Giải thích về Cavitation thủy lực: Nguyên nhân, triệu chứng và cách phòng ngừa

Người điều khiển cần cẩu di động nhận thấy có tiếng rên rỉ yếu ớt từ máy bơm thủy lực khi khởi động vào một buổi sáng lạnh giá. Máy vẫn đạp bình thường nhưng khi mở lọc ở lần bảo dưỡng tiếp theo, kỹ thuật viên phát hiện có hạt kim loại mịn trong dầu. Trình tự đó cho thấy hiện tượng xâm thực thủy lực chuyển từ tiếng ồn bất thường sang hư hỏng trên toàn hệ thống nhanh như thế nào.

Cavitation là nguyên nhân phổ biến thứ hai gây ra lỗi bơm thủy lực, sau ô nhiễm. Nó cũng có thể làm mòn vỏ máy bơm, ống van và bề mặt xi lanh thủy lực, dẫn đến việc sửa chữa tốn kém và thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến. Hướng dẫn này giải thích hiện tượng xâm thực thủy lực là gì, nguyên nhân gây ra hiện tượng này, cách nhận biết và cách phòng ngừa.

Cavitation thủy lực là gì?

Xâm thực là sự hình thành và sụp đổ của các bong bóng chứa đầy hơi trong chất lỏng thủy lực. Nó xảy ra khi áp suất cục bộ trong dầu giảm xuống dưới áp suất hơi của chất lỏng. Tại thời điểm đó, các khí hòa tan và các phần nhẹ hơn của dầu bốc hơi tạo thành các khoang hoặc bong bóng nhỏ. Khi những bong bóng đó di chuyển xuôi dòng và áp suất phục hồi, chúng sẽ sụp đổ dữ dội. Mỗi lần sụp đổ sẽ giải phóng một sóng xung kích tập trung có thể ăn mòn các bề mặt kim loại gần đó.

Hiện tượng xâm thực hầu như luôn bắt đầu trong máy bơm, vì máy bơm là nơi chất lỏng được tăng tốc và là nơi áp suất thay đổi nhiều nhất. Hai dạng cavitation được công nhận trong hệ thống thủy lực:

Nguyên nhân gây ra hiện tượng xâm thực trong hệ thống thủy lực

Bất kể hiện tượng xâm thực xuất hiện ở phía hút hay xả, cơ chế cơ bản đều giống nhau: máy bơm không nhận được chất lỏng cần thiết hoặc áp suất ở phía xả đang hoạt động không thể đoán trước. Kinh nghiệm hiện trường chỉ ra một tập hợp nhất quán các nguyên nhân gốc rễ.

Hạn chế về phía hút

• Bộ lọc hoặc bộ lọc hút bị tắc hoặc có kích thước nhỏ.
• Ống hút bị gấp khúc, bị xẹp hoặc kích thước nhỏ.
• Mức hồ chứa thấp cho phép tạo dòng xoáy và cuốn không khí.
• Một ống thông hơi hạn chế của bể chứa tạo ra chân không bên trong bể.

Điều kiện chất lỏng và hoạt động

• Độ nhớt của chất lỏng quá cao khi khởi động nguội.
• Tốc độ bơm cao hơn khả năng lưu lượng đầu vào do nhà sản xuất quy định.
• Chu kỳ tải nhanh tạo ra sự sụt giảm áp suất mạnh ở đầu vào máy bơm.
• Tạo bọt quá mức do chất lỏng bị biến chất hoặc các chất phụ gia không tương thích.

Hầu hết các tình trạng này phát triển dần dần. Một bộ lọc bị quá tải, một ống mềm bị mềm và xẹp xuống, hoặc một đợt lạnh làm dầu đặc lại. Vào thời điểm tiếng ồn xuất hiện, hư hỏng có thể đã xảy ra.

Nhận biết các triệu chứng của Cavitation thủy lực

Cavitation vừa có thể nghe được vừa có thể nhìn thấy được nếu bạn biết cần kiểm tra những gì. Đây là những dấu hiệu cảnh báo phổ biến nhất:

• Âm thanh: tiếng rên rỉ, lộp bộp hoặc tanh tách, thường được mô tả là tiếng bi hoặc sỏi đi qua máy bơm.
• Rung: rung động tần số cao trong máy bơm và đường hút sẽ biến mất khi tắt máy.
• Xuất hiện chất lỏng: dầu sủi bọt hoặc sủi bọt, và trong trường hợp nghiêm trọng, bình chứa có màu trắng đục hoặc đục.
• Nhiệt độ: vỏ bơm nóng bất thường do mất màng chất lỏng bôi trơn trong quá trình bong bóng vỡ.
• Hiệu suất: xi lanh chuyển động chậm hơn, áp suất không ổn định hoặc máy bơm không thể giữ được áp suất định mức.

Khi những dấu hiệu này xuất hiện cùng nhau, hiện tượng xâm thực có thể là thủ phạm. các dấu hiệu thường gặp của sự cố xi lanh thủy lực thường trùng lặp với các triệu chứng tạo bọt, bởi vì cả hai đều liên quan đến cùng một chất lỏng bị ô nhiễm và được cung cấp kém.

Cavitation vs sục khí: Làm thế nào để phân biệt chúng

Xâm thực và sục khí thường bị nhầm lẫn vì cả hai đều tạo ra tiếng ồn và tạo bọt dầu. Xâm thực là một quá trình liên quan đến áp suất: bong bóng hình thành từ chính chất lỏng thủy lực khi áp suất giảm xuống dưới áp suất hơi. Sục khí là một vấn đề xâm nhập: không khí bên ngoài rò rỉ vào hệ thống thông qua các khớp nối lỏng lẻo, phốt trục bị hỏng hoặc mức bình chứa thấp khiến máy bơm hút không khí.

Cavitation gây hư hại cho máy bơm và xi lanh như thế nào

Hư hỏng do tạo bọt là cơ học chứ không phải hóa học. Mỗi bong bóng sụp đổ sẽ giải phóng một sóng xung kích có thể vượt quá cường độ năng suất của các kim loại kết cấu thông thường. Sự sụp đổ lặp đi lặp lại làm sứt mẻ và tạo thành hố trên bề mặt, để lại các kiểu xói mòn trông giống như một miếng bọt biển hoặc một lớp cát thô.

Trong máy bơm, hiện tượng ăn mòn xuất hiện trên các răng bánh răng, đầu cánh gạt hoặc các tấm dao động. Vấn đề thực sự là điều gì sẽ xảy ra tiếp theo. Các hạt kim loại bị ăn mòn đi vào chất lỏng tuần hoàn và di chuyển qua các van, ống mềm và xi lanh thủy lực. Trong xi lanh, những hạt đó ghi điểm vào thanh piston và lỗ khoan, cắt các vòng đệm động và tăng tốc độ rò rỉ bên trong. Một hình trụ có một thanh khía cuối cùng bị rò rỉ ra bên ngoài; một xi lanh có vòng đệm piston bị mòn sẽ bị trôi khi chịu tải và mất lực nâng.

Đối với các máy di động như cần cẩu, bệ trên không và xe kéo, hậu quả là ngay lập tức: thời gian chu kỳ chậm hơn, vấn đề giữ tải và bộ truyền động bị kẹt. Trong máy đóng cọc, kiểu ăn mòn tương tự xuất hiện trong xi lanh giàn khoan quay và xi lanh kích ống, nơi lực cao và môi trường bẩn làm tăng tỷ lệ hư hỏng.

Làm thế nào để ngăn chặn cavitation thủy lực

Phòng ngừa bắt đầu ở đầu vào của máy bơm. Hầu hết các trường hợp xâm thực được giải quyết bằng cách đảm bảo máy bơm nhận được nguồn cung cấp chất lỏng sạch không bị gián đoạn ở nhiệt độ và độ nhớt chính xác. Những thực hành này đã được chứng minh là có hiệu quả trong các đội xây dựng, xử lý vật liệu và thiết bị di động:

1. Giữ đường hút ngắn, thẳng và có kích thước phù hợp với lưu lượng bơm; tránh những khúc cua và hạn chế sắc nét.
2. Thay thế bộ lọc hút theo lịch trình và theo dõi các chỉ báo giảm áp suất để bạn nắm bắt được bộ lọc đang tải trước khi nó ảnh hưởng đến đầu vào.
3. Chọn loại chất lỏng phù hợp với phạm vi nhiệt độ môi trường và làm nóng hệ thống trước khi thời tiết lạnh khi cần.
4. Duy trì mức chất lỏng trong bình chứa theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất và kiểm tra nó bằng máy ở vị trí vận hành.
5. Kiểm tra ống thông hơi của bình chứa xem có bị tắc không; một ống thở bị chặn tạo ra một khoảng chân không thúc đẩy sự tạo bọt.
6. Giữ tốc độ bơm trong phạm vi định mức; một máy bơm chạy quá công suất đầu vào của nó sẽ tạo bọt ngay cả khi đường hút sạch.
7. Lắp đặt máy đo chân không ở đầu vào máy bơm để xem các hạn chế đang phát triển trước khi chúng tạo ra các triệu chứng có thể nghe được.
8. Sử dụng đúng chất phụ gia chống tạo bọt và thay thế chất lỏng đã xuống cấp đến mức tạo bọt quá mức.

Sự chú ý thường xuyên đến chất lượng chất lỏng cũng đóng một vai trò trung tâm. Cùng một loại dầu lưu thông qua máy bơm và xi lanh, do đó các nguyên tắc đằng sau quản lý chất lỏng và bôi trơn thích hợp hỗ trợ trực tiếp việc chống xâm thực trên toàn bộ máy.

Tại sao thông số kỹ thuật xi lanh lại quan trọng đối với máy dễ bị xâm thực

Xâm thực là một vấn đề ở cấp độ hệ thống, nhưng hư hỏng thường xuất hiện ở các xi lanh trước tiên. Trên cần cẩu gắn trên xe tải, xi lanh luffing và ống lồng xử lý tải trọng nặng nhất và đảo chiều thường xuyên nhất. Khi một máy bơm tạo bọt đưa chất lỏng bị ô nhiễm vào các xi lanh này, các thanh bị ghim, các vòng đệm mất tác dụng lau và máy mất đi sự tự tin khi nâng. Việc lựa chọn xi lanh trong các ứng dụng như vậy phải tính đến độ cứng bề mặt thanh, độ bền của vòng đệm và khả năng chịu ô nhiễm hạt.

Xi lanh Luffing của cần cẩu gắn trên xe tải để điều khiển cần cẩu hạng nặng Xi lanh này quản lý việc điều chỉnh góc cần trục trên cần cẩu gắn trên xe tải. Độ cứng của thanh và hiệu suất bịt kín của nó đóng vai trò quan trọng khi tạo bọt tạo ra chất gây ô nhiễm, vì vậy cần xem xét các ứng dụng yêu cầu nâng đáng tin cậy và độ mài mòn tối thiểu. Xem sản phẩm →

Nền tảng làm việc trên không phải đối mặt với rủi ro tương tự. Các xi lanh cân bằng và nâng hạ hoạt động liên tục để điều chỉnh giỏ trong khi bệ di chuyển trên địa hình không bằng phẳng. Các hạt tạo ra bọt khí làm tăng tốc độ mài mòn của vòng đệm trong các xi lanh này, gây ra hiện tượng trôi dạt và chuyển động giật ở độ cao, vừa không an toàn vừa tốn kém để sửa chữa.

Xi lanh Luffing của phương tiện làm việc trên không để ổn định độ cao bùng nổ Xi lanh này điều chỉnh độ cao của cần cẩu trên các sàn làm việc trên không. Do nguy cơ bị mòn phớt và chuyển động giật do các hạt gây ra bởi bọt khí, hoạt động ổn định của nó là rất quan trọng để định vị an toàn ở độ cao, khiến nó trở thành bộ phận quan trọng cần đánh giá. Xem sản phẩm →

Tại Chiết Giang Huanfeng Machinery Co., Ltd., chúng tôi sản xuất xi lanh thủy lực cho cần cẩu, bệ làm việc trên không, xe kéo, xe kiểm tra cầu và thiết bị đóng cọc. Khi các nhà chế tạo máy hỏi chúng tôi về xi lanh, một trong những câu hỏi đầu tiên chúng tôi đặt ra là liệu hiện tượng xâm thực có phải là vấn đề trong đội xe của họ hay không. Câu hỏi duy nhất đó cho chúng tôi biết nên đề xuất lớp mạ crom cứng hơn, bộ đệm kín nâng cấp hay khe hở bên trong chặt chẽ hơn để giữ cho xi lanh hoạt động trong điều kiện chất lỏng xuống cấp.

Điểm mấu chốt

Cavitation không phải là một bí ẩn. Đó là một quá trình có thể dự đoán được, liên quan đến áp lực, có nguyên nhân rõ ràng, triệu chứng rõ ràng và các phương pháp phòng ngừa đã được chứng minh. Chi phí của việc bỏ qua nó cao hơn nhiều so với chi phí phòng ngừa: máy bơm bị hỏng, máy dừng hoạt động và nếu kim loại bị ăn mòn chạm tới các xi lanh, hóa đơn sửa chữa sẽ tăng lên gấp bội.

Hãy lắng nghe tiếng rên rỉ. Kiểm tra dầu. Kiểm tra phía hút. Giữ chất lỏng ở mức phù hợp, độ nhớt và độ sạch. Những thói quen này làm giảm tỷ lệ hỏng hóc của máy bơm, kéo dài tuổi thọ xi lanh và giữ cho thiết bị thủy lực hoạt động tốt trước khi bọt khí có cơ hội phá hủy nó.