Áp suất thủy lực hoạt động như thế nào? Hướng dẫn đầy đủ

Áp suất thủy lực hoạt động như thế nào: Câu trả lời ngắn gọn

Áp suất thủy lực hoạt động bằng cách truyền lực qua một chất lỏng kín, không nén được - hầu như luôn là dầu - từ điểm này sang điểm khác. Khi máy bơm đẩy chất lỏng vào một hệ thống kín, áp suất sẽ tăng lên và tác động như nhau theo mọi hướng trên mọi bề mặt mà nó tiếp xúc. Áp suất đó sau đó được dẫn đến một xi lanh hoặc động cơ, nơi nó chuyển đổi trở lại thành lực cơ học hoặc chuyển động quay. Kết quả là khả năng di chuyển tải trọng lớn với thiết bị tương đối nhỏ gọn.

Nguyên tắc cơ bản là Định luật Pascal: áp suất tác dụng lên một chất lỏng bị giam giữ được truyền không suy giảm trong chất lỏng đó. Nói một cách toán học, P = F/A, trong đó P là áp suất tính bằng pascal hoặc psi, F là lực tác dụng tính bằng newton hoặc pound, và A là diện tích tính bằng mét vuông hoặc inch vuông. Mối quan hệ này có nghĩa là bằng cách thay đổi diện tích của một hình trụ, một hệ thống có thể nhân lên hoặc giảm lực một cách đáng kể - cùng lý do khiến một kỹ thuật viên nặng 70 kg nhấn một tay cầm bơm nhỏ có thể nâng được một máy ép nặng 20 tấn.

Mọi hệ thống thủy lực công nghiệp - từ máy ép nhà máy đến máy xúc xây dựng - đều dựa vào cùng một chuỗi sự kiện: a Đơn vị năng lượng thủy lực (HPU) tạo ra chất lỏng có áp suất, các van điều khiển điều khiển nó và bộ truyền động chuyển nó thành công. Hiểu từng bước sẽ tiết lộ lý do tại sao thủy lực vẫn là lựa chọn ưu tiên ở những nơi có mật độ lực cao và khả năng kiểm soát chính xác đều quan trọng.

Định luật Pascal: Vật lý đằng sau mọi hệ thống thủy lực

Blaise Pascal đã xây dựng định luật cơ học chất lỏng vào năm 1653, nhưng ý nghĩa kỹ thuật của nó chỉ được khai thác hoàn toàn vào thế kỷ 19 và 20 với sự phát triển của các vòng đệm chính xác và ống thép cường độ cao. Ý tưởng cốt lõi rất đơn giản: chất lỏng không bị nén đáng kể dưới áp suất làm việc bình thường, do đó, bất kỳ lực nào bạn tác dụng tại một điểm sẽ truyền ngay lập tức và đồng đều đến mọi điểm khác trong hệ thống.

Hãy xem xét một ví dụ hai xi-lanh cơ bản. Nếu bạn tác dụng một lực 100 N lên một pít-tông có diện tích 1 cm2 thì áp suất thu được là 100 N/cm2 = 1 MPa. Kết nối hình trụ nhỏ đó thông qua một ống chứa đầy chất lỏng với một hình trụ lớn hơn có diện tích 100 cm2 và cùng một áp suất 1 MPa tác dụng lên toàn bộ mặt 100 cm2 - tạo ra lực đầu ra là 10.000 N. Hệ thống đã nhân lực lên hệ số 100 mà không cần thêm bất kỳ năng lượng nào vào. Sự đánh đổi là độ dịch chuyển: pít-tông nhỏ phải di chuyển 100 mm để di chuyển pít-tông lớn chỉ 1 mm. Năng lượng được bảo toàn; lực được khuếch đại với chi phí là tốc độ và hành trình.

Nguyên lý nhân lực này là lý do tại sao thủy lực xuất hiện ở bất cứ nơi nào trọng lượng và độ nén quan trọng với nhau. Một xi lanh khí nén làm việc ở áp suất 8 bar (0,8 MPa) tạo ra lực khiêm tốn vì áp suất không khí bị hạn chế. Một xi lanh thủy lực hoạt động ở áp suất 250 bar (25 MPa) — áp suất vận hành công nghiệp điển hình — mang lại lực lớn hơn khoảng 30 lần so với cùng một kích thước lỗ khoan.

Các thành phần cốt lõi của hệ thống thủy lực

Một mạch thủy lực hoàn chỉnh được tạo thành từ một số thành phần phụ thuộc lẫn nhau. Mỗi bộ phận đóng một vai trò cụ thể và điểm yếu trong bất kỳ liên kết nào - vòng đệm bị mòn, van kích thước nhỏ, bình chứa bị ô nhiễm - sẽ làm giảm hiệu suất trên toàn bộ hệ thống.

Hồ chứa nước

Bình chứa lưu trữ chất lỏng làm việc và cho phép bọt khí và nhiệt tiêu tan trước khi chất lỏng tuần hoàn. Các bể chứa công nghiệp có kích thước gấp khoảng 2–3 lần tốc độ dòng chảy mỗi phút của máy bơm để cung cấp thời gian dừng thích hợp. Máy bơm 50 L/phút thường kết hợp với bình chứa 100–150 L. Bình chứa cũng chứa các bộ lọc thông hơi, kính quan sát mức độ, nút xả nước và thường là máy đo nhiệt độ - biến nó thành trung tâm theo dõi sức khỏe của mạch.

Bơm thủy lực

Máy bơm không tạo ra áp suất trực tiếp; nó tạo ra dòng chảy. Áp suất chỉ phát triển khi dòng chảy đó gặp lực cản - tải, van hoặc đường dẫn bị chặn. Ba loại máy bơm chiếm ưu thế trong các ứng dụng công nghiệp và di động:

• Bơm bánh răng - đơn giản, chi phí thấp, thích hợp với áp suất lên tới khoảng 250 bar. Chỉ dịch chuyển cố định.
• Máy bơm cánh gạt — êm hơn bơm bánh răng, áp suất vừa phải lên tới khoảng 175 bar, hiệu suất thể tích tốt.
• Máy bơm pít-tông — hiệu suất cao nhất, có khả năng chịu áp suất 350–700 bar, có thể thay đổi độ dịch chuyển, được ưu tiên sử dụng trong công nghiệp và di động có yêu cầu cao.

Máy bơm piston có độ dịch chuyển thay đổi đặc biệt có giá trị trong Bộ nguồn thủy lực vì chúng tự động giảm sản lượng khi nhu cầu giảm, giảm mức tiêu thụ năng lượng và sinh nhiệt trong chu kỳ tải một phần.

Van điều khiển

Van là hệ thống thần kinh của mạch thủy lực. Van điều khiển hướng (DCV) định tuyến dòng chảy đến bất kỳ bộ truyền động nào cần. Van giảm áp (PRV) giới hạn áp suất hệ thống tối đa - thường được đặt cao hơn 10–15% so với áp suất vận hành cao nhất - để bảo vệ các bộ phận khỏi quá tải. Van điều khiển lưu lượng đo tốc độ chất lỏng đi vào hoặc thoát ra khỏi bộ truyền động, trực tiếp điều khiển tốc độ của bộ truyền động. Van kiểm tra ngăn chặn dòng chảy ngược. Van tỷ lệ và van phụ bổ sung khả năng điều khiển điện tử tinh tế, cho phép điều chỉnh vị trí hoặc lực vòng kín với độ lặp lại định vị tốt hơn 0,01 mm trong các ứng dụng chính xác.

Thiết bị truyền động

Cơ cấu chấp hành chuyển đổi năng lượng thủy lực trở lại thành công cơ học. Xi lanh tuyến tính tạo ra lực đẩy hoặc lực kéo; động cơ thủy lực quay tạo ra mô-men xoắn và chuyển động quay. Lực đầu ra của xi lanh được tính như F = P × A, do đó, xi lanh có đường kính 100 mm (diện tích ≈ 78,5 cm²) hoạt động ở áp suất 200 bar (20 MPa) sẽ phát triển khoảng 157.000 N - hoặc 16 tấn - lực đẩy . Mức lực đó từ một động cơ servo điện có kích thước tương đương sẽ cần một động cơ lớn hơn và nặng hơn nhiều lần.

Bộ lọc và điều hòa chất lỏng

Theo dữ liệu của ngành năng lượng chất lỏng, ô nhiễm là nguyên nhân lớn nhất gây ra hỏng hóc bộ phận thủy lực - chịu trách nhiệm cho khoảng 70–80% tổng số hỏng hóc sớm. Bộ lọc hồi lưu, bộ lọc hút và hệ thống lọc vòng thận ngoại tuyến duy trì mức độ sạch. Các ứng dụng van servo thường yêu cầu độ sạch ISO cấp 16/14/11 hoặc cao hơn, nghĩa là ít hơn 1.300 hạt lớn hơn 4 µm trên mỗi mililit chất lỏng.

Đơn vị năng lượng thủy lực là gì và tại sao nó lại quan trọng

A Bộ nguồn thủy lực (HPU) - đôi khi được gọi là bộ nguồn thủy lực - là một bộ phận khép kín tích hợp bình chứa, máy bơm, động cơ chính (động cơ điện hoặc động cơ đốt), van giảm áp, bộ lọc, bộ trao đổi nhiệt và thiết bị đo thành một bộ phận đóng gói duy nhất. Thay vì phân tán các thành phần này trên khung máy, HPU hợp nhất chúng thành một hệ thống được thiết kế có thể được cài đặt, bảo trì và hoán đổi thành một bộ phận.

HPU có phạm vi từ các tổ máy để bàn nhỏ gọn sản xuất 1–5 kW và hoạt động ở 70–150 bar đến các tổ máy điện công nghiệp nhiều megawatt dẫn động máy ép nhà máy thép ở áp suất trên 400 bar. Một bộ nguồn thủy lực công nghiệp tầm trung có thể ghép nối một động cơ điện 30 kW với bơm piston hướng trục 45 cc/vòng, bình chứa 200 L, bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng nước duy trì nhiệt độ dầu ở 45–55°C và bộ lọc đường hồi lưu 10 µm — tất cả đều được gắn trên khung đế bằng thép sơn tĩnh điện có khay nhỏ giọt tích hợp.

Thông số kỹ thuật chính cần đánh giá khi chọn HPU

Thiết kế HPU cũng liên quan đến các lựa chọn về sự dư thừa. Các quy trình quan trọng - hệ thống điều khiển nền tảng ngoài khơi, máy cán thép, thiết bị hỗ trợ mặt đất máy bay - thường sử dụng Bộ nguồn thủy lực song công với hai máy bơm, trong đó một máy vận hành và một máy dự phòng khi chuyển đổi tự động. Chi phí ngừng hoạt động trong những môi trường đó có thể vượt quá hàng chục nghìn đô la mỗi giờ, khiến cho việc dự phòng trở nên hợp lý về mặt kinh tế ngay cả với chi phí vốn đáng kể.

Áp lực hình thành, ổn định và được kiểm soát như thế nào

Hiểu được đặc tính động của áp suất - không chỉ là công thức tĩnh - là điều cần thiết đối với bất kỳ ai thiết kế hoặc xử lý sự cố hệ thống thủy lực. Áp lực không chỉ đơn giản là bật lên. Nó tăng lên, đạt đỉnh, dao động và ổn định theo các kiểu phụ thuộc vào loại máy bơm, tốc độ phản hồi của van, độ dài đường ống và khả năng nén chất lỏng.

Gai áp lực và búa nước

Khi một van định hướng đóng lại nhanh chóng, động lượng của chất lỏng chuyển động không còn nơi nào để biến mất. Kết quả là áp suất nhất thời - tăng đột biến - có thể đạt tới 2–5 lần áp suất vận hành ở trạng thái ổn định trong vòng chưa đầy 5 mili giây. Một hệ thống chạy ở áp suất 200 bar có thể thấy các đỉnh nhất thời trên 500 bar. Những phụ kiện ống dẫn mỏi này có gai nhọn, làm nứt các khối ống góp và phá hủy các vòng đệm trong các chu kỳ lặp đi lặp lại. Các nhà thiết kế chống lại chúng bằng bộ tích áp (hấp thụ năng lượng tăng vọt), van đóng chậm hoặc van kiểm tra do phi công vận hành với tốc độ mở được kiểm soát.

Vai trò của van giảm áp

Mọi hệ thống thủy lực phải có van giảm áp (PRV) được đặt dưới áp suất định mức của bộ phận yếu nhất. Nếu bộ truyền động đạt đến điểm cuối hành trình khi máy bơm vẫn đang chạy, áp suất sẽ tăng lên cho đến khi có thứ gì đó bị vỡ. PRV mở ra khi áp suất vượt quá điểm đặt, bỏ qua dòng chảy trở lại bể. Đây không phải là điều kiện hoạt động bình thường — PRV mở liên tục sẽ gây lãng phí năng lượng dưới dạng nhiệt và báo hiệu sự cố về thiết kế hoặc vận hành hệ thống. Thiết kế chính xác chỉ định tuyến luồng PRV trong các trường hợp quá tải thực sự, khiến nó luôn đóng trong phần lớn thời gian.

Ắc quy: Lưu trữ năng lượng thủy lực

Bình tích áp thủy lực là một bình áp suất chứa khí nạp trước (hầu như luôn là nitơ) được tách ra khỏi chất lỏng thủy lực bằng bàng quang, pít-tông hoặc màng ngăn. Khi áp suất hệ thống vượt quá mức nạp khí trước, chất lỏng sẽ nén khí và tích trữ năng lượng. Khi áp suất giảm - khi nhu cầu tăng đột biến hoặc máy bơm bị hỏng - khí sẽ giãn nở và đẩy chất lỏng trở lại mạch. Ắc quy phục vụ ba chức năng chính: lưu trữ năng lượng để bổ sung nhu cầu cao nhất, cung cấp áp suất khẩn cấp để kích hoạt tắt máy an toàn và giảm xung. Bộ tích lũy bàng quang 20 L được nạp trước tới 150 bar có thể cung cấp dòng bổ sung ngắn hạn từ 8–12 L ở áp suất hệ thống - đủ để hoàn thành chuyển động van quan trọng về an toàn ngay cả sau khi mất bơm.

Chất lỏng thủy lực: Phương tiện giúp mọi thứ hoạt động

Chất lỏng trong hệ thống thủy lực không chỉ đơn giản là phương tiện truyền lực. Nó đồng thời bôi trơn mọi bề mặt chuyển động bên trong máy bơm, van và bộ truyền động, mang nhiệt ra khỏi các điểm nóng, bảo vệ bề mặt kim loại khỏi bị ăn mòn và đình chỉ các hạt ô nhiễm cho đến khi chúng chạm tới bộ lọc. Việc chọn sai chất lỏng hoặc để nó xuống cấp sẽ phá hủy các bộ phận nhanh hơn hầu hết mọi yếu tố đơn lẻ khác.

Độ nhớt và sự phụ thuộc nhiệt độ của nó

Độ nhớt là đặc tính quan trọng nhất của chất lỏng. Hầu hết các thiết bị thủy lực công nghiệp đều chỉ định dầu khoáng ISO VG 46 - cấp độ nhớt 46 centistokes (cSt) ở 40°C. Khi nhiệt độ tăng lên 80°C, độ nhớt giảm xuống khoảng 12 cSt; ở 20°C nó có thể là 100 cSt hoặc cao hơn. Hoạt động dưới độ nhớt tối thiểu sẽ gây ra sự tiếp xúc giữa kim loại với kim loại và mài mòn nhanh chóng; vận hành trên độ nhớt tối đa gây ra hiện tượng sủi bọt, phản ứng chậm và chân không đầu vào bơm cao. Hầu hết các hệ thống đều nhắm mục tiêu 25–54 cSt ở đầu vào máy bơm để đạt được sự cân bằng tối ưu.

Các loại chất lỏng và ứng dụng của chúng

• Dầu khoáng (ISO VG 32–68) - loại phổ biến nhất, bôi trơn tốt và ổn định, tiết kiệm chi phí, không chống cháy.
• Nước-glycol (HF-C) — chống cháy, sử dụng gần lò nung và máy đúc khuôn, làm giảm tuổi thọ của máy bơm từ 30–40% so với dầu khoáng.
• Este photphat (HF-D) - khả năng chống cháy tuyệt vời, được sử dụng trong máy bay và sản xuất điện; yêu cầu vật liệu bịt kín đặc biệt (EPDM, PTFE) và xử lý chất lỏng chuyên dụng.
• Este phân hủy sinh học (HETG, HEES) — được sử dụng trong các lĩnh vực nhạy cảm với môi trường như lâm nghiệp, biển và chế biến thực phẩm; phân hủy sinh học trong đất hơn 28 ngày; thường là 3–5× giá dầu khoáng.
• Chất lỏng có hàm lượng nước cao (HWCF, 95% nước) - chi phí rất thấp và có khả năng chống cháy, nhưng độ bôi trơn kém đòi hỏi phải giảm độ hao mòn của các bộ phận và thay thế dầu thường xuyên.

Giám sát và ô nhiễm chất lỏng

Máy đếm hạt, cảm biến độ ẩm và máy phân tích độ nhớt hiện được lắp đặt thường xuyên trên các Bộ nguồn thủy lực lớn hơn như một phần của chương trình giám sát tình trạng. Máy đếm hạt trực tuyến lấy mẫu chất lỏng đường hồi lưu có thể phát hiện vòng bi máy bơm đang xuống cấp hàng tuần trước khi nó hỏng hóc nghiêm trọng - chuyển sang các khoảng thời gian bảo trì theo kế hoạch thay vì tắt khẩn cấp. Hàm lượng nước trên 0,05% trong dầu khoáng sẽ nhũ hóa chất lỏng, phá hủy màng dầu trên bề mặt ổ trục và thúc đẩy rỉ sét. Ngay cả 500 ppm (0,05%) nước cũng đã được chứng minh là làm giảm tuổi thọ mỏi của ổ lăn tới 75%.

Các loại hệ thống thủy lực và chúng khác nhau như thế nào

Không phải tất cả các hệ thống thủy lực đều được cấu hình theo cùng một cách. Kiến trúc mạch xác định mức độ sử dụng năng lượng hiệu quả, mức độ phản hồi của hệ thống và cách hệ thống xử lý các nhu cầu đồng thời từ nhiều bộ truyền động.

Hệ thống trung tâm mở và hệ thống trung tâm đóng

Trong hệ thống trung tâm mở, chất lỏng tuần hoàn liên tục trở lại bể thông qua các van định hướng khi không có bộ truyền động nào chuyển động. Điều này đơn giản và rẻ tiền nhưng lại gây lãng phí năng lượng liên tục. Trong hệ thống trung tâm kín, đầu ra của máy bơm không còn hữu ích khi bộ truyền động không hoạt động - do đó, máy bơm phải được dỡ tải, dừng hoặc hệ thống được trang bị một máy bơm chuyển vị biến đổi được bù áp suất để giảm đầu ra xuống lưu lượng gần bằng 0. HPU công nghiệp hiện đại hầu như chỉ sử dụng mạch trung tâm kín với máy bơm có thể tích biến thiên , giảm mức tiêu thụ điện năng không tải xuống 60–85% so với các giải pháp thay thế trung tâm mở có dịch chuyển cố định.

Hệ thống cảm biến tải

Hệ thống thủy lực cảm biến tải (LS) liên tục theo dõi áp suất theo yêu cầu của bộ truyền động có nhu cầu cao nhất và ra lệnh cho máy bơm cung cấp đủ áp suất và lưu lượng để đáp ứng nhu cầu đó cộng với một biên độ nhỏ (thường là 15–25 bar so với áp suất tải). Máy bơm không bao giờ chạy mạnh hơn mức cần thiết. Hệ thống cảm biến tải là tiêu chuẩn trên các thiết bị di động hiện đại — máy xúc, cần cẩu, máy nông nghiệp — nơi tải thay đổi đáng kể theo từng giây và hiệu quả sử dụng nhiên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả kinh tế vận hành. Máy đào cảm biến tải có thể tiêu thụ nhiên liệu ít hơn 15–25% so với máy có áp suất cố định tương đương trong cùng chu kỳ làm việc.

Hệ thống điện thủy lực

Hệ thống điện-thủy lực thay thế hoạt động dẫn động van cơ khí hoặc van thí điểm-thủy lực bằng các cuộn dây điện tử, van tỷ lệ hoặc van phụ được điều khiển bởi PLC hoặc bộ điều khiển chuyển động chuyên dụng. Điều này cho phép lập trình cấu hình lực và vị trí, ghi dữ liệu, chẩn đoán lỗi và tích hợp với các mạng tự động hóa công nghiệp. Trong máy ép phun, điều khiển servo điện-thủy lực duy trì áp suất phun trong phạm vi ±1 bar của điểm đặt và vị trí trong phạm vi 0,05 mm — khả năng làm thay đổi chất lượng sản phẩm và độ lặp lại. Bộ nguồn thủy lực trong các hệ thống lắp đặt này thường kết hợp với động cơ truyền động biến tốc độ (VSD), trong đó tốc độ động cơ điện theo dõi trực tiếp nhu cầu, giúp cắt giảm thêm 30–50% mức sử dụng năng lượng so với thiết kế HPU tốc độ cố định.

Các ứng dụng trong thế giới thực nơi áp suất thủy lực là không thể thiếu

Áp lực thủy lực xuất hiện trên nhiều ngành công nghiệp hơn hầu hết mọi người nhận ra. Mật độ lực và khả năng điều khiển mà thủy lực cung cấp đơn giản là không thể được sao chép bởi bất kỳ công nghệ nào khác với chi phí và quy mô tương đương.

• Xây dựng và vận chuyển đất — Máy xúc 20 tấn sử dụng áp suất thủy lực ở mức 350 bar để tạo ra lực đào trên 150 kN. Toàn bộ bộ chức năng cần, tay đòn, gầu và cánh quay được cung cấp năng lượng bởi một Bộ nguồn thủy lực duy nhất được tích hợp vào khung máy.
• Ép và tạo hình công nghiệp — Máy ép thủy lực tạo hình kim loại hoạt động với lực từ 100 đến 80.000 tấn. Một máy ép rèn 5.000 tấn về mặt vật lý là không thể thực hiện được với bất kỳ công nghệ nào khác có kích thước tương đương.
• Dầu khí ngoài khơi — Hệ thống điều khiển thủy lực dưới biển hoạt động ở áp suất lên tới 690 bar để kích hoạt bộ phận ngăn chặn xả hơi và van cây Giáng sinh ở độ sâu nước trên 3.000 m. HPU bề mặt được thiết kế với khả năng dự phòng đầy đủ và giám sát liên tục.
• Hàng không và hàng không vũ trụ — Hệ thống thủy lực của máy bay thương mại thường hoạt động ở áp suất 207 bar (3.000 psi), với máy bay thế hệ tiếp theo sẽ chuyển sang áp suất 345 bar (5.000 psi) để giảm trọng lượng ống và bộ truyền động. Bề mặt điều khiển chuyến bay, thiết bị hạ cánh và phanh đều phụ thuộc vào áp suất thủy lực.
• Gia công thép và kim loại — Máy cán sử dụng điều khiển khe hở thủy lực (HGC) để duy trì khe hở cuộn trong phạm vi 10 µm, trực tiếp kiểm soát độ dày dải. HPU dành cho máy cán có thể cung cấp 1.000–5.000 L/phút ở áp suất 250–350 bar.
• Hàng hải và đóng tàu — Hệ thống lái trên tàu lớn sử dụng thanh truyền động thủy lực để quay bánh lái nặng hàng trăm tấn. Hệ thống nắp hầm và cần trục trên tàu chở hàng hoàn toàn được dẫn động bằng thủy lực.
• ép phun — Lực kẹp thủy lực trên máy ép phun cỡ lớn đạt từ 5.000 tấn trở lên, giữ kín hai nửa khuôn trước áp suất phun nhựa nóng chảy lên tới 2.000 bar.

Các vấn đề về áp suất thủy lực thường gặp và nguyên nhân gốc rễ của chúng

Khi một hệ thống thủy lực hoạt động kém hoặc hỏng hóc, các triệu chứng bề ngoài thường trông giống nhau - bộ truyền động chậm, chuyển động thất thường, tiếng ồn quá mức, quá nóng - nhưng nguyên nhân cốt lõi lại khác nhau. Chẩn đoán sai dẫn đến việc thay thế các linh kiện đắt tiền mà không phải là vấn đề thực sự.

Áp suất thấp hoặc không ổn định

Các nguyên nhân có thể bao gồm máy bơm bị mòn với độ rò rỉ bên trong cao (kiểm tra hiệu suất thể tích - bất cứ điều gì dưới 85% trên bơm piston cho thấy sự hao mòn), van giảm áp đặt quá thấp hoặc bị kẹt mở một phần, ống van bên trong bị mòn dẫn đến rò rỉ cổng chéo, hoặc phớt xi lanh bị hỏng khi truyền chất lỏng từ phía áp suất cao của piston sang phía thanh truyền. Kiểm tra áp suất có hệ thống ở từng giai đoạn của mạch - đầu ra của bơm, van sau, tại bộ truyền động - nhanh chóng cách ly lỗi.

Nhiệt độ quá cao

Chất lỏng thủy lực trên 65–70°C bị thoái hóa nhanh chóng. Tuổi thọ của chất lỏng giảm một nửa khi nhiệt độ tăng lên trên 60°C mỗi 10°C. Sự sinh nhiệt luôn được gây ra bởi sự sụt giảm áp suất qua một bộ phận hạn chế - van đóng một phần, bộ lọc bị tắc, đường ống có kích thước nhỏ hoặc van xả mở quá thường xuyên. Nếu bộ trao đổi nhiệt chạy liên tục hết công suất thì cơ bản hệ thống đang gặp vấn đề về hiệu quả năng lượng , không chỉ đơn thuần là vấn đề làm mát. Máy bơm có thể tích thay đổi, bộ điều khiển cảm biến tải và đường dây có kích thước phù hợp sẽ giải quyết nguyên nhân gốc rễ; thêm một bộ làm mát lớn hơn chỉ điều trị được triệu chứng.

Xâm thực và sục khí

Xâm thực xảy ra khi áp suất chất lỏng cục bộ giảm xuống dưới áp suất hơi của nó, tạo thành bong bóng hơi nổ dữ dội khi áp suất phục hồi - tạo ra tiếng ồn như sỏi trong hộp thiếc và ăn mòn bề mặt kim loại với tốc độ vài micron mỗi giờ. Sục khí tạo ra bọt khí từ bọt chứa, khớp nối đường hút bị rò rỉ hoặc mức chất lỏng thấp. Cả hai tình trạng này đều phá hủy máy bơm một cách nhanh chóng và gây ra hoạt động của bộ truyền động xốp, không thể đoán trước. Độ chân không đầu vào của máy bơm trên 0,3 bar (225 mmHg) là chỉ báo cảnh báo sớm đáng tin cậy về nguy cơ xâm thực mới bắt đầu.

Rò rỉ bên ngoài

Lỗi bịt kín ở vòng đệm thanh xi lanh, phụ kiện ống và mặt thân van là vấn đề thủy lực dễ thấy nhất. Ngay cả một rò rỉ nhỏ bên ngoài - 1 giọt mỗi giây - cũng lên tới khoảng 2–3 lít mỗi ngày và hơn 700 lít mỗi năm. Ngoài chi phí chất lỏng, rò rỉ bên ngoài còn tạo ra nguy cơ hỏa hoạn (dầu được nguyên tử hóa trên bề mặt nóng bốc cháy ở khoảng 150°C đối với dầu khoáng), ô nhiễm môi trường và nguy cơ trượt. Hầu hết các hư hỏng của phốt đều bắt nguồn từ sự thay đổi áp suất quá mức, chất lỏng bị ô nhiễm tấn công các chất đàn hồi của phốt hoặc việc lựa chọn vật liệu phốt không chính xác cho loại chất lỏng.

Hiệu quả năng lượng trong các tổ máy thủy lực hiện đại

Thủy lực trong lịch sử đã bị chỉ trích vì hiệu quả sử dụng năng lượng kém so với truyền động điện. Lời chỉ trích này có giá trị đối với các hệ thống có tốc độ cố định, dịch chuyển cố định trong đó máy bơm chạy hết công suất bất kể nhu cầu. Các thiết kế của Bộ nguồn thủy lực hiện đại đã thu hẹp đáng kể khoảng cách đó thông qua máy bơm có dung tích biến thiên, động cơ truyền động có tốc độ thay đổi, bộ điều khiển cảm biến tải và mạch tái tạo.

Bộ truyền động thủy lực biến tốc được điều khiển bằng servo — kết hợp động cơ servo với bơm chuyển vị cố định — có thể phù hợp với hiệu suất năng lượng của bộ truyền động điện trực tiếp trong nhiều chu kỳ làm việc trong khi vẫn duy trì mật độ lực, sự tuân thủ và khả năng chịu quá tải của thủy lực. Trong lĩnh vực ép phun, các dự án trang bị thêm của VSD-HPU luôn cho thấy mức tiết kiệm năng lượng từ 40–60% so với việc lắp đặt HPU tốc độ cố định truyền thống, với thời gian hoàn vốn là 18–36 tháng.

Mạch thủy lực tái tạo thu hồi năng lượng trong quá trình rút xi lanh - đặc biệt có giá trị trong các ứng dụng ép dọc, nơi một thanh nén nặng hạ xuống dưới tác dụng của trọng lực. Bằng cách định tuyến dòng hồi lưu thông qua một động cơ thủy lực được kết nối với trục máy bơm, hệ thống sẽ phục hồi 20–40% năng lượng tiềm năng mà mạch thông thường sẽ truyền qua van xả dưới dạng nhiệt.

Bộ tích lũy thủy lực cũng đóng một vai trò hiệu quả: bằng cách lưu trữ năng lượng trong thời gian nhu cầu thấp và giải phóng năng lượng trong thời gian nhu cầu cao nhất, bộ tích lũy có kích thước phù hợp cho phép HPU nhỏ hơn, hiệu quả hơn phục vụ cùng một tải cao điểm — đồng thời giảm cả chi phí vốn và chi phí năng lượng vận hành.

Thực hành bảo trì giúp kéo dài tuổi thọ hệ thống thủy lực

Một hệ thống thủy lực được bảo trì tốt thường xuyên đạt được tuổi thọ hoạt động từ 20–30 năm. Các hệ thống bị bỏ qua sẽ hỏng hóc sớm, thường gây ra những thiệt hại phụ đắt đỏ - một máy bơm tạo bọt phá hủy các van hạ lưu trong cùng một trường hợp hỏng hóc hoặc một van trợ động bị ô nhiễm tự ghi điểm vào lỗ khoan của chính nó và truyền mạt mài mòn sang bộ phận tiếp theo.

1. Lấy mẫu và phân tích chất lỏng sau mỗi 500–1.000 giờ hoạt động — số lượng hạt, hàm lượng nước, độ nhớt, trị số axit và nồng độ mài mòn kim loại cho biết toàn bộ câu chuyện về tình trạng trước khi các vấn đề trở thành hư hỏng.
2. Thay thế phần tử bộ lọc ở chỉ báo chênh lệch áp suất, không chỉ theo lịch trình - một hệ thống được tải nhẹ có thể chạy 2.000 giờ giữa các lần thay đổi; một hệ thống chịu tải nặng có thể cần thay đổi sau 500 giờ.
3. Hồ chứa nước inspection and cleaning at every major fluid change - Bùn và vecni tích tụ trên thành bể chứa và nút xả, giải phóng các hạt vào chất lỏng mới.
4. Kiểm tra ống 6 tháng một lần - ống thủy lực có tuổi thọ mỏi hữu hạn bất kể tình trạng bên ngoài như thế nào. Hầu hết các nhà sản xuất đều khuyến nghị tuổi thọ sử dụng tối đa là 6 năm kể từ ngày sản xuất hoặc 4 năm sử dụng, tùy điều kiện nào đến trước.
5. Kiểm tra van giảm áp hàng năm — PRV có thể trôi, dính hoặc kêu. PRV mở 20 bar dưới điểm đặt sẽ gây lãng phí năng lượng và hạn chế hiệu suất hệ thống; một cái đóng kín cho phép hệ thống bị quá áp trong khi bộ truyền động ngừng hoạt động.
6. Hình ảnh nhiệt trong quá trình hoạt động — camera hồng ngoại nhanh chóng xác định các điểm nóng tại các van bị tắc một phần, các phụ kiện có điện trở cao hoặc tắc nghẽn bộ trao đổi nhiệt mà chỉ riêng đồng hồ đo nhiệt độ không thể xác định được.

Bảo trì chủ động trên Bộ nguồn thủy lực hầu như luôn rẻ hơn so với sửa chữa phản ứng. Việc thay thế máy bơm trên HPU 200 kW có thể tốn 8.000–15.000 bảng Anh cho các bộ phận và nhân công. Sản xuất bị mất trong thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch trong khi chờ đợi các bộ phận và kỹ sư thường vượt quá 50.000 bảng Anh mỗi ngày trong các ngành có quy trình liên tục - khiến cho các chương trình bảo trì phòng ngừa tích cực thậm chí còn có hiệu quả chi phí cao.