纯水液压技术的回顾与展望.doc

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随着社会的发展，人们对人类赖以生存的环境有了一个更高的要求，希望有一个安全无污染、高度文明、美好的环境。因此也要求科学技术向安全、生态化、艺术化、环境系统优化的目标发展。水介质本身独有的一系列特点正好满足了现代社会提出的这一要求，因此，纯水液压技术就应运而生了，它标志着液压传动技术正向更高的阶段发展。纯水液压技术，尤其是深海纯水液压技术已经成为现代液压界关注的热点：随着新材料的研发成功、精密加工技术的不断进步，以及各种新结构的液压元件研制成功，使水压传动技术在最近10年内取得了长足的进步，并重新开始进入了有严格要求无污染的领域，具有十分诱人的应用和发展前景。同时，鉴于国防建设与某些特殊经济领域的迫切需要，以及未来市场的诱惑，西方国家一直在集中力量研究该项技术，并已取得了突破性进展，部分已进入实用阶段：目前，国外已经生产出专为纯水液压系统设计的液压元件，如德国Hauhinco公司生产的Ehk-3k系列柱塞泵，英国于1988年研制成功14MPa的海水柱塞泵及10MPa的海水柱塞马达。国外的纯水液压技术已进入包括海洋开发、水下作业、原子能动力工厂、钢铁工业、食品、医药等诸多领域中，创造了很大的经济效益。国内自20世纪初也开展了纯水液压传动技术的研究，华中理工大学进行了海水液压传动技术的研究，现已成功地研究出轴向柱塞式海水液压泵，该泵能用含有微细沙粒的海水工作，额定工作压力为3MPa，最高工作压力为6.3MPa，额定流量为100L/min，容积效率达到了85%。同时，浙江大学流体传动及控制国家重点实验室也投人大量的人力、物力从事纯水液压技术的开发和研究工作。安徽理工大学也从2002年起投人人力、物力，进行纯水液压元件的设计与开发，已设计出用于纯水液压系统的齿轮转子泵(马达)系列。2纯水液压技术的特点与技术难题所谓"纯水"是指纯粹的天然水，即不含任何添加剂的水。关于纯水的分类见表1。

纯水作为液压传动的工作介质，具备如下特点：无污染，有利于全民绿色意识的提高；成本低、阻燃性、安全性(这对大量使用液压油的冶金行业来说其前景十分看好)、系统沿程损失和局部损失都非常小；响应快(采用纯水作为工作介质可以使液压伺服系统的执行机构实行更准确的定位)、温升小；系统维护保养方便、维护监测成本低等项优点。同时也存在腐蚀性强、腐蚀严重、防漏性差等缺陷。但这些缺陷正随着科学技术的不断进步，被逐步克服。(1)润滑磨损问题的解决，有两种方式。一种是，元件的轴承部分用油来润滑，通过密封件与高压纯水分开，纯水仅作为能量和控制信号进行传递；另一种是，水参与润滑。选用合适的制作材料对纯水液压系统是最基础的工作。目前考虑的材料有工程塑料、结构陶瓷、高分子材料等。结构陶瓷由于其优越的耐磨性、抗气蚀性能好、良好的化学稳定性、较低的摩擦系数等特性倍受青睐，在液压元件中用结构陶瓷代替部分金属材料将会大大改善液压元件的性能。(2)泄漏问题的解决。液压元件中大部分的运动副采用间隙配合方式，其缝隙量对泄漏量影响极大。密封间隙的减小，又会使润滑膜厚度减小，元件的磨损加大，继而导致密封迅速失效。因此，仅以采取减小间隙的配合方式是不行的。目前有研究结果表明，在水压传动元件中用组合密封形式是较为理想的防泄漏手段。(3)气蚀问题的解决。由于水的汽化压力高，加之水中含有2%左右的空气，特别容易诱发汽化，导致气蚀现象。据统计，在维修的泵中，10%是因为气蚀而损坏。对于液压泵，容易发生气蚀的部位是配流盘吸、压窗口的交界处，以及泵的吸入口。研究结果表明，气蚀现象可通过在泵的人口加压解决。3纯水液压传动的应用现在一般认为，纯水液压传动的应用可分为四个阶段。第一阶段主要是一些特殊领域，如高压清洗、喷雾、消防等；第二阶段主要是食品加工行业，例如面包机、肉类切割等；第三阶段则扩展到工程机械及通用机械。在此阶段，纯水传动将会逐渐扩大市场份额，其函数关系如图1所示，第四阶段将主要应用于深海采矿。
图1纯水液压传动的应用比例与趋势
3.1用于消防我国现代建筑正逐渐向高层化发展，但高层建筑的消防灭火问题却存在着严重的隐患。高层建筑起火而无法迅速有效扑灭的一个重要原因是高层消防用水压力不足，特别是在灭火的后期，即使在装有自动喷水灭火系统的地方，由于水压较低，水喷淋系统所喷出的水覆盖的空间小。这样灭火的效果需要以缩小住户的有效住宅空间来作为代价。而纯水液压传动的基本特征就是能够输出高压水流。如果采用高压高效纯水液压灭火系统的话，则和现有的喷水灭火系统不一样，在楼层中间再额外地设置几个中转加压泵站，这样不仅可以显著提高高层建筑喷水灭火系统的灭火效果，大大减少灭火系统成本，而且还有效地扩大了高层楼房的实际使用面积。同时，高效水雾化具有动力消耗小、系统简单、占用空间小、布置方便等优点。但其形成条件是消防水必