Kon-4.3023 HYDRAULIIKKA JA PNEUMATIIKKA Hydromekaniikan perusteet
Päivän teemat Antaako neste myöten? Voiko virtauksesta aiheutua painehäviöiden lisäksi muitakin harmeja? Neste kuin neste, pitääkö ottaa huomioon muutakin kuin viskositeetti?
Nesteen kokoonpuristuvuus ja hydraulijärjestelmän jousto F V A V p V V0 K f p K f = Nesteen puristuskerroin, [N/m 2 ] 500 2000 MN/m 2 Hydromekaniikan perusteet
Nesteen kokoonpuristuvuus + järjestelmän jousto Nesteen puristuskerroin Paineen ja lämpötilan vaikutus K f [MN/m 2 ] 2400 2200 2000 800 600 400 25 C 40 C 60 C 80 C Hydromekaniikan perusteet 200 0 0 20 30 40 50 60 p [MPa]
Nesteen kokoonpuristuvuus + järjestelmän jousto Järjestelmän tehollinen puristuskerroin K e Järjestelmän komponenttien vaikutus Putket, sylinterit, yms. Vapaa ilma (ilmakuplat) Letkut K h = 70 700 MN/m 2 a t a 3 h, t h, 2 p, t p, c, t c, f e K V V K V V K V V K V V K K N k k k N j j j N i i i d s E K p K 4, a Hydromekaniikan perusteet
Nesteen kokoonpuristuvuus + järjestelmän jousto V K e V t p Jouston merkitys ja vaikutus - riippuu sovelluksesta - voimantuotossa ei merkitystä - aseman, nopeuden ja kiihtyvyyden säädössä vaikuttaa saavutettavaan tarkkuuteen Hydromekaniikan perusteet
Nesteen kokoonpuristuvuus + järjestelmän jousto Vapaan ilman ja paineen vaikutus puristuskertoimeen K e,f [MN/m ] 800 2 600 0,% 400 0 % 200 000 % 800 600 400 0 % 200 0 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 20 p [MPa] Hydromekaniikan perusteet
Paineiskut Syy: Virtausnopeuden muutos v m A V p 0 0 0 V x j E kin 2 m v 2 E jousi 2 k j x 2 j Hydromekaniikan perusteet
Paineiskut Seuraus: Paineen nousu ja paineaalto p t p 0 p isku m p 2 / [bar] 350 300 250 200 50 00 50 0 0.05 0. 0.5 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 5.5 -.8 9.2 -.8 6.5 -.8 t / [s] Hydromekaniikan perusteet
Paineiskut Paineaalto c K e m Kriittinen aika t kr 2 l c tc t kr tc t kr p e p 0 2 l t c 0 v p e p0 0 c v Hydromekaniikan perusteet
Paineiskut v m A 3 A 32 p p 2 V 0, V 0,2 p p Normaali järjestelmäpainetaso p j,st 0 p 2 p t p j,st p max 0 Hydromekaniikan perusteet t
Paineiskut Paineiskun vaikutukset: - Hydraulijärjestelmän vauriot - Ulkopuolisten järjestelmien vauriot Paineiskun pienentäminen: - Alhaisempi virtausnopeus - Hitaammat venttiilit - Toimilaitteiden alhaisemmat nopeudet - Pienemmät hitauskuormat - Suurempi nestetilavuus - Apukomponentit Toimenpiteiden vaikutukset? Hydromekaniikan perusteet
Paineiskut Paineiskun pienentäminen hydraulikomponentein m Hydromekaniikan perusteet
Kavitaatio Nesteen paineen laskiessa alle ilmanpaineen: - nesteessä oleva ilma erottuu kupliksi ilmakuplakavitaatio Nesteen paineen laskiessa alle nesteen höyrystymispaineen: - nesteeseen muodostuu höyrykuplia kavitaatio Paineen lasku aiheutuu: - virtauskanavan kitka- ja kertavastushäviöistä Kavitaatiota esiintyy tyypillisesti: - pumpuissa ja pumpun imukanavissa - kuristuksissa Hydromekaniikan perusteet
Kavitaatio p p h 2 3 p vc p 2 2 3 4 5 x q q V V Kavitaatio kuristuksessa C C q q A A Kavitaatiokupla 2 p 2 p v vc v v q 2 V p p2 p vc q V vc Hydromekaniikan perusteet
Kavitaatio Seuraukset Nesteen paineen jälleen noustessa: - kuplat romahtavat hyvin nopeasti paineiskuja materiaalivaurioita, kulumista, melua Lisäksi pumpuissa kuplat vähentävät tuottoa Hydromekaniikan perusteet
Välikertaus Nesteen jousto, mitä merkitystä? Paineiskut, harmitonta aaltoilua? Kavitaatio, onko siitä ongelmaksi? Hydromekaniikan perusteet
HYDRAULINESTEET Tehtävät järjestelmässä: - tehon välitys - voitelu - jäähdytys - korroosion ja ruosteen esto - epäpuhtauksien kuljetus hydraulicspneumatics.com
Nesteelle asetettavat vaatimukset www.oilman.com.au Käyttöolosuhteet: - painealue (paineenkesto) - lämpötila-alue (lämmönkesto) - viskositeetti - voitelukyky - ym. - erikoisvaatimuksia - myrkyttömyys - palamattomuus - ym.
Useita perusnesteitä Mineraaliöljyt Kasviöljyt Vesi Emulsiot Synteettiset nesteet www.acculube-store.com haldimandsyntheticoil-wboil.com www.nbk-ukr.com www.ocsoil.fi www.princessauto.com
Nesteen vaikutukset Ominaisuudet (sekä käyttö/ylläpito) vaikuttavat järjestelmän: - käyttöominaisuuksiin - käyttöikään - toiminnan luotettavuuteen www.indiamart.com www.insanehydraulics.com www.flightglobal.com
Nesteiden luokittelu HYDRAULINESTEET Hydrodynaamiset järjestelmät Hydrostaattiset järjestelmät Mineraaliöljypohjaiset nesteet Vaikeastisyttyvät nesteet Biologisesti nopeasti hajoavat nesteet Elintarvikehydrauliikan nesteet Vettä sisältävät Vedettömät Vesiliukoiset Veteen liukenemattomat
Nesteiden lisäaineistus Perusnesteiden ominaisuuksien parantaminen - voitelukyky - paineenkesto - viskositeetti, viskositeetti-indeksi - ruosteen ja korroosion esto - kemiallisten reaktioiden esto - ym. www.tradekeyindia.com
Nesteiden tunnuslukuja Viskositeetti 0-6 m 2 /s [cst] Ideaalinen viskositeettialue Ylempi viskositeettiraja kylmäkäynnistyksessä (kavitaatiovaara) Alempi viskositeettiraja (voitelukyvyn raja) 500 500000 0 Yleisesti suositeltu viskositeettialue = 6-36 cst (Huom: normaalissa käyntilämpötilassa) Standardoidut Viskositeettiluokat (VG)
Nesteiden tunnuslukuja Viskositeetin lämpötila- ja paineriippuvuus -6 0000 [0m 2 /s] [cst] 000-6 0000 [0m 2 /s] [cst] 000 38 C 00 00 00 C 0 0-20 0 20 40 60 80 00 t /[ C] 20 C 0 0 20 30 40 50 60 p /[MPa]
Nesteiden tunnuslukuja Viskositeetti-indeksi VI 0 000-6 VI 0m 2 2 [ /s] VI > VI 3 >VI 2 VI [cst] 000 kuvaa viskositeetin lämpötilariippuvuutta 00 0 VI 3-40 -20 0 20 40 60 80 00 20 [ C]
Nesteiden ominaisuuksia Tiheys Voiteluominaisuudet Paineenkesto-ominaisuudet Hapettumisenesto-ominaisuudet Ilmanerottumis- ja vaahtoamisenesto-ominaisuudet Vedenerottumisominaisuudet Ruosteen- ja korroosionesto-ominaisuudet Leikkauskestävyys Ominaislämpö ja lämmönjohtavuus Jähmepiste, leimahduspiste ja syttymispiste Suodatettavuus Liuotusvaikutus Ympäristövaikutukset
Paineenkesto-ominaisuudet esimerkki: hm [%] 95 90 85 80 75 70 65 0 50 00 50 200 250 300 Oil, 25 C p 2 [bar] Oil, 60 C Oil 2, 25 C Oil 2, 60 C
Nesteen valinta Käyttöolosuhteiden vaikutus valintaan Ympäristö Lämpötilat Painealueet Normaalivaatimukset HYDRAULINESTEET Erikoisvaatimukset Sisäkäyttö Matalapainenesteet Korkeapainenesteet Normaali olosuhteet Ulkokäyttö Arktiset olosuhteet Vaikeasti syttyvät nesteet Myrkyttömät nesteet
Nesteen valinta P s Viskositeettiluokan vaikutus valintaan Kokonaishäviöt t 3 Vastushäviöt Vuotohäviöt 3 2 > 2 > 0 0 0 0 p Viskositeetti vaikuttaa sekä vastus- että vuotohäviöihin Korkeilla painetasoilla valittava korkeampi perusviskositeetin arvo
Nesteiden viskositeettiluokka Määritetään 40C:ssa (ISO/DIN) ISO VG-luokka (Viscosity Grade) Keskiviskositeetti 0-6 m 2 /s [cst] Alaraja 0-6 m 2 /s [cst] Yläraja 0-6 m 2 /s [cst] 2 2,2,98 2,42 3 3,2 2,88 3,52 5 4,6 4,4 5,06 7 6,8 6,2 7,48 0 0 9,00,0 5 5 3,5 6,5 22 22 9,8 24,2 32 32 28,8 35,2 46 46 4,4 50,6 68 68 6,2 74,8 00 00 90,0 0 50 50 35 65 220 220 98 242 320 320 288 352 460 460 44 506 680 680 62 748 000 000 900 00 500 500 350 650 2200 2200 980 2420 3200 3200 2880 3520
Viskositeettiluokan valinta 000-6 [ 0 m 2 /s] [cst] 00 2 3 4 2 3 4 5 VG 22 VG 32 VG 46 VG 68 VG 00 36 5 6 0-40 -20 0 20 40 60 80 00 20 [ C]
Nesteen valinta -6 [ 0 m 2 /s] [cst] 0 000 000 00 Viskositeettiluokan valinta Suurin käynnistysviskositeetti Suurin käyttöviskositeetti Ihanteellinen käyttöviskositeettialue 0 Pienin käyttöviskositeetti Alin käynnistyslämpötila -40-20 0 20 40 60 80 00 20 Ihanteellinen käyntilämpötilaalue [ C] Sallittu käyntilämpötila-alue
Nesteen valinta Muut valintaan vaikuttavat tekijät Hydraulineste Hinta suhteessa mineraaliöljyyn Öljyä vedessä -seos 0,3-0,5 Mineraaliöljy Vettä öljyssä -seos,2 -,5 Kasviöljy,5-2,0 Polyglykoli-vesiseos 3,0-4,0 Kloorattu hiilivetyneste 4,0-4,5 Fosfaattiesterineste 4,0-5,0 Silikonineste 5,0-20,0 Vaadittavat erikoisominaisuudet?
Nesteiden ominaisuuksia (suuntaa antava vertailu) Ominaisuus HLP HFA HFD HETG Tiheys (5 C) 870 000 50 920 [kg/m3] Kinemaattinen viskositeetti (40 C) 000 570 3248 [0-6 m 2 /s] [cst] Viskositeetti-indeksi 00 - < 0 20 Puristuskerroin 2 2,5 2,32,8 2,5 [0 9 Ominaislämpö (20 C) 2, 4,2,3,5 2, [kj/kgk] N/m 2 ] Lämmönjohtavuus (20 C) 0,4 0,6 0, 0,7 [W/mK] Lämpölaajenemiskerroin 7,8 7 7,5 [0-4 /K] Käyttölämpötila-alue -080 550 070 070 [C] Maksimi käyttölämpötila-alue -4020 055-2050 -2090 [C] Leimahduspiste 20-245 35 [C] Syttymispiste 3036-500 35050 [C] Jähmepiste -8 0 0-246 -25 0 [C] Höyrystymispaine (20 C) 0-9 0-2 0-6 30-7 [MPa]
Nesteiden käsittely Asianmukainen käsittely: - varastoinnissa - täytössä/siirrossa - käytössä - poistossa Nesteet ovat lähes poikkeuksetta ongelmajätteitä - hävitys asianmukaisesti www.descase.com www.ntz-filters.co.uk yle.fi hydraulicoilflushing.com
Nesteteema kerraten Neste - pelkkää tehonvälitystäkö vain? - merkitys järjestelmälle? - valinnassa huomioon otettavaa? - huoletontako?