهاي زير در ارتباط با انتخاب سيلندرهاي هيدروليکي مطرح مي باشند.

1. کاربرد سيلندر
2. ساختمان داخلي
3. نيروي مورد نياز
4. دماي کاري
5. وضعيت بار
6. تعداد سيکل در واحد زمان
7. روش نصب
8. نيروي شتاب دهنده و کاهنده سرعت

کمانش ميله پيستون

در سيلندر هيدروليکي، ميله پيستون مانند ستون، زير بار فشاري قرار دارد. بنابراين، جهت جلوگيري از کمانش، ميله بايد از قطر کافي برخوردار باشد. جهت محاسبه قطر مناسب ميله پيستون در رابطه با کمانش از تئوري اويلر استفاده مي شود. در بکار گيري اين تئوري لازم است طول ميله پيستون و طريقه اتصال آن به بار در نظر گرفته مي شود. سازندگان سيلندر ها در کاتالوگهاي خود با مشخ نمودن قطر ميله پيستون بازاء هر کورس فشاري (براي نيروهاي فشاري)، راهنمائيهاي لازم را در اين رابطه ارائه مي نمايند.

سرعت‌هاي حداکثر سيلندر

حداکثر سرعت ميله پيستون دو عامل زير محدود مي گردد:

1. ميزان جريان ورودي به سيلندر و خروجي از آن
2. مقاومت سيلندر در مقابل بارهاي ضربه اي ناشي از توقف پيستون

درجه حرارت کاري

به دليل جلوگيري از خرابي سريع آب بند هاي الاستومري حداکثر دماي کاري نبايد از ۸۰ درجه سانتيگراد تجاوز نمايد. در بعضي مواقع براي جلوگيري از نفوذ گرماي خارجي به داخل سيلندر نصب سپر حرارتي ضروري مي باشد. با استفاده از رينگهاي فلزي پيستون به جاي آب بند هاي الاستومري مي توان محدوده مجاز دماي کاري را افزايش داد. خرابي روغن هاي معدني در دماي بالاي ۵۰ درجه سانتيگراد شروع مي شود. اين مشکل در دماهاي پايين نيز وجود دارد.

مخزن ذخیره روغن

طراحی مناسب مخزن از جمله عوامل مؤثر در بالا بردن بازدهی و عمر قطعات سیستم هیدرولیک می‌باشد. مخزن محلی است که در آن لجن، آب و ذرات فلزی تهی‌نشین شده و به حباب‌های هوا اجازه داده می‌شود تا با فرار نمودن به طرف سطح از روغن جدا شوند. بنابراین مخزن تنها به عنوان فضای نگهداری سیال هیدرولیک نبوده بلکه مکان اصلی تأمین شرایط مورد نیاز آن می‌باشد.

• فیلتر خط مکش پمپ باید به اندازه مناسب زیر سطح روغن و به فاصله $1.5$ تا $3/4$ اینچ بالاتر از سطح روغن قرار بگیرد.

• به منظور جلوگیری از کف کردن روغن، خط برگشت اصلی باید زیر سطح روغن (به اندازه دو برابر قطر خط برگشت بالاتر از کف مخزن) و در ناحیه ای مقابل خط مکش پمپ نصب گردد.

• خطوط جمع‌آوری نشتی، دارای فشار صفر بوده و باید از خط برگشت اصلی جدا و در بالای سطح روغن تخلیه گردند. در نتیجه هوای غیر محلول از روغن جدا شده و از بروز هواگرفتگی در خطوط حیاتی جلوگیری به‌عمل می‌آید.

• خطوط متصل به اتمسفر که حاوی مقادیر زیادی هوا می‌باشند باید در بالای سطح روغن و در داخل سطح شیب‌دار ۵ تا ۱۰ درجه تخلیه گردد.

• مجرای تنفسی نصب شده بر روی سطح مخزن مجهز به صافی باشد.

• لوله تغذیه روغن مخزن مجهز به صافی باشد.

• شاخص شیشه‌ای

• مجرای خروجی در پایین‌ترین نقطه

• رنگ‌آمیزی جداره داخلی

• صفحات موج‌گیر (Baffles)

سیالات هیدرولیک

روغن معدنی از ابتدای قرن بیستم در دسترس بوده است اما استفاده از مواد افزودنی جهت بهبود بخشیدن خواص شیمیایی و فیزیکی روغن‌های هیدرولیکی در سال‌های ۱۹۴۰ آغاز شد. این روغن‌ها، به شدت قابل اشتعال بوده و هنگام کاربرد در درجه حرارت بالا احتمال جدی بروز خطر وجود دارد.

خواص سیال هیدرولیک

• چگالی نسبی یا وزن مخصوص (حدود ۰.۹ می‌باشد)

• لزجت

• شاخص لزجت

• مشخصات لزجت – فشار

• پایداری برش

• مشخصه ایجاد کف

• نقطه ریزش

• تراکم‌پذیری

• انبساط حرارتی

• روغن‌کاری

انواع سیالات هیدرولیک

• روغن معدنی

• محلول شیری روغن در آب

• محلول شیری آب در روغن

• سیالات آب گلیکول

• فسفات استر

انواع لوله‌ها و اتصالات هدایت‌کننده

• لوله‌های صلب فولادی

• لوله‌های نیمه‌صلب

• لوله‌های پلاستیکی

• شلنگ‌های انعطاف‌پذیر

صافی‌ها و فیلترها (سیستم فیلتراسیون)

جالب است بدانید بدترین دشمن قطعات پیشرفته و دقیق هیدرولیکی سیال آلوده می‌باشد.

عوامل مؤثر در ایجاد آلودگی:

۱. ایجاد آلودگی هنگام ساخت، نگهداری و مونتاژ اجزاء در اثر ورود ذرات فلزی، تراشه رزوه لوله‌ها، ذرات درپوش لوله‌ها، ذرات مواد آب‌بندی، ذرات جوش و جرم‌های داخل اجزاء.

۲. ایجاد آلودگی هنگام عملکرد دستگاه در اثر ورود آب به داخل مخزن هیدرولیک، تولید گاز در مخزن، ایجاد جرم در لوله‌ها، ذرات آب‌بندهای سائیده شده مستعمل، ذرات فلزی قطعات سائیده شده، اکسیده شدن روغن.

۳. ورود آلودگی از خارج از سیستم هیدرولیک.

صافی‌ها

صافی در مقایسه با فیلتر به‌منظور جدا کردن ذرات درشت‌تر مورد استفاده قرار گرفته و در مقابل عبور جریان مقاومت کمتری ایجاد می‌کند. در ساختمان داخل صافی از صفحات فلزی با سوراخ‌هایی به اندازه حداکثر ۰/۰۰۵۹ اینچ (حدوداً ۱۵۰ میکرون) استفاده شده است.

فیلترها

فیلتر وسیله‌ای است که قادر به جداسازی ذرات میکرونی غیرمحلول در سیال می‌باشد. مطالعات نشان داده است که ذرات به اندازه ۱ میکرون نیز می‌توانند اثر مخربی بر سیستم هیدرولیک بر جای گذارند. فیلترها قابل نصب بر روی خط خروجی پمپ با انواع قابل نصب در خط برگشت به مخزن دارای تفاوت‌های زیادی می‌باشند. استفاده از فیلترهای ۲۵ تا ۳۵ میکرونی در خط برگشت مناسب می‌باشد. استفاده از انواع ۱۰ میکرونی در سیستم‌های بسیار حساس که از شیرهای سروو استفاده می‌کنند ضروری است.

جدول مشخصات فنی سیستم و تجهیزات جریان سیال

برای بررسی دقیق این تجهیزات، مشخصات پایه‌ای آن به شرح زیر دسته‌بندی شده است:

خدمات مهندسی و صنعتی هیدروآزما در حوزه طراحی مدار و کنترل جریان

برای راه‌اندازی، تنظیم و بهره‌برداری بهینه از سیستم‌ها در قالب یک مدار هیدرولیک استاندارد، شرکت هیدروآزما خدمات تخصصی زیر را ارائه می‌دهد:

• تامین و واردات انواع پمپ هیدرولیک، شیر پروپرشنال، فیلترها و تجهیزات کنترلی اصل.

• اجرای دقیق تست‌های عملکردی شامل تست هیدرولیک، تست پمپ هیدرولیک و تست شیر هیدرولیک با استفاده از دستگاه تست هیدرولیک پیشرفته.

• خدمات تخصصی تعمیر پمپ هیدرولیک، تعمیر تجهیزات هیدرولیک و اورهال هیدرولیک سیستم‌های سنگین.

• طراحی مدار هیدرولیک صنعتی و طراحی پاور پک هیدرولیک (یونیت هیدرولیک) متناسب با استانداردهای جریان.

• ارائه خدمات مشاوره هیدرولیک و برگزاری دوره‌های تخصصی آموزش هیدرولیک صنعتی و دوره آموزش هیدرولیک.

سوالات متداول 

۱. چرا کنترل دمای روغن در سیستم هیدرولیک اهمیت دارد؟

افزایش دما بیش از ۸۰ درجه سانتی‌گراد موجب خرابی آب‌بندهای الاستومری و نشتی شده، و دمای بالای ۵۰ درجه سانتی‌گراد موجب شروع تخریب روغن‌های معدنی می‌شود.

۲. تفاوت اصلی صافی و فیلتر در هیدرولیک چیست؟

صافی برای جداسازی ذرات درشت‌تر (تا ۱۵۰ میکرون) با افت فشار کم استفاده می‌شود، در حالی که فیلترها ذرات ریز میکرونی را جذب می‌کنند.

۳. آیا خدمات طراحی مدار هیدرولیک و پاورپک در هیدروآزما انجام می‌شود؟

بله، واحد فنی هیدروآزما آماده ارائه خدمات تخصصی طراحی مدار هیدرولیک، ساخت یونیت‌های هیدرولیک و اورهال سیستم‌ها است.

۴. چگونه می‌توان برای استعلام قیمت و دریافت خدمات مهندسی اقدام کرد؟

برای دریافت مشاوره فنی، استعلام قیمت تجهیزات و ثبت سفارش می‌توانید با شماره تلفن 66154024-021 تماس حاصل فرمایید.

 

همین حالا برای مشاوره رایگان و استعلام قیمت قطعات با ما تماس بگیرید.

۶۵۰۲۰۸۱۹ ۶۶۱۵۴۰۲۴ ۶۶۱۵۳۹۲۸ پیام رسان بله