您的液壓設(shè)備需要一個大的泠凝器做保障

熱量對液壓油也非常有害，并且可能導(dǎo)致與“常規(guī)”污染一樣多的部件故障。

關(guān)于液壓設(shè)備的一個難以忽視的事實是它們是發(fā)熱系統(tǒng)。它們在這方面并不是獨(dú)一無二的：100% 效率的能量轉(zhuǎn)換和控制仍然難以實現(xiàn)。但我的觀點(diǎn)是，不可避免的低效率（表現(xiàn)為液壓油的能量污染）并沒有引起應(yīng)有的關(guān)注。

除油箱外，液壓系統(tǒng)中的每個部件都是發(fā)熱裝置。液壓油通過管路或其它形式從 A 移動到 B 的過程會導(dǎo)致壓降，從而產(chǎn)生熱量。安裝過濾精度過高的過濾器來控制顆粒污染也會產(chǎn)生壓降，從而增加熱負(fù)荷。泵和馬達(dá)內(nèi)部泄漏，導(dǎo)致產(chǎn)生更多熱量的壓降。靜液壓傳動裝置上的補(bǔ)油泵處于 100% 熱負(fù)載。在開式回路中，安裝會產(chǎn)生發(fā)熱的阻尼孔、節(jié)流閥（各種形式）和液壓調(diào)節(jié)器來控制方向、流量和壓力--通過安裝液壓阻抗來平衡負(fù)載。

關(guān)鍵是，能源浪費(fèi)——壓力下降是液壓系統(tǒng)中不可避免的事實。它們可以（而且應(yīng)該）最小化，但不能完全消除。所以我們不要再忽視房間里的大象了。因為如果不加以控制，能源污染與顆粒污染一樣存在問題，而且可以說更嚴(yán)重。

能源污染影響潤滑

液壓元件的充分潤滑和高效的動力傳輸都取決于適當(dāng)?shù)挠驼扯?。如果允許液壓油溫度超過將粘度維持在 20 cSt左右所需的溫度，則邊界潤滑（導(dǎo)致摩擦和磨損）的可能性會急劇增加。

達(dá)到該點(diǎn)的溫度取決于流體的粘度等級及其粘度指數(shù) (VI)。VI 是衡量油品抵抗粘度隨溫度變化而變化的能力的指標(biāo)。VI 高的油通常稱為多級油。多級油通常指定用于必須在寒冷條件下運(yùn)行的設(shè)備。高 VI 有助于防止油的粘度在低溫下增加（稠化）。然而，高 VI 也有助于防止其粘度在高溫下降低（稀化）。

換句話說，就粘度而言，臨界溫度可以相對較低或較高，具體取決于所使用的油。此外，最高工作溫度越高，溫度工作窗口變得越寬。而且溫度工作窗口越寬，將油粘度保持在允許的范圍內(nèi)就越困難。

例如，假設(shè)液壓系統(tǒng)的冷啟動溫度為 5°C ，最高工作溫度為 110°C。為了將冷啟動時的粘度保持在 800 cSt 和最高工作溫度下的 25 cSt 之間，需要使用粘度指數(shù)為 229 的 ISO VG 150 油。這不是一種您可以直接致電當(dāng)?shù)赜推饭?yīng)商并獲取的液壓油。常用的液壓油的 ISO 粘度等級為 22、32、37、46、68 和 100。典型的單級液壓油的 VI 約為100，多級液壓油的 VI 約為150。因此，即使很容易獲得，至少可以說，VI 為 229 的 VG 150 油將是一種高價產(chǎn)品。

能源污染的指數(shù)效應(yīng)

無論粘度限制如何（這對于正確潤滑和高效運(yùn)行極其重要），當(dāng)涉及到油、密封件和軟管壽命時，極端危險溫度并不是一個可移動的盛宴。根據(jù)阿累尼烏斯定律，溫度每升高 10°C ，反應(yīng)速率就會加倍。我們關(guān)心的與液壓油壽命有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)是氧化（由于空氣的存在）和水解（由于水的存在）。因此，油越熱，這些反應(yīng)的速度就越快，并且呈指數(shù)級增長。

舉例來說，如果你將一些食用油倒入玻璃杯中，需要幾天（甚至幾周）它的顏色才會變深——這是氧化的跡象。但如果將等量的食用油倒入煎鍋中，使油與空氣有很大的接觸面積，然后加熱，油就會在更短的時間內(nèi)變黑。如果允許液壓油發(fā)生氧化失效，則油氧化的副產(chǎn)品（清漆和油泥）會導(dǎo)致可靠性問題，例如過濾器堵塞和閥芯靜摩擦。

工作溫度對液壓油壽命的巨大影響。如果液壓系統(tǒng)在 85°C 下運(yùn)行，油的壽命是系統(tǒng)在 60°C 下運(yùn)行時的 12%。如果系統(tǒng)在 102°C 下運(yùn)行，油壽命僅為系統(tǒng)在 60°C 下運(yùn)行時的 3%。

能源污染和熱降解

熱量會通過兩種方式損壞油。剛剛討論了第一個：氧化。氧化是一種化學(xué)反應(yīng)，高油溫和空氣的存在會加速該反應(yīng)。這是油的“正?！毖趸到狻?/span>

第二種涉及對油進(jìn)行強(qiáng)烈的局部加熱。局部高溫的常見原因有：   

- 夾帶的氣泡破裂，    

- 微柴油、    

- 高功率密度加熱器，    

- 系統(tǒng)中出現(xiàn)大且持續(xù)的壓降——例如，油流過安全閥——并且，    

- 靜電放電引起的電弧。該過程有時被稱為熱氧化降解。

重要的是，這兩種形式的氧化降解的化學(xué)過程不同，因此它們在油品分析報告上的表現(xiàn)也不同。涉及強(qiáng)烈局部加熱的降解會在油中產(chǎn)生碳質(zhì)硝基硝酸鹽。它通常在傅里葉變換紅外 (FTIR) 光譜油分析報告中顯示為硝化。另一方面，通過“正?！毖趸到獾挠蜁a(chǎn)生金屬羧酸鹽和羧酸?？偹嶂?(TAN) 測試旨在量化這些酸的含量，以及剩余的油壽命。

過高的熱量比油的危害更大

液壓油并不是唯一受能源污染影響的物質(zhì)。用于制造液壓密封件和軟管的彈性體一直在改進(jìn)。但油溫高于 82°C 會加速大多數(shù)此類聚合物的降解。事實上，根據(jù)密封件制造商 Parker Pradifa 的說法，工作溫度高于建議限值 10°C 會導(dǎo)致密封件壽命縮短 80% 或更多。

同樣，根據(jù)軟管制造商 Gates 的說法，將液壓軟管暴露在比建議最高溫度高 10°C的工作溫度下，其預(yù)期使用壽命會縮短 50%。這意味著一次嚴(yán)重的超溫事件可能會損壞所有軟管和密封件，使油“破裂”，并導(dǎo)致潤滑表面的擦傷和磨損。

如果這一切還不夠糟糕的話，當(dāng)極端溫度更高時，加熱和冷卻的持續(xù)循環(huán)（這一過程稱為老化）會更加嚴(yán)重。老化會導(dǎo)致密封件和軟管中使用的聚合物失去彈性。最終的結(jié)果是軟管和密封件泄漏。

設(shè)置溫度限制

那么液壓系統(tǒng)的危險工作溫度是多少呢？出于已經(jīng)解釋過的原因，為了避免影響油、軟管和密封件的使用壽命，我始終在最高 85°C 的溫度下工作。然而，為了避免影響粘度、潤滑和系統(tǒng)效率，可能必須考慮更低的溫度：從 85°C 降至約 50°C ，或者可能更低，具體取決于使用的油的等級和類型，以及機(jī)器運(yùn)行的氣候條件。在大多數(shù)應(yīng)用中，全年保持低于這些最高溫度限制將要求機(jī)器的液壓系統(tǒng)使用油冷卻器。

沃爾特·艾薩克森 (Walter Isaacson) 的史蒂夫·喬布斯 (Steve Jobs) 傳記講述了喬布斯要求其中一臺早期麥金塔電腦不能包含冷卻風(fēng)扇的故事。喬布斯認(rèn)為冷卻風(fēng)扇會降低用戶體驗，我傾向于同意。當(dāng)我的 Alienware X51-R2 上的冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速加快時，我確實覺得有點(diǎn)煩人。不管怎樣，盡管當(dāng)時他的工程師最初反對，但喬布斯還是占了上風(fēng)，而且發(fā)貨的模型外殼上沒有冷卻風(fēng)扇。

我提到這個故事是因為許多液壓機(jī)械制造商和最終用戶都與已故的喬布斯一樣，不喜歡排熱設(shè)備（在我們的例子中是油冷卻器）。但不能說液壓設(shè)備上的油冷卻器會降低用戶體驗。相反，油冷卻器或足夠尺寸的油冷卻器會因以下一個或多個原因而受到阻礙：

- 初始投資成本，    

- 需要維護(hù)，    

- 它需要的空間，或    

- 它增加到機(jī)器上的重量。

事實上，在我為最終用戶設(shè)計和建造液壓動力裝置時，我記得如何與那些希望沒有油冷卻器和盡可能小的油箱的客戶打交道！

更大的油箱不是解決辦法

增加油箱容積可以消除對油冷卻器的需求的想法是有缺陷的——就輸入功率而言，除了最小的系統(tǒng)之外。油箱熱對流的計算公式（采用 SI 單位）為：

P = ΔT × A × H ÷ 1000

此處：

P為散熱量，kW

ΔT為油與空氣之間的溫差，°C

A為箱體表面積，不包括底座，m2

H為空氣的對流換熱系數(shù)，W/(m2°C)

對于通風(fēng)正常的空間使用 12，對于強(qiáng)制通風(fēng)使用 24，對于空氣流通不良使用 6。

假設(shè)油箱的容積為 200 升，面積（不包括底座）為 1.7 平方米，環(huán)境空氣溫度為 35°C，工作油溫為 85°C。在“正常通風(fēng)”的空間中， 油箱的理論散熱量為：

(85-35) × 1.7 × 12 ÷ 1000 = 1 kW

為了便于說明，假設(shè)這個計算過于保守，所以我們將上述數(shù)字加倍。換句話說，我們預(yù)計 200 升的油箱將散發(fā) 2 kW 的熱量。從這個數(shù)字倒推，如果我們希望液壓系統(tǒng)的安裝冷卻能力為輸入功率的 25%（并且油箱是唯一安裝的冷卻裝置），那么允許的最大連續(xù)輸入功率僅為 8 kW！顯然，在大多數(shù)應(yīng)用中，用大（或更大）油箱代替油冷卻器的想法是不現(xiàn)實的。

如果您接受這樣一個事實，即任何液壓設(shè)備都不可避免地會出現(xiàn)能源浪費(fèi)的壓降，那么在大多數(shù)應(yīng)用中，尺寸適當(dāng)?shù)挠屠鋮s器也是如此。因為就液壓設(shè)備的可靠性而言，不受控制的能源污染可能與不受控制的顆粒污染一樣嚴(yán)重，甚至更糟。