液壓系統中的空氣專題|（一）：空氣在液壓系統中的危害和三種形態

空氣在液壓系統中的危害

• 降低系統效率
    空氣是可壓縮的，當空氣混入液壓油中，會導致液壓系統的工作壓力不穩定，降低泵和執行元件的效率，影響系統的工作精度和響應速度。
  
  
• 引發氣蝕和空穴現象
    空氣在液壓油中形成氣泡，當這些氣泡在高壓區域破裂時，會引發氣蝕（cavitation），導致局部高壓沖擊，損壞泵、閥門、管道等部件的表面，加速磨損。
  
  
• 增加噪聲和振動
    空氣的存在會導致系統運行時產生異常噪聲和振動，影響設備的平穩性和操作舒適性，甚至可能引發機械共振，進一步損壞系統。
  
  
• 降低液壓油的潤滑性能
    空氣混入液壓油后，會降低油液的潤滑效果，導致摩擦副（如泵、閥、缸等）的磨損加劇，縮短元件壽命。
  
  
• 影響系統控制精度
    由于空氣的可壓縮性，液壓系統的壓力和流量控制會變得不穩定，特別是在需要高精度控制的場合（如伺服系統），可能導致動作遲緩或不準確。
  
  
• 加速液壓油老化
    空氣中的氧氣會與液壓油發生氧化反應，加速油液的老化和變質，生成酸性物質和沉淀物，進一步污染系統，堵塞過濾器或閥門。
  
  
• 引發溫度升高
    空氣壓縮和膨脹時會產生熱量，導致液壓油溫度升高，進而影響油液的粘度和性能，甚至可能引發系統過熱。
  
  
  下圖是美國阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）用電腦模擬的氣泡破裂狀態。
  
  
  

空氣在液壓系統中的三種形態

1. 溶解空氣

   空氣以分子形式溶解于液壓油中，與油液混合均勻，不可見。

   在常壓下，液壓油能溶解一定量的空氣（通常約占油液體積的6%-9%，具體取決于油的類型和溫度）。這種形態的空氣在壓力較低時不會產生明顯影響，但在高壓或溫度變化時可能析出。

   溶解狀態的空氣對應液壓系統沒有直接影響，但當壓力突然降低或溫度提高時，溶解空氣可能析出形成氣泡，對液壓系統產生影響。

2. 夾帶空氣

   空氣以微小氣泡形式被液壓油夾帶，懸浮在油液中，隨油流運動。

   夾帶空氣是氣體和液體混合形成的。例如，齒輪攪動液體，回油高于液面，吸油管漏氣，氣泡沒有足夠的時間升到液面。

   夾帶空氣會對液壓系統產生直接的影響，降低液壓油的潤滑性和系統控制精度，加速油液氧化，增加元件磨損，甚至導致氣蝕和過熱。

3. 游離空氣
    空氣以氣泡形式存在于液壓油中，未溶解，呈分散狀態。

   通常因系統密封不嚴、油箱液位過低或吸油管路泄漏等原因進入。氣泡大小不一，可通過肉眼或系統運行中的異常（如泡沫、噪聲）察覺。

   游離空氣會導致系統壓力不穩、效率下降、噪聲和振動增加，嚴重時引發氣蝕。