ст. преп., к.т.н. Дымочкин Д.Д., асп. Грищенко В.И.
ЛЕКЦИЯ 1
ТЕМА: Основные свойства рабочих жидкостей
Кондиционирование – приведение свойств жидкости или газа к заданным параметрам. Наиболее важные параметры рабочих жидкостей (РЖ), оказывающие влияние на работу гидрооборудования:
1-вязкость; 2-сжимаемость; 3-антиокислительная стабильность; 4-температура вспышки; 5-содержание механических примесей (частиц) в РЖ; 6-содержание воздуха в РЖ; 7-содержание воды в РЖ;
Вязкость – свойство рабочей жидкости сопротивляться деформации сдвига. Вязкость жидкости в значительной мере зависит от температуры. При уменьшении температуры вязкость возрастает, соответственно возрастают потери давления (напора) в гидросистеме. При увеличении температуры вязкость уменьшается, однако при этом увеличиваются утечки и ухудшается смазывающая способность РЖ, что приводит к увеличению износа трущихся сопряжений. Вязкость жидкости оценивается следующими показателями:
Коэффициент динамической (абсолютной) вязкости:
где F – сила трения, возникающая между двумя соседними слоями жидкости; S – площадь соприкосновения слоёв; 
y – «расстояние» между слоями; v – разность скоростей течения слоёв; П(Пуаз) – единица измерения (1П = 0,1 Па x с).
Коэффициент кинематической вязкости – отношение коэффициента абсолютной вязкости к плотности жидкости:
Единицей измерения кинематической вязкости является Стокс: 1Ст = 1см2/с.
Как правило, символ 
уточняют цифровым индексом значения температуры, при которой измерена вязкость (в регламентах масел приводятся значения кинематической вязкости при 500С (
50) или для новых масел – при 400С (
40)).
Для определения коэффициента абсолютной и кинематической вязкости применяют методы оценки вязкости жидкости в условных единицах, получаемых измерением времени истечения заданного количества жидкости через заданный капилляр. Относительная вязкость определяется при помощи специальных приборов, называемых вискозиметрами. Вязкость в градусах Энглера (0Е) и градусах условной вязкости (0ВУ) есть отношение времени истечения 200 см3 испытуемой жидкости из вискозиметра при данной температуре ко времени истечения 200 см3 дистиллированной воды из того же прибора при температуре +200С (время истечения из вискозиметра 200 см3 дистиллированной воды при t = 200С называется водным числом вискозиметра). Для пересчёта градусов Энглера в единицы абсолютной вязкости служит эмпирическая формула Уббелоде:
где 
– коэф. абсолютной вязкости, П; 0Е –вязкость в градусах Энглера; p – плотность жидкости, г/см3. Существуют и другие единицы относительной вязкости (табл.1):
Закономерность изменения вязкости рабочей жидкости в зависимости от температуры выразить при помощи точного математического уравнения не представляется возможным, так как каждый сорт масла имеет свои специфические особенности. Однако для некоторых сортов минеральных масел выведены формулы для приближённого определения вязкости в зависимости от температуры, применимые для практического использования.
Наиболее широкое применение нашла эмпирическая формула Убеллоде-Вальтера:
lg [ lg ( 
+ K ) ] = A - B lgT
где n - кинематическая вязкость, сСт; К=0,6 - эмпирический коэффициент; Т – абсолютная температура, К; А и В – эмпирические коэффициенты, характеризующие конкретную рабочую жидкость.
Данная зависимость представляет собой прямую линию в осях lg ( lg 
) - lgT. Благодаря этому можно легко определить по приведённой номограмме (рис.1) значение вязкости при любой температуре, если известна вязкость при двух значениях температуры:
Отметив на номограмме значение вязкости при двух значениях температуры (точки 1 и 2) и проведя через них прямую линию, можно определить вязкость при любой другой температуре (точка 3).
Для характеристики температурной зависимости вязкости используют температурный коэффициент вязкости (ТКВ) и индекс вязкости (ИВ):
где L037,8 – вязкость при 37,8 ОС эталонного масла с ИВ = 0, имеющего при 98,9 ОС такую же вязкость, что и испытуемое масло (рис. 2); H037,8 – вязкость при 37,8 ОС эталонного масла с ИВ = 100, имеющего при 98,9 ОС такую же вязкость, что и испытуемое масло (рис.2); S37,8 – вязкость испытуемого масла при 37,8 ОС (рис.2).
Важным показателем, характеризующим зависимость вязкости от температуры, является температура застывания. Это температура, при которой масло загустевает настолько, что при наклоне пробирки на 450 его уровень в течении одной минуты остаётся неподвижным. Температура застывания показывает нижний допустимый предел температуры, при которой можно применять жидкость.
Сжимаемость показывает изменение единицы объёма рабочей жидкости при увеличении рабочего давления на единицу:
где V0 – начальный объем; DV – изменение объёма; Dр - изменение давления.
Для расчётов чаще используют величину, обратную сжимаемости жидкости, которую называют модулем объемной упругости:
Необходимо различать адиабатический и изотермический модули упругости. Адиабатический модуль объёмной упругости принимает во внимание нагрев, вызванный сжатием. Данное явление имеет место при быстропротекающих процессах, то есть когда отсутствует теплообмен из-за инерционности тепловых свойств рабочей жидкости. Изотермический модуль объёмной упругости является статическим показателем. Его определяют в условиях, когда давление и объём в системе изменяются весьма медленно, а температура остаётся постоянной.
Антиокислительная стабильность масла определяет долговечность его работы.
Продукты реакции жидкости с воздухом обычно обладают кислотными свойствами и часто вызывают коррозию элементов оборудования, их активность способствует выпадению осадков смолистых веществ, вызывающих заклинивание трущихся деталей, засорение отверстий, понижение способности масла отделять воду и воздух, возможность её воспламенения или взрыва. Если окисление рабочей жидкости происходит в тонком слое на деталях и/оборудования, особенно при высоких температурах – это может привести к появлению тонкой прочной плёнки светло-жёлтого цвета, её называют лаком, а процесс её появления лакообразованием. Лаковая плёнка может к заклиниванию золотниковых и плунжерных пар, заращиванию дросселирующих отверстий, возникновению вибраций, выходу из строя насосов и моторов, нагреву и т.д.
Стабильность против окисления жидкости оценивают по кислотному числу, которое определяется количеством миллиграммов едкого калия (КОН), необходимого для нейтрализации свободных кислот в 1г масла. При оценке рабочей жидкости по кислотному числу необходимо иметь в виду, что с его возрастанием и коррозионной агрессивностью масла нет строгой зависимости, так как в различных маслах при окислении не образуются идентичные химические вещества.
Рабочие жидкости для гидросистем при поставке имеют кислотное число, равное 0,02-0,2 мг КОН. Максимально допустимое кислотное число для рабочей жидкости при эксплуатации, ориентировочно считают равным 1-1,5 мг КОН. Если в рабочей жидкости присутствует вода (0,5-0,8 %), то max не более 0,5-0,7 мг КОН.
Температура вспышки – температура, при которой пары масла при нагревании в открытом тигле образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени.
Количество воздуха в РЖ, которое может раствориться до её насыщения прямо пропорционально давлению на поверхности раздела. Объём растворённого газа вычисляется по формуле:
VГ = KpVжpГ
где VГ – объём растворённого газа; КP – коэффициент растворимости газа (т.е. объём газа, растворяющийся при атмосферном давлении в единице объёма жидкости); VЖ – объём жидкости; pг – абсолютное давление газа, находящегося в контакте с жидкостью, [ат].
При понижении давления газ (воздух) из рабочей жидкости начинает обильно выделяться, что может привести к образованию пены (механической смеси воздуха с маслом). Механическая смесь воздуха с рабочей жидкостью ухудшает работу насосов, резко снижает к.п.д. и уменьшается производительность. При сжатии смеси её температура повышается, что вызывает разрушение и окисление жидкости.
Наличие растворённой воды в РЖ ухудшает её смазывающие свойства и антиокислительную стабильность.
Наличие механических примесей приводит к износу гидрооборудования и выходу его из строя. Более половины всех отказов гидросистем происходит из-за некачественной очистки РЖ от механических примесей.