1. No category

Sarja 4
Kon-41.3023
HYDRAULIIKKA
JA
PNEUMATIIKKA
Hydromekaniikan
perusteet
Hydraulinesteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Päivän teemat
Antaako neste myöten?
Voiko virtauksesta aiheutua
painehäviöiden lisäksi muitakin harmeja?
Neste kuin neste, pitääkö ottaa huomioon
muutakin kuin viskositeetti?
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteen kokoonpuristuvuus
ja hydraulijärjestelmän jousto
F
V
A
V
p
V
Kf = Nesteen puristuskerroin, [N/m2]
Hydromekaniikan
perusteet
1500
1
V0
Kf
p
2000 MN/m2
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteen kokoonpuristuvuus + järjestelmän jousto
Nesteen puristuskerroin
Paineen ja lämpötilan vaikutus
2400
Kf
2
[MN/m ]
25 °C
40 °C
60 °C
80 °C
2200
2000
1800
1600
1400
1200
0
10
20
30
40
50
60
p [MPa]
Hydromekaniikan
perusteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteen kokoonpuristuvuus + järjestelmän jousto
Järjestelmän tehollinen puristuskerroin Ke
1
Ke
1
Kf
N1
Vc,i
i 1
Vt
1
K c,i
N2
Vp, j
j 1
Vt
1
K p, j
N3
Vh, k
k 1
Vt
1
K h, k
Va 1
Vt K a
Järjestelmän komponenttien vaikutus
K
E s
d
Putket, sylinterit, yms.
Kh = 70 – 700 MN/m2
Letkut
Ka
Vapaa ilma (ilmakuplat)
Hydromekaniikan
perusteet
1,4 p
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteen kokoonpuristuvuus + järjestelmän jousto
V
1
Vt
Ke
p
Jouston merkitys ja vaikutus
- riippuu sovelluksesta
- voimantuotossa ei merkitystä
- aseman, nopeuden ja kiihtyvyyden
säädössä vaikuttaa saavutettavaan
tarkkuuteen
Hydromekaniikan
perusteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteen kokoonpuristuvuus + järjestelmän jousto
Vapaan ilman ja paineen vaikutus puristuskertoimeen
Ke,f
[MN/m2]
1800
0,1%
1600
0%
1400
1200
1%
1000
800
10 %
600
400
200
0
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20
p [MPa]
Hydromekaniikan
perusteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Paineiskut
Syy: Virtausnopeuden muutos
v
m
A
V0
p0
0
V
xj
Hydromekaniikan
perusteet
E kin
1
m v2
2
E jousi
1
k j x 2j
2
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Paineiskut
Seuraus: Paineen nousu ja paineaalto
pt
m
p 2 / [bar]
p0
pisku
350
300
250
200
150
100
50
0
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45
5.5° - 1.8°
9.2° - 1.8°
16.5° - 1.8°
Hydromekaniikan
perusteet
0.5
t / [s]
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Paineiskut
Ke
c
Paineaalto
2 l
c
Kriittinen aika t kr
tc
pe
p0
Hydromekaniikan
perusteet
m
t kr
2 l
tc
0
tc
v
pe
p0
t kr
0
c v
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Paineiskut
v
A31
A32
p1
p2
m
V0,1
p
V0,2
p1
Normaali
järjestelmäpainetaso
pt
p2
0
0
Hydromekaniikan
perusteet
p j,st
p j,st
p max
t
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Paineiskut
Paineiskun vaikutukset:
- Hydraulijärjestelmän vauriot
- Ulkopuolisten järjestelmien vauriot
Paineiskun pienentäminen:
- Alhaisempi virtausnopeus
- Hitaammat venttiilit
- Toimilaitteiden alhaisemmat nopeudet
- Pienemmät hitauskuormat
- Suurempi nestetilavuus
- Apukomponentit
Toimenpiteiden vaikutukset?
Hydromekaniikan
perusteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Paineiskut
Paineiskun pienentäminen
hydraulikomponentein
m
Hydromekaniikan
perusteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Kavitaatio
Nesteen paineen laskiessa alle ilmanpaineen:
- nesteessä oleva ilma erottuu kupliksi
ilmakuplakavitaatio
Nesteen paineen laskiessa alle nesteen höyrystymispaineen:
- nesteeseen muodostuu höyrykuplia
kavitaatio
Paineen lasku aiheutuu:
- virtauskanavan kitka- ja kertavastushäviöistä
Kavitaatiota esiintyy tyypillisesti:
- pumpuissa ja pumpun imukanavissa
- kuristuksissa
Hydromekaniikan
perusteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Kavitaatio
p
p2
qV
1
Cq A
2
p
1
Kavitaatio
kuristuksessa
2
2
3
3
4
p1
5
qV
Cq A
2
p
ph
x
vc
v1
p1
Kavitaatiokupla
v vc
qV
Hydromekaniikan
perusteet
pvc
v2
qV
p2
vc
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Kavitaatio
Seuraukset
Nesteen paineen jälleen noustessa:
- kuplat romahtavat hyvin nopeasti
paineiskuja
materiaalivaurioita, kulumista, melua
Lisäksi pumpuissa
kuplat vähentävät tuottoa
Hydromekaniikan
perusteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Välikertaus
Nesteen jousto, mitä merkitystä?
Paineiskut, harmitonta aaltoilua?
Kavitaatio, onko siitä ongelmaksi?
Hydromekaniikan
perusteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
HYDRAULINESTEET
Tehtävät järjestelmässä:
- tehon välitys
- voitelu
- jäähdytys
- korroosion ja ruosteen esto
- epäpuhtauksien kuljetus
hydraulicspneumatics.com
Hydraulinesteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteelle asetettavat vaatimukset
www.oilman.com.au
Hydraulinesteet
Käyttöolosuhteet:
- painealue (paineenkesto)
- lämpötila-alue (lämmönkesto)
- viskositeetti
- voitelukyky
- ym.
- erikoisvaatimuksia
- myrkyttömyys
- palamattomuus
- ym.
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Useita perusnesteitä
Mineraaliöljyt
Kasviöljyt
Vesi
Emulsiot
Synteettiset nesteet
www.acculube-store.com
Hydraulinesteet
haldimandsyntheticoil-wboil.com
www.nbk-ukr.com
www.ocsoil.fi
www.princessauto.com
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteen vaikutukset
Ominaisuudet (sekä käyttö/ylläpito)
vaikuttavat järjestelmän:
- käyttöominaisuuksiin
- käyttöikään
- toiminnan luotettavuuteen
www.indiamart.com
www.insanehydraulics.com
www.flightglobal.com
Hydraulinesteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteiden luokittelu
HYDRAULINESTEET
Hydrodynaamiset järjestelmät
Mineraaliöljypohjaiset
nesteet
Vaikeastisyttyvät
nesteet
Vettä
sisältävät
Hydraulinesteet
Vedettömät
Hydrostaattiset järjestelmät
Biologisesti
nopeasti
hajoavat nesteet
Vesiliukoiset
Elintarvikehydrauliikan
nesteet
Veteen
liukenemattomat
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteiden lisäaineistus
Perusnesteiden ominaisuuksien parantaminen
- voitelukyky
- paineenkesto
- viskositeetti, viskositeetti-indeksi
- ruosteen ja korroosion esto
- kemiallisten reaktioiden esto
- ym.
www.tradekeyindia.com
Hydraulinesteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteiden tunnuslukuja
Viskositeetti
10-6 m2/s [cSt]
Ideaalinen viskositeettialue
Ylempi viskositeettiraja kylmäkäynnistyksessä
(kavitaatiovaara)
15 100
500 1000
Alempi viskositeettiraja
(voitelukyvyn raja)
10
Yleisesti suositeltu viskositeettialue = 16 - 36 cSt
(Huom: normaalissa käyntilämpötilassa)
Standardoidut Viskositeettiluokat (VG)
Hydraulinesteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteiden tunnuslukuja
Viskositeetin lämpötila- ja paineriippuvuus
10000
-6
10000
-6
2
[10 m /s]
[cSt]
2
[10 m /s]
[cSt]
1000
1000
38 C
100
100
100 C
10
10
210 C
1
-20
1
0
20
40
60
80
100
t / [ C]
Hydraulinesteet
0
10
20
30
40
50
60
p / [MPa]
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteiden tunnuslukuja
Viskositeetti-indeksi VI
10 000
-6
2
[ 10 m /s]
[cSt]
1000
VI2
VI3 >VI2 >VI1
VI1
VI3
kuvaa
viskositeetin
lämpötilariippuvuutta
100
10
1
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
[°C]
Hydraulinesteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteiden ominaisuuksia
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Tiheys
Voiteluominaisuudet
Paineenkesto-ominaisuudet
Hapettumisenesto-ominaisuudet
Ilmanerottumis- ja vaahtoamisenesto-ominaisuudet
Vedenerottumisominaisuudet
Ruosteen- ja korroosionesto-ominaisuudet
Leikkauskestävyys
Ominaislämpö ja lämmönjohtavuus
Jähmepiste, leimahduspiste ja syttymispiste
Suodatettavuus
Liuotusvaikutus
Ympäristövaikutukset
Hydraulinesteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Paineenkesto-ominaisuudet – esimerkki:
95
hm
[%]
90
85
80
75
70
65
0
50
Oil 1,
Oil 1,
Oil 2,
Oil 2,
Hydraulinesteet
100
25°C
60°C
25°C
60°C
150
200
250
300
p2 [bar]
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteen valinta
Käyttöolosuhteiden vaikutus valintaan
Ympäristö
Lämpötilat
Painealueet
HYDRAULINESTEET
Normaalivaatimukset
Sisäkäyttö
Matalapainenesteet
Hydraulinesteet
Erikoisvaatimukset
Ulkokäyttö
Korkeapainenesteet
Normaali
olosuhteet
Arktiset
olosuhteet
Vaikeasti
syttyvät
nesteet
Myrkyttömät
nesteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteen valinta
Viskositeettiluokan vaikutus valintaan
Ps
t
3
Kokonaishäviöt
2
Vastushäviöt
1
Vuotohäviöt
0
3> 2> 1
0
0
Viskositeetti vaikuttaa sekä
vastus- että vuotohäviöihin
Hydraulinesteet
0
p
Korkeilla painetasoilla
valittava korkeampi
perusviskositeetin arvo
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteiden viskositeettiluokka
Määritetään 40 C:ssa (ISO/DIN)
ISO VG-luokka
(Viscosity Grade)
Keskiviskositeetti
10-6 m2/s [cSt]
Alaraja
10 m2/s [cSt]
Yläraja
10 m2/s [cSt]
2
3
5
7
10
15
22
32
46
68
100
150
220
320
460
680
1000
1500
2200
3200
2,2
3,2
4,6
6,8
10
15
22
32
46
68
100
150
220
320
460
680
1000
1500
2200
3200
1,98
2,88
4,14
6,12
9,00
13,5
19,8
28,8
41,4
61,2
90,0
135
198
288
414
612
900
1350
1980
2880
2,42
3,52
5,06
7,48
11,0
16,5
24,2
35,2
50,6
74,8
110
165
242
352
506
748
1100
1650
2420
3520
Hydraulinesteet
-6
-6
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Viskositeettiluokan valinta
1000
-6
1
2
3
4
5
2
[ 10 m /s]
[cSt]
1
100
2
3
4
VG 22
VG 32
VG 46
VG 68
VG 100
5
36
16
10
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
[°C]
Hydraulinesteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteen valinta
Viskositeettiluokan valinta
10 000
-6
[ 10 m2/s]
[cSt]
1000
Suurin käynnistysviskositeetti
Ihanteellinen
käyttöviskositeettialue
100
10
Suurin käyttöviskositeetti
Pienin käyttöviskositeetti
1
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
[°C]
Alin käynnistyslämpötila
Hydraulinesteet
Ihanteellinen
käyntilämpötilaalue
Sallittu käyntilämpötila-alue
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteen valinta
Muut valintaan vaikuttavat tekijät
Hydraulineste
Öljyä vedessä -seos
Mineraaliöljy
Vettä öljyssä -seos
Kasviöljy
Polyglykoli-vesiseos
Kloorattu hiilivetyneste
Fosfaattiesterineste
Silikonineste
Hinta suhteessa
mineraaliöljyyn
0,3 - 0,5
1
1,2 - 1,5
1,5 - 2,0
3,0 - 4,0
4,0 - 4,5
4,0 - 5,0
15,0 - 20,0
Vaadittavat erikoisominaisuudet?
Hydraulinesteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteiden ominaisuuksia
(suuntaa antava vertailu)
Ominaisuus
HLP
HFA
HFD
HETG
Tiheys (15 C)
Kinemaattinen viskositeetti
(40 C)
870
1000
1150
920
[kg/m3]
10 100
1
15 70
32 48
[ 10-6 m2/s]
[cSt]
100
2
2,1
0,14
7
-10 80
-40 120
210
310 36
0
-18
10-9
2,5
4,2
0,6
1,8
5 50
0 55
0
10-2
<0
2,3 2,8
1,3 1,5
0,11
7
10 70
-20 150
245
500
-24 6
10-6
210
2,5
2,1
0,17
7,5
0 70
-20 90
315
350 50
0
-25
3 10-7
Viskositeetti-indeksi
Puristuskerroin
Ominaislämpö (20 C)
Lämmönjohtavuus (20 C)
Lämpölaajenemiskerroin
Käyttölämpötila-alue
Maksimi käyttölämpötila-alue
Leimahduspiste
Syttymispiste
Jähmepiste
Höyrystymispaine (20 C)
Hydraulinesteet
[ 109
N/m2]
[kJ/kgK]
[W/mK]
[ 10-4 1/K]
[ C]
[ C]
[ C]
[ C]
[ C]
[MPa]
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteiden käsittely
Asianmukainen käsittely:
- varastoinnissa
- täytössä/siirrossa
- käytössä
- poistossa
Nesteet ovat lähes
poikkeuksetta ongelmajätteitä
- hävitys asianmukaisesti
yle.fi
Hydraulinesteet
www.descase.com
www.ntz-filters.co.uk
hydraulicoilflushing.com
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä
Sarja 4
Nesteteema kerraten
Neste
- pelkkää tehonvälitystäkö vain?
- merkitys järjestelmälle?
- valinnassa huomioon otettavaa?
- huoletontako?
Hydraulinesteet
Aalto-yliopisto / Koneenrakennustekniikka / Hydrauliikan Ryhmä