REXROTH柱塞泵氣蝕現象及控制

　　REXROTH柱塞泵氣蝕現象及控制

　　由于REXROTH柱塞泵在局部會產生的瞬時壓力和高溫，當潰滅發生在固體表面附近時，不斷潰滅的氣泡所產生的壓力和高溫反復作用就會破壞固體表面，導致氣蝕，又稱空蝕，且氣泡潰滅時伴有強烈的噪聲和振動，并伴隨有微弱的光，對液壓系統和元件的工作性能、壽命和效率都有極大的影響。

　　1、REXROTH柱塞泵中氣穴及氣蝕易發生位置

　　柱塞泵的氣穴現象研究多集中在吸油氣穴，即由于吸油阻力太大或泵的轉速太高而導致柱塞腔中真空度太大而出現的氣穴現象，通常忽略了柱塞腔配流過渡過程中產生氣泡的過程及危害，傳統觀念認為瞬時真空產生的時間很短，來不及生成足夠大直徑的氣泡從而不會導致嚴重的氣穴及氣蝕現象。但實際情況是，在高壓條件下(目前高壓柱塞泵的額定壓力已達35 MPa)，小直徑的氣泡破裂也會產生強烈的氣蝕破壞和噪聲，所以，在減小吸油區氣穴含量的基礎上，應重點關注液壓泵在高壓和超高壓工況下，柱塞腔吸排油過渡過程中氣穴及氣蝕的控制。

　　為減小配流沖擊、降低噪聲，高壓柱塞泵的柱塞腔在吸排油轉換的過程中必須進行預升壓和預卸壓，預升壓過程是柱塞腔機械閉死壓縮和通過減振三角槽從排油口引入高壓油實現的;預卸壓過程是柱塞腔機械閉死膨脹和通過減振三角槽引出高壓油到吸油口實現的，由于預升壓和預卸壓過程中，減振三角槽的兩端均作用較大的變化的壓差，減振三角槽中的油液產生較大速度的壓差流，根據伯努利能量守恒方程，動能大的地方壓力能必定低，所以減振三角槽中將會有低壓區出現，壓力低于油液的空氣分離壓時，溶解在油液中的氣體析出，形成氣穴，氣泡再破裂時將產生氣蝕，從而破壞配流盤和缸體表面。

　　1.REXROTH柱塞泵流場可視化試驗間接顯示氣穴位置

　　由于直接對REXROTH柱塞泵配流盤上減振槽中油液流動進行氣穴顯示試驗的結構實現難度太大，又考慮到柱塞泵的配流盤上減振槽和非全周開口滑閥中的節流槽的結構和工作過程相似，所以，對透明液壓閥中節流槽中流動氣穴可視化試驗進行討論。

　　節流槽有兩種典型結構：第一種是具有等截面段的節流槽，其截面形狀可以是矩形、三角形、梯形等，節流槽截面為矩形，稱為U形節流槽(或U形槽);第二種為漸擴形節流槽，其截面形狀也可以有多種，常見的為三角形截面，稱為V形節流槽(或V形槽)。圖1給出了節流槽的結構特征，圖中標示的流向為流入方向REXROTH柱塞泵。柱塞泵配流盤上的減振槽多用V形槽，圖2給出了V形槽在流入和流出方向時的氣穴顯示結果。

　　由REXROTH柱塞泵可見：氣穴出現在V形槽的節流邊后部，此位置與流體脫離壁面的位置重合，氣泡由閥口后部的流體分離位置析出，并隨流束運動的過程中有所成長，然后在節流槽下游的閥腔中潰滅消失。

　　1.REXROTH柱塞泵配流盤氣蝕破壞顯示氣穴位置

　　一些柱塞泵在實際使用中會發生較嚴重的氣蝕損壞，圖3是典型的配流盤氣蝕損壞情況。

　　REXROTH柱塞泵可見:在預升壓過程中，配流盤上對應于減振三角槽的區域中產生了嚴重的氣穴和氣蝕現象，在預升壓過程中，減振三角槽中油液是流出三角槽方向，氣泡產生于減振三角槽的頭部，并隨著油液的射流進入柱塞腔中，隨著缸體和柱塞腔的轉動，部分氣泡回流到配流盤表面當柱塞腔中油液的壓力升高時就產生氣蝕現象。預升壓過程中氣泡回流機制可用

　　可見:預升壓減振槽中的射流將氣泡帶到柱塞腔配流窗孔中，射流在配流窗孔內的固體壁面附近形成回流，將部分氣泡帶到配流盤表面，氣泡潰滅時產生的高壓和高溫在配流盤表面形成蝕坑，同時產生灼燒。

　　2、REXROTH柱塞泵中氣蝕的控制方法

　　REXROTH柱塞泵中的氣蝕控制分為主動控制和被動控制兩種方法，被動控制就是提高配流盤和缸體材料的強度以及零件表面的光潔度和硬度，以減弱氣蝕造成的損壞程度。

　　氣蝕的主動控制有兩種方法：一是減小減振槽中氣穴產生的體積含量，二是控制氣穴發生的區域即讓氣泡遠離配流盤和缸體的表面，在減振槽或柱塞腔油液中出現和破裂，避免對配流盤和缸體表面造成破壞，如圖5所示。

　　REXROTH柱塞泵中改變了預升壓減振槽中油液流出的射流角度，使得氣穴遠離配流盤和缸體表面破裂，從而減小了氣蝕破壞。

　　3、REXROTH柱塞泵抗氣蝕配流盤結構特征分析

　　REXROTH柱塞泵抗氣蝕配流盤結構特征分析見表1，部分國內外抗氣蝕配流盤技術對比分析見表2。由表1和表2可見：現有產品和技術均通過增大減振三角槽的射流角或在槽中加工阻尼孔加入擾動射流來改變氣穴的出現位置來減小氣蝕的破壞程度。