DE1128586B

DE1128586B - Process for avoiding cavitation in hydraulic and hydro-pneumatic devices

Info

Publication number: DE1128586B
Application number: DER26298A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans-Joachim Reifurth
Original assignee: Hoesch AG
Current assignee: Hoesch AG
Priority date: 1959-09-02
Filing date: 1959-09-02
Publication date: 1962-04-26

Description

Verfahren zur Kavitationsvermeidung in hydraulischen und hydropneumatischen Geräten Beim Einsatz von hydraulischen und hydropneumatischen Geräten verhält sich das hydraulische Medium in seiner Konsistenz grundsätzlich so lange ungestört, wie die Arbeitsdrücke des hydraulischen Gerätes den Druck beim Einfüllzustand des Mediums nicht unterschreiten. Wird der Druck des Einfüllzustandes während der Arbeit des hydraulischen Gerätes unterschritten, tritt auf Grund des Drucküberschusses der im Öl gelösten Gasmoleküle das Gas aus und verändert somit den Zustand des unter bestimmten Verhältnissen eingefüllten Mediums.Process for avoiding cavitation in hydraulic and hydropneumatic Devices When using hydraulic and hydropneumatic devices behaves the hydraulic medium is basically undisturbed in its consistency as long as the working pressures of the hydraulic device the pressure when the medium is filled not fall below. If the pressure of the filling state is determined during the work of the hydraulic device, occurs due to the excess pressure of the Gas molecules dissolved in the oil release the gas and thus change the state of the under certain conditions filled in medium.

Die durch diese Kavitationserscheinung bedingten nun einsetzenden Störungen können bekanntermaßen den Wirkungsgrad des Gerätes herabsetzen bzw. vollkommen aufheben.The now onset caused by this cavitation phenomenon It is known that faults can reduce or even completely reduce the efficiency of the device lift.

Da die theoretische Auslegung hydraulischer Geräte, bezogen auf das zu verwendende Medium, unter den Bedingungen des normalen, atmosphärischen Druckes erfolgt; bringt auch die Arbeitstechnik, das hydraulische Medium vor dem Einfüllen dnter Vakuum und Ultraschall zum Entgasen, um dadurch eine Kavitationsherabsetzung zu erreichen, nicht den gewünschten Erfolg, da grundsätzlich durch die Rauhigkeit der Kolbenstange hydraulischer Geräte das Gas des umgebenden Raumes in das hydraulische Gerät hineingepumpt wird, wodurch eine sofortige, schnelle Gasaufladung auf den natürlichen Aggregatzustand erfolgt.Since the theoretical design of hydraulic devices, based on the medium to be used under the conditions of normal atmospheric pressure he follows; also brings the working technique, the hydraulic medium before filling Use a vacuum and ultrasound for degassing, thereby reducing cavitation to achieve, not the desired success, because basically because of the roughness the piston rod of hydraulic devices the gas of the surrounding space into the hydraulic Device is pumped into it, creating an instant, rapid charge of gas to the natural aggregate state takes place.

Es muß festgehalten werden, daß die Aufhebung eines einmal notwendig festgesetzten Wirkungsgrades nicht in einer unerwünschten Funktionsstörung die Sicherheit der Gesamtanlage in erheblichem Maße in Frage stellt.It must be noted that the repeal of one is necessary once fixed efficiency does not result in an undesirable malfunction of the safety of the entire system to a considerable extent.

Es sind hydropneumatische Geräte bekannt, in denen die über dem hydraulischen Medium =durch eine Trennwand von der Drucksäule getrennt -lagernde Drucksäule die Kavitation vollständig aufhebt.There are hydropneumatic devices known in which the above the hydraulic Medium = separated from the pressure column by a partition - the bearing pressure column Cancels cavitation completely.

Diese Geräte haben den Vorteil, daß der theoretisch bestimmte Wirkungsgrad mit dem praktisch sichergestellten Wirkungsgrad in allen Arbeitsbereichen eingehalten wird, da die überlagernde Drucksäule ein Unterschreiten des Druckes des Einfüllzustandes während der Arbeit des Gerätes nicht zuläßt. Die zur Erreichung vollkommener Kavitationsfreiheit notwendigen technischen Bauelemente, d. h. die flexibelen Trennwände zwischen Drucksäule und hydraulischem Medium, sind z. B. bei hydropneumatischen Stoßdämpfern auf Grund der großen Bewegungsfrequenz einem besonderen technischen Verschleiß unterworfen.These devices have the advantage that the theoretically determined efficiency with practically guaranteed efficiency in all work areas is, since the superimposed pressure column falls below the pressure of the filling state not allowed while the device is working. The one to achieve complete freedom from cavitation necessary technical components, d. H. the flexible partitions between the pressure column and hydraulic medium, are e.g. B. due to hydropneumatic shock absorbers subject to special technical wear and tear due to the high frequency of movement.

Sie steilen an die Fertigung auf Grund großer Toleranzgenauigkeit und besonders hoher Materialgüte besondere Anforderungen und verteuern das Produkt nicht unwesentlich. Gleichzeitig wird auch für die Montage solcher Geräte ein hoher technischer Aufwand erforderlich. ' Die im Vorgang erwähnten Kavitationserscheinungen beziehen sich ausschließlich auf das Ausperlen von Gasen, die in hydraulischen Medien gelöst sind, unter dem jeweiligen Druckverhältnis während des Arbeitsprozesses.You step up to the production due to high tolerance accuracy and particularly high material quality meet special requirements and make the product more expensive not insignificant. At the same time, a high will also be required for the assembly of such devices technical effort required. 'The cavitation phenomena mentioned in the process relate exclusively to the bubbling of gases in hydraulic media are solved, under the respective pressure ratio during the work process.

Es ist bekannt, daß hydraulische Medien, z. B. Öl, die in einem System arbeiten und wechselweise unter über- und Unterdruck stehen, den physikalischen Gesetzen der Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeit unterworfen sind. Die Definition der Gase kann zwischen atmosphärischer Luft, Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlensäure usw. je nach Anwendungsgebiet schwanken.It is known that hydraulic media, e.g. B. Oil in a system work and are alternately under positive and negative pressure, the physical Laws governing the solubility of gases in liquids. The definition the gases can be between atmospheric air, nitrogen, oxygen or carbonic acid etc. vary depending on the area of application.

Die Löslichkeit von Gasen in hydraulischen Medien, insbesondere Öl, ist von Viskosität und der Temperatur des Mediums abhängig, sowie von dem Druck, unter welchem das hydraulische Medium in einer Zeiteinheit steht. Der Sättigungsgrad eines hydraulischen Öls z. B. kann bei 20° C unter normalen atmosphärischen Druck ungefähr 10 Volumprozent betragen. Volumenmäßig oder visuell ist diese Gasaufnahme z. B. gegenüber einem vollkommen entgasten Öl schwer nachzuweisen. Die als schädlich bekannte Kavitationsbildung sollte durch vielgestaltige Konstruktionen verhindert werden. Es wurden auch Vorrichtungen ausgearbeitet, in welchen das trennende Mittel als Bauelement zwischen Druckraum und Medium weggelassen wurde. Es zeigte sich jedoch, daß auf Grund der physikalischen Gesetze in der Zeiteinheit ein Sättigungsgrad des Mediums erreicht wurde und daß beim Einsetzen von Druck-und Unterdruckbelastungen des Systems die zu verhindernde Kavitationsbildung in - vollem Umfange eintrat.The solubility of gases in hydraulic media, especially oil, depends on the viscosity and the temperature of the medium, as well as on the pressure, under which the hydraulic medium is in a unit of time. The degree of saturation a hydraulic oil e.g. B. can at 20 ° C under normal atmospheric pressure be approximately 10 percent by volume. This gas uptake is volumetric or visual z. B. difficult to detect against a completely degassed oil. Which as harmful known cavitation formation should be prevented by various designs will. Devices have also been devised in which the separating agent was omitted as a component between the pressure chamber and the medium. However, it turned out that due to the laws of physics in the time unit The degree of saturation of the medium was reached and that with the onset of pressure and negative pressure loads of the system, the cavitation formation to be prevented occurred to the full.

Um die im Vorgang beschriebene Störanfälligkeit hydraulischer Medien zu beseitigen, versuchte man, durch hierfür übliche Zusätze eine weitgehende Auflockerung des Mediums über den bereits bestehenden inneren Gasgehalt zu erreichen, um die Kompressibilität zu erhöhen und laufend zu behalten; zum anderen ging man dazu über, die.Oberflächenspannung durch bekannte Zusätze zu erhöhen, um die Schaumbildung an der Oberfläche zu vermeiden. Es gelang jedoch durch diese Verfahren. nicht, das Ausperlen des im Medium gelösten Gases bei Unterschreitung des Druckes des Einfüllzustandes zu vermeiden.To the failure susceptibility of hydraulic media described in the process To eliminate it, attempts were made to loosen it up with the usual additives of the medium via the already existing internal gas content to achieve the Increase compressibility and keep it constantly; on the other hand one went over to increase the surface tension by known additives to prevent foam formation to avoid on the surface. However, it succeeded through this procedure. not that The gas dissolved in the medium bubbles out when the pressure falls below the filling level to avoid.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vermeidung von Kavitationsbildung in hydraulischen und hydropneumatischen Geräte. unter Fortfall des bisher notwendigen Trennmittels zwischen Druckraum und hydraulischem Medium.The present invention relates to a method of avoidance of cavitation formation in hydraulic and hydropneumatic devices. under elimination the previously necessary separating agent between the pressure chamber and the hydraulic medium.

Es ist bekannt, daß das Einsetzen der Kavitation in dem Moment eintritt, in dem der Druck des Einfüllzustandes des Mediums, z. B. atmosphärischer Druck, unterschritten wird. Fernerhin ist bekannt, daß ein bei atmosphärischem Druck eingefülltes Medium, unter hohen Druck gesetzt, die Kavitation ver= meidet, da der überlagernde Druck eine Unterschreitung des Einfüllzustandes nicht zuläßt. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß dieses nur dann geschieht, wenn ein Trennmittel das hydraulische Medium vom gasförmigen Medium gas- und flüssigkeitsdicht abtrennt.It is known that the onset of cavitation occurs at the moment in which the pressure of the filling state of the medium, e.g. B. atmospheric pressure, is fallen below. It is also known that a filled at atmospheric pressure Medium, placed under high pressure, avoids cavitation because the superimposed one Pressure does not allow the filling level to be fallen below. It is important to consider that this only happens when a release agent removes the hydraulic medium from separates gaseous medium gas- and liquid-tight.

Soll ein hydraulisches oder hydropneumatisches System nach dem im Vorgang Gesagten ohne diese Trennmittel arbeiten, so darf die Kavitationsbildung, d. h. die Entgasung des Öls, beim Eintreten des Druckgefälles nicht auftreten.Should a hydraulic or hydropneumatic system according to the im Work without this release agent, the formation of cavitation, d. H. degassing of the oil does not occur when the pressure drop occurs.

Es ist bekannt, daß verschiedene Medien die Eigenschaft besitzen, gasabsorbierend zu wirken und die Gasadsorption nur unter bestimmten Voraussetzungen, so z. B. unter hohem Vakuum, erst wieder frei werden lassen. Diesen Vorgang kann man z. B. bei Aktivkohle feststellen, die auf Grund der großen Oberfläche der einzelnen Kohlemoleküle Gase in großem Maße zu absorbieren in der Lage ist.It is known that various media have the property to have a gas-absorbing effect and gas adsorption only under certain conditions, so z. B. under a high vacuum, only let it become free again. This process can one z. B. found in activated carbon, due to the large surface area of each Carbon molecules are able to absorb gases to a large extent.

Wird in ein flüssiges Medium, das auf Grund seiner Konsistenz Gase im Normalzustand bereits absorbiert hat, ein gasabsorbierendes Mittel zugesetzt, so findet eine innige Verbindung zwischen Gas und Adsorptionsmittel statt. Da die möglich aufzunehmenden Gasmoleküle gebunden sind, sich jedoch im Medium unmittelbar befinden, und ein höherer Sättigungsgrad unter den normalen Bedingungen nicht erreicht werden kann, kann auch keine neue Gasaufnahme im flüssigen Medium erfolgen.Is in a liquid medium that, due to its consistency, gases has already absorbed in the normal state, added a gas-absorbing agent, so there is an intimate connection between gas and adsorbent. Since the possible to be absorbed gas molecules are bound, but in the medium directly and a higher degree of saturation is not reached under normal conditions can be, no new gas absorption can take place in the liquid medium.

Wird ein solches Medium nun Unterdrücken ausgesetzt, so wird festgestellt, daß die Kavitations- bzw. Entgasungserscheinung erst viel später eintritt-zeitlich und unterdruckgrößenmäßig -, als dies bei einem nicht behandelten Medium der Fall ist.If such a medium is now subjected to suppression, it is determined that that the cavitation or degassing phenomenon occurs much later - temporally and vacuum size - than is the case with an untreated medium is.

Liegt nun die Zeiteinheit zwischen Druck und Unterdruck im Wechsel über der Zeiteinheit der Entgasungsdauer, so ist bereits das behandelte Medium im Normalzustand für den vorgesehenen Ver- i wendungszweck kavitationssicher.If the unit of time now alternates between pressure and negative pressure over the time unit of the degassing duration, the treated medium is already in Normal condition for the intended purpose, cavitation-proof.

Soll nun aber das flüssige Medium aus funktionstechnischen Gründen mit einer Hochdruckgassäule belastet werden, so .muß sinngemäß dem flüssigen Medium so viel Adsorptionsmittel zugegeben werden, wie auf Grund der bekannten Sättigungsverhältnisse gasförmiges Medium vom flüssigen Medium aufgenommen werden-kann: Auch in diesem Falle wird die Kavitationssicherheit erreicht, sofern die Intervalle zwischen den Druckgefällestufen in der Zeiteinheit größer sind als die Entgasungsgeschwindigkeiten in der Zeiteinheit.But the liquid medium should now be used for functional reasons are loaded with a high pressure gas column, so .must analogously to the liquid medium as much adsorbent are added as due to the known saturation ratios gaseous medium can be absorbed by the liquid medium: also in this Trap, the cavitation security is achieved, provided the intervals between the Pressure gradients in the unit of time are greater than the degassing speeds in the unit of time.

Die Gasadsorptionsmittel werden in fester Form beigemischt.The gas adsorbents are added in solid form.

Hierbei ist zu berücksichtigen, däß feste Stoffe bedeutet: feste Medien fein pulverisiert, so daß eine große wirksame Oberfläche entsteht, ohne jedoch die Flüssigkeitseigenschaften des flüssigen Mediums zu behindern.It should be noted that solid substances mean: solid media finely pulverized so that a large effective surface area is created, but without the To hinder liquid properties of the liquid medium.

Nach dem heutigen Stand der Technik stellt die Herstellung von Gasadsorptionsmitteln keine Schwierigkeit dar, dieses wird besonders deutlich, wenn man die Vielzahl der bereits bekannten festen Adsorptionsmittel für flüssige Medien betrachtet.According to the current state of the art, the production of gas adsorbents represents no difficulty, this is particularly evident when one considers the multitude of already known solid adsorbents for liquid media considered.

Würde man z. B. ein flüssiges Medium mit einem festen Gasadsorptionsmittel, z. B. Aktivkohle, versetzen wollen, so wäre es notwendig, unter Vakuum entgaste Aktivkohle so .beizumischen, daß sie vorher mit anderen Gasen nicht in Berührung kommt.Would you z. B. a liquid medium with a solid gas adsorbent, z. B. activated charcoal, it would be necessary to degas under vacuum Mix in activated carbon in such a way that it does not come into contact with other gases beforehand comes.

Das Verfahren bietet außerdem noch die Möglichkeit, bei der Beimischung des Gasadsorptionsmittels zum flüssigen Medium die Gasadsorptionsmittel in solcher Dosierung zuzusetzen, daß ihre Wirkung sich nur auf den ausgelegten Arbeitsbereich des Gerätes erstreckt. In diesem festgelegten Arbeitsbereich soll das Gerät ohne Störung bzw. ohne Zerstörung irgendwelcher Bauelemente, wie z. B. das Zerstören der Dichtungen durch höhe Temperaturen oder ein Zerstören der Federscheiben infolge zu hoher Kräfte, arbeiten. Wird dieser für jeden Einsatzfall des Gerätes festgelegte Arbeitsbereich überschritten oder wird die Funktionssicherheit durch ,überbeanspruchung in Frage gestellt, soll dies in irgendeiner Form angezeigt werden. Dieses Anzeigen erfolgt durch die Kavitationsbildung, so daß die Wirkung des Stoßdämpfers als solche langsam beginnend aufgehoben wird. Durch diese Dosierung wird also vermieden, daß durch die Zugabe der festen Gasadsorptionsmittel in jedem Falle und bei jeglichem Einsatz Kavitationsbildung eintritt.The process also offers the possibility of admixing of the gas adsorbent to the liquid medium, the gas adsorbent in such Add dosage so that its effect only affects the designed work area of the device extends. In this defined work area, the device should be without Disturbance or without destroying any components such. B. destroying the seals due to high temperatures or the destruction of the spring washers as a result too high forces, work. Is this defined for each application of the device The working area is exceeded or the functional reliability is caused by excessive stress questioned, this should be indicated in some form. This viewing takes place through the formation of cavitation, so that the effect of the shock absorber as such starting slowly. This dosage thus avoids that by the addition of the solid gas adsorbents in each case and in each case Use cavitation formation occurs.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for avoiding cavitation in hydraulic and hydropneumatic devices without the use of a separating agent between the rooms of the liquid and gaseous medium, characterized in that the hydraulic Medium a known solid gas adsorbent is added.

2. Procedure according to claim 1, characterized in that the gas adsorbents are finely powdered Solids are added.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that that the gas adsorption agents are added in such a dosage that their effect extends only to the designed working area of the device. Considered Publications: German Patent No. 711387; French patent specification no. 1166167.