纯水液压传动概述

纯水液压传动概述

摘要纯水液压以其绿色环保等特性成为液压界的重要研究方向。本文论述了纯水液压传动的含义,讨论了其研究内容和应用趋势,分析了纯水液压传动的优势和劣势,然后介绍了国内外纯水液压传动的基本状况和发展趋势，并相应展开分析了纯水液压传动的主要研究方向。最后，本文提出了一些新的解决纯水液压传动缺点的思路。

关键词纯水液压油压应用优势关键技术

1 引言

现代液压传动技术在工业生产和其他领域应用十分广泛，而纯水液压传动技术是现代液压研究领域的前沿方向之一。由于纯水具有来源广泛、无污染、阻燃性好等优点，在我国积极开展纯水液压传动的研究与开发，对节约能源，保护环境，可持续发展及开发绿色液压产品，都具有十分重要的意义。因此如何利用纯水作为液压传动工作介质的课题引起了人们的普遍关注，纯水液压传动课题的研究已经成为当今液压界的一大热点。在纯水液压传动发展的20多年中，人们逐步发现了纯水液压传动的很多优点。这也使纯水液压传动受到了极大的重视，成为液压传动的新的热点技术。然而，由于纯水液压传动是一项新兴的技术，所以还存在很多不足和缺点。

2 什么是纯水液压传动

纯水液压传动是指以纯水(不含任何添加剂的天然水，含海水和淡水)为工作介质的液压传动。

a)纯水的含义

纯水液压传动中的纯水是指纯粹的天然水(natural water),即不含任何添加剂的水。不同文献中用不同的词语来表达,如纯水(pure water)、自来水(tap water)、生水(raw water)、普通水(plane water)。纯水的分类如表1所示。

b)纯水液压传动的研究内容

由于水固有的物理特性,纯水液压传动技术的研究主要集中在介质、材料、元件、控制等方面,如图1所示。

c)纯水液压传动的应用

一般认为纯水液压传动的应用可分为三个阶段。第一阶段主要包括几个小的特殊领域,如高压清洗、消防、装卸等;第二阶段主要是食品加工业,如面包机、搅拌发酵机、肉联厂的切割系统;在第三阶段应用领域将扩展到工程机械占主要份额,通用机械也将有所应用。纯水的应用阶段如图2所示。

3 纯水液压传动的优缺点

a）纯水液压传动的优势

纯水与矿物基液压油的物理化学性能存在着较大的区别，其优势主要表现在下述方面:

(1)安全性

液压油易燃烧,导致人身设备事故。纯水抗燃,安全性好,消除了火灾隐患,使液压系统的应用领域更加广泛,特别适合高温明火等场合。

(2)环保性

液压行业针对液压油泄漏采取了不少有效措施,但根除泄漏是不可能的,泄漏使得工业污染产生的全球性环境恶化进一步加剧。而纯水在工作时的泄漏则不会产生污染,是一种无味、无毒的“绿色”液压介质,其泄漏和排放对周围环境无不良影响,特别适合食品工业、制药业、家具制造等行业。

(3)经济性

20世纪70年代初的石油危机表明了石油资源有限,已逐渐短缺且不可再生。每年消耗的液压介质据估计只有15%可回收利用。相反地,水随地可取且自身价格低廉,当同时考虑短缺成本(无)、储运成本(很少)、处理成本(可忽略)、清洁维护成本(较低)时,其经济性远远高于其他介质。

(4)其他比较

与液压油相比,纯水的粘度较小,粘度对温度变化不敏感,纯水液压系统的压力损失小,发热少,传动效率高,流量稳定性好;纯水密度高、压缩性较小,系统的刚性较大,可以提高动态性能;压缩系数小,压缩损失比矿物油小25%左右,可补偿一部分由于泄漏增加而造成的容积损失,可使控制系统的执行器实现更准确的定位。在水下作业时,可以省去回油管道、水箱等,使系统简化。

b）纯水液压传动的劣势

(1)粘度低

纯水粘度低加大了密封间隙中的流体流速，对较软的金属容易产生拉丝腐蚀，从而使泄漏加剧，对于水压泵来说，容积效率会降低。

(2)腐蚀性

纯水具有较强的腐蚀性容易使材料表面脆化，受损的表面组织脱落，加速表面磨损，而且水的PH值、硬度及水中寄存的微生物也会对系统和元件产生不良影响。

(3)润滑性差

纯水产生的润滑薄膜只有矿物基液压油产生的1／3—1／20，液压元件无法实现润滑，高压时很容易造成相对运动表面的直接接触，使磨损加剧，液压元件的寿命缩短。

(4)气蚀性

纯水饱和汽化压力比矿物基液压油高出很多倍。汽化压力随着温度的升高上升很快。而且，随着压力的升高，水中的杂质会使材料表面产生物理和化学反应，极易产生气蚀现象。

(5)噪声

纯水液压传动噪声大容易产生水击，从而引起系统的振动和噪声等。

结合纯水液压传动的优缺点，从总体考虑，纯水液压传动优点大于缺点。而且，随着现代技术的飞速发展，其不足逐渐得到很好的解决和补偿。

4 纯水液压传动的发展现状

a）国外研究现状

(1)美国于20世纪末60年代开始研究海洋水下液压作业工具。1980年，海军司令部等部门联合研制出叶片马达；1984年，研制出海水液压传动水下作业工具系统。1991年，美国研制成功了水压冲击钻和圆盘锯，组成水下作业工具系统，交付给海军水下工程队使用。

(2)南非也是从事水压传动研究较早的国家之一。20世纪70年代后期开始研制水压凿岩机；1990年，研制成乳化液凿岩机，稍后又研制出平持式纯水凿岩机，且成本较低。

(3)1983年，日本的川崎研究所研制成功了用于6km深潜调查船浮力调节的超高压海水柱塞泵，最高压力可达63MPa，流量为6～9L／min；1987年，研制成功了用于65km深潜调查船超高压海水柱塞泵，其最高压力为68．5MPa，流量为5L／min，寿命达到200h。

(4)1978年，英国开始开发水下液压作业工具。1978年，Fenner公司研制成功了400m 深海水下作业机器人。使用海水柱塞泵压力为14MPa。柱塞马达压力为10MPa；20世纪90年代Kiul1大学率先把水压传动技术用于海底油井液压控制系统。

(5)1995年，德国的Hauhinco机械厂研制成功了淡水径向柱塞泵陶瓷阀芯的水压滑阀产品。

(6)芬兰的Tampere大学等联合开发研制成功了用于内燃机喷射控制器、造纸、水切割等动力源的海水轴向柱塞泵和马达。1996年。Tampere大学又成功研制出了比例流量控制纯水液压系统。

(7)1989年，丹麦Danfoss公司等开始研究纯水液压元件；I994年，联合研制出Nesie 系列淡水轴向柱塞泵、马达等。