Стискаємість і стійкість рідини.

Стискаємість рідини. Краплинна рідина є пружним тілом, що при тисках приблизно понад 60 МПа підкоряється з деяким наближенням закону Гука.

Жорсткість рідини можна оцінити коефіцієнтом відносної об'ємної стискаємості , що характеризує зміна одиниці об'єму рідини, що приходиться на одиницю зміни (збільшення) тиску:

або

де - відносна зміна обсягу при зміні тиску на ;

- зміна тиску, що діє на рідину;

і - початковий обсяг рідини при атмосферному тиску й обсяг при зміні тиску на ;

- зміна обсягу рідини при зміні тиску на .

Величина, зворотна , називається об'ємним модулем пружності рідини при всебічному стиску:

.

Об'ємний модуль пружності і відповідно коефіцієнт стискаємості рідини змінюється в широких межах у залежності від типу рідини, тиску і температури. З підвищенням температури об'ємний модуль пружності зменшується, а коефіцієнт стискаємості підвищується.

З підвищенням тиску коефіцієнт стискаємості рідини зменшується, особливо при порівняно низьких тисках.

При змінах тиску рідини від 0 до 60 МПа зміною значень і можна зневажити; при цих умовах відносна зміна обсягу в процесі стиску буде пропорційно зміні тиску .

Значення об'ємного модуля пружності (при температурі 20 ⁰С и атмосферному тиску) для легких мінеральних масел, використовуваних у гідросистемах, коливається в межах 1350-1750 МПа, що відповідає значенням коефіцієнта від 74.10^-11 до 57.10^-11 м²/Н. Для води і робочих рідин на водяній основі значення модуля пружності при відносно невеликих тисках (до 20 МПа) можна прийняти рівним 2000 МПа.

Середнє значення коефіцієнта стискальності олії АМГ-10 для діапазону тисків 0-20 МПа і температури 20⁰С можна приймати =7.10^-10 м²/Н, а для більш важких масел = 6.10^-10 м²/Н.

Через високе значення об'ємного модуля пружності рідини в ряді технічних розрахунків стискаємості при типових тисках (до 20 МПа) можна зневажити, вважаючи рідину нестисливої.

Механічна і хімічна стійкість рідин. Для практичних цілей важливо, щоб робочі рідини в умовах застосування і збереження не змінювали своїх початкових фізичних і хімічних властивостей, тобто зберігали фізичну і хімічну стабільність.

Основною причиною порушення фізичної стабільності рідини є змяття її при роботі в умовах високих тисків, особливо при дроселюванні з великим перепадом тиску, що викликає молекулярно-структурні зміни (деструкцію) рідини. У результаті в'язкість рідини може понизитися, а її властивості, що змазують, погіршитися.

Важливим фактором є також хімічна стабільність рідини, або стійкість до окислювання, у результаті якого відбувається випадання з неї відкладень у виді смол, що супроводжується зниженням в'язкості і втратою якостей, що змазують.

Вплив рідини на гумові деталі. Важливим параметром, що характеризує якість робочих рідин для гідросистем, є ступінь впливу їх на застосовувані матеріали, зокрема – на гумові деталі. Усадка, набрякання і розм'якшення гумових деталей ущільнювальних вузлів під впливом рідини супроводжується порушенням герметичності й інших дефектів у роботі гідроагрегатів. При тривалому контакті робочої рідини з гумовими деталями відбувається складний фізико-хімічний процес вимивання окремих компонентів гуми і заміщення їх рідиною. При цьому змінюється маса й обсяг гумової деталі і фізико-механічних властивостей гуми.

Звичайно потрібно, щоб твердість випробовуваного гумового зразка після впливу мінерального масла не змінювалася більше чим на 4-5 одиниць по Шору. Різниця між обсягами гумового зразка на початку і наприкінці іспиту не повинна перевищувати 3% початкового обсягу. По технічних умовах набрякання синтетичної гуми в рідинах допускається до 5-6%.

Особливо слід зазначити вплив на гуму синтетичних рідин, одні з яких викликають або надмірне набрякання ущільнювальних матеріалів, або, навпаки, значну його усадку.

Розчинення в рідинах газів. Гази, що знаходяться в рідині в розчиненому стані, не роблять істотного впливу на її механічні властивості. Однак, якщо тиск у якій-небудь крапці обсягу рідини зменшується, гази виділяються з розчину у виді пухирців, що погіршують властивості рідини, зменшуючи її модуль пружності.

Обсяг газу, що може розчинитися в рідині до її повного насичення

,

де - обсяг газу при початковому тиску ;

- обсяг рідини при кінцевому тиску ;

- коефіцієнт розчинності ( при 20⁰С коефіцієнт розчинності повітря в маслі дорівнює 0,08-0,1).

Присутність нерозчиненого газу погіршує, а в багатьох випадках може цілком порушити роботу гідросистеми і її агрегатів. Зокрема, при наявності газу прискорюється настання кавітації. Газ, що виділився з рідини в місцях зниженого тиску, може частково заповнити робочі порожнини насоса, зменшуючи тим самим його подачу і погіршуючи режим роботи.

Механічна суміш повітря з рідиною. Повітря (газ) може знаходитися в рідині в механічній суміші, причому в залежності від розмірів пухирців повітря (діаметр пухирця дорівнює 0,4 – 0,8 мкм) ця суміш має меншу або більшу стійкість. За певних умов, характеризуемих в основному розмірами пухирців і в'язкістю рідини, швидкість витиснення пухирців повітря стає настільки малої, що повітря може знаходитися в суміші з маслом тривалий час. Це значно знижує модуль пружності рідини і, отже, знижується твердість гідравлічного механізму. Так, при тиску 15 МПа модуль пружності гідрогазової суміші, що містить 1% газу (приведеного до нормальних технічних умов), майже в 2 рази менше модуля пружності однорідної рідини.

При наявності в рідині нерозчиненого повітря подача насосів знижується, а також скорочується внаслідок гідравлічних ударів термін їхньої служби.