ся выпуклый или вогнутый мениск, в результате чего поверхность жид­ кости в трубке поднимается или опускается на некоторую высоту отно­ сительно свободной поверхности. Это явление следует учитывать при использовании капиллярных трубок в приборах, в частности, в прибо­ рах для измерения давления.

Высота, на которую поднимается вследствие капиллярности уровень воды в стеклянной трубке диаметром d , равна h d мм, спирта h =

— — мм\ уровень ртути в стеклянной трубке опустится на А = — мм.

Для уменьшения погрешности, возникающей вследствие капилляр­ ности, диаметр трубки прибора 10-М2 мм.

При замене трубки двумя параллельными пластинками с расстоя­ нием между ними, равным d, величина h уменьшается вдвое.

РАСТВОРЕНИЕ ГАЗОВ В ЖИДКОСТЯХ

Все жидкости обладают способностью растворять газы, которые в растворенном (дисперсном) состоянии практически не оказывают существенного влияния на работу гидросистемы. Однако, если давле­

в жидкости до насыщения, прямо пропорционально абсолютному дав­ лению на поверхностях раздела

Коэффициент растворимости зависит от свойств жидкостей и га­ зов. Растворимость газов в маслах малой вязкости выше, чем в маслах большой вязкости. При повышении температуры растворимость незна­ чительно снижается. Воздух растворяется в смесях минеральных ма­ сел, применяемых в гидросистемах самолетов, в объеме, равном ^10% (&=0,10) объема жидкости на 1 ати; азот— 12% и двуокись углеро­ д а — 85%.

Растворимость воздуха в масле до насыщения зависит от плотно­ сти последнего, уменьшаясь с ее увеличением. Для жидкостей с объем­ ным весом, равным 0,9 и 0,82 г/смг (масло типа АМГ-10), коэффициент растворимости k воздуха соответственно составляет 0,78 и 0,105.

В табл. 4 приведены данные по коэффициенту растворимости

А = — воздуха в распространенных жидкостях.

Уж р

Время, в течение которого происходит насыщение масла газом, зависит от величины поверхности раздела, приходящейся на единицу объема масла, а также от состояния возмущенности этой поверхности. При взбалтывании или перемешивании процесс насыщения жидкости воздухом протекает в течение одной или нескольких минут, тогда как в спокойном состоянии жидкости этот процесс может длиться часами. При этом скорость (интенсивность) растворения прямо пропорцио­ нальна степени недонасыщения жидкости газом. Так, например, около 25% объема воздуха растворяется практически мгновенно. Этот пери-

3 6

Таблица 4

Данные по растворимости воздуха жидкостями

Масло

од характеризуется почти мгновенным насыщением тонкого слоя мас­ ла, непосредственно соприкасающегося с воздухом, и последующей диффузией воздуха с поверхностного слоя в глубь масла.

При резком повышении давления мелкие пузырьки воздуха, нахо­ дящиеся в механической смеси, растворяются практически мгновенно. Скорость растворения газа в жидкостях малой вязкости во много раз больше, чем в жидкости высокой вязкости.

Поскольку количество газа, растворенного в масле до его насыще­ ния, прямо пропорционально давлению, то при уменьшении послед­ него ниже величины, при которой произошло насыщение жидкости га­ зом, излишек газа выделится из жидкости. Подобное понижение дав­ ления может произойти в результате изменения скорости и направле­ ния потока масла в различных гидроагрегатах и масляной коммуника­ ции системы. Выделение газа будет происходить до тех пор, пока не наступит новое равновесие между жидкой и газовой фазами.

Газ из жидкости выделяется интенсивнее, чем растворяется в ней, однако интенсивность выделения и растворения зависят в основном от одних и тех же факторов. Особое значение и в этом случае имеет со­ стояние жидкости. Процесс выделения газа из циркулирующей или иным способом возмущенной жидкости протекает в основном в тече­ ние нескольких секунд, даже их долей. При спокойном же состоянии жидкости этот процесс протекает значительно медленнее и при извест­ ных условиях жидкость может находиться в перенасыщенном состоя­ нии в течение многих часов.

Рассмотренное свойство жидкости имеет важное практическое зна­ чение для работы гидросистемы, так как присутствие газа ухудшает, а во многих случаях может полностью нарушить работу гидросистемы и ее агрегатов. В частности, присутствием газа в основном обусловле­ но явление кавитации (см. стр. 43); газ, выделившийся из масла в мес­ тах пониженного давления, может частично или даже полностью за­ полнить рабочие полости насоса, уменьшая тем самым его производи­ тельность и ухудшая режим его работы.

Уместно заметить, что поскольку растворимость в жидкостях чис­ того кислорода выше, чем растворимость атмосферного воздуха, раст­ воренный в жидкостях воздух содержит больше кислорода, чем атмо­ сферный, что существенно важно с точки зрения интенсивности окис­ ления жидкости (см. стр. 34) и разрушительного действия на гидроси­ стему кавитации (см. стр. 43). Наблюдения показали, что растворенный в минеральных маслах воздух содержит кислорода больше на ^30%, чем атмосферный воздух.

37

Механическая смесь воздуха с жидкостью

Воздух (или газ) может находиться в жидкости в механической смеси (суспензии воздуха в жидкости), причем в зависимости от раз­ меров пузырьков воздуха такая смесь обладает меньшей или большей устойчивостью и при определенных условиях, характеризуемых в ос­

духа из жидкости настолько мала, что смесь становится практически стабильной. Пузырьки воздуха при некоторых условиях, в частности при негерметичности всасывающего трубопровода, размельчаются на­ столько (до размера пузырьков, не видимых невооруженным глазом), что воздух может находиться в смеси с маслом и в особенности с мас­ лом высокой вязкости в течение многих суток.

Наличие в жидкости нерастворенного воздуха в виде пузырьков увеличивает ее вязкость. Соотношение вязкостей жидкости [iB с пу­ зырьками воздуха и (10 без пузырьков может быть выражено эмпири­ ческим уравнением

где b — содержание пузырьков воздуха в процентах.

Размер пузырьков на вязкость смеси практически не влияет.

О б р а з о в а н и е пены. При известных условиях может обра­ зоваться пена, которая представляет собой соединение микроскопиче­ ских пузырьков воздуха, разделенных жидкостной пленкой микронной толщины. Наличие пены снижает смазывающие качества и ускоряет окисление масла, а также способствует коррозии металлических дета­ лей гидравлических агрегатов. Пена может быть причиной кавитации насосов, а также вызвать скачкообразность в движении исполнитель­ ных гидравлических двигателей.

Пена образуется, как правило, тем интенсивнее, чем ниже поверх­ ностное натяжение и давление (упругость) насыщенного пара жидко­ сти. Повышение поверхностного натяжения жидкости понижает пенообразование, однако пена при этом состоит из мелких пузырьков и от­ личается высокой стойкостью.

Интенсивность пенообразования зависит от типа жидкости: мине­ ральные масла образуют стойкую пену, а касторовое масло, обладаю­ щее такой же вязкостью и величиной поверхностного натяжения, име­ ет легко разрушающую пену.

Одной из причин, способствующей вспениванию масла, является омыление его в результате химического взаимодействия с некоторыми металлами или их покрытиями. К числу таких покрытий относится по­ луда, которая зачастую применяется в баках гидросистем.

Пенообразование резко усиливается при наличии в масле хотя бы ничтожного количества (~0,1% по весу) воды, которая может попасть в масло при неудовлетворительном хранении на складе или вследствие конденсации в гидробаке открытых систем паров воды, находящихся в воздухе, особенно при высотных полетах самолета с резкими пере­ падами температур и атмосферного давления.

Образование и стойкость пены в значительной мере зависят от температуры, причем стойкость пены в отличие от интенсивности обра­ зования уменьшается с повышением температуры. Опыт показывает, что при температуре выше 70° С происходит быстрый распад пены.

38

личие в них воздушных пузырьков значительно понижает модуль упру­ гости жидкостей. Так, например, даже при содержании воздуха, рав­ ном 0,1%, приведенный модуль упругости масла АМГ-10 снижается при атмосферном давлении с ~ 14 000 до 1750 кГ/см2. Понижение моду­ ля упругости независимо от размеров пузырьков воздуха, будет тем больше, чем больше суммарный их объем. Таким образом, присутствие в жидкости нерастворенного воздуха отрицательно сказывается на ра­ боте гидросистемы, в особенности при низких давлениях. При доста­ точно высоком давлении объем газовых включений в результате раст­ ворения газа в жидкости и сжатия уменьшается настолько, что нали­ чие его уже практически не влияет на сжимаемость жидкости, т. е. мо­ дуль упругости смеси масла с воздухом можно считать практически равным модулю чистой жидкости.

Учитывая это, для увеличения плавности движения исполнитель­ ного гидродвигателя в гидросистему зачастую вводится противодавле­ ние (см. стр. 277), которое поддерживает величины давления на таком уровне, при котором обеспечивается требуемая равномерность дви­ жения.

При наличии в жидкости нерастворенного воздуха ухудшаются условия работы гидросистемы (нарушается плавность движения при­ водимых узлов, ухудшается смазка, усиливается коррозия деталей гид­ роагрегатов и т. д.) и понижается производительность насосов, а так­ же сокращается вследствие гидравлических ударов срок их службы (см. стр. 43). В частности, повышение упругости жидкости, обусловлен­ ное наличием нерастворенного воздуха, вызывает понижение жестко­ сти гидравлического механизма, характеризуемой величиной смещения (просадки) выходного звена гидромеханизма под действием силы, при­ ложенной на выходе, вследствие сжатия рабочей среды. Нерастворенный воздух приводит также к запаздыванию действия гидравлической

из гидросистемы практически не удается. Измерения показали, что рабочая жидкость действующей гидросистемы содержит от 0,5 до 5%

Поскольку объем жидкости в смеси Vf при давлении р можно при­ нять без значительной погрешности равным объему при атмосферном давлении, можем написать

3 9

На рис. 10,а показаны кривые, характеризующие влияние нерастворенного воздуха на приведенный объемный модуль Е' упругости жидкости с начальным его значением 20 000 кГ/см2, а на рис. 10,6 — кривые, характеризующие зависимость отношения Е'/Е от давления для разных соотношений Vf/Va для жидкости с объемным модулем сжатия £=14 000 кГ/см2.

Из графика, приведенного на рис. 10,6 следует, что при давлениях смеси масла с воздухом выше 100 кГ/см2 наличие воздуха в масле не имеет существенного значения, тогда как до давления 100 кГ/см2 мо­ дуль упругости смеси будет в значительной степени зависеть от коли­ чества воздуха.

В связи с понижением приведенного модуля Е' упругости смеси,

нижение жесткости будет проявляться в том, что поршень под действием внешней приложенной к нему нагрузки несколько сместится (просядет). Величина этой просадки, зависящая от отношения Vf/Va и давления р, соответствующего приложенной к поршню нагрузке, может быть вычис­ лена, пользуясь выражением (33) и данными графика, представленного на рис. 10, а.

в бак не следует располагать в верхней его части с направлением струи вниз, так как движение жидкости вниз будет затруднять подъем пу­ зырьков вверх.

Необходимо также следить за сохранением требуемого уровня жидкости в баке, так как понижение его вызовет интенсивную цирку­ ляцию жидкости, которая затруднит отделение пузырьков; кроме того,, завихрения и обусловленные ими местные понижения давления будут

кость извне. По этой же причине отводимая в бак жидкость не должна вызывать возмущения свободной ее поверхности и интенсивной цирку­ ляции. При понижении в баке уровня жидкости в местах подключения всасывающего трубопровода может образоваться воронка, через кото­ рую воздух будет попадать в систему.

Не следует допускать контакта жидкости с воздухом или газом, находящимся под избыточным давлением. Такой контакт имеет место при наддуве жидкостных баков воздухом или газом, применяемым

4 0