Огнестойкие гидравлические жидкости

Гидравлические жидкости широко используются в таких отраслях, как горнодобывающая промышленность и строительство. Эти гидравлические жидкости горючие и используются для передачи энергии или движения. Гидравлические жидкости под давлением представляют значительную опасность возгорания там, где присутствуют источники воспламенения. Когда гидравлическая жидкость выпускается под давлением, это часто приводит к разбрызгиванию или туману из капель масла, которые могут распространяться на значительное расстояние. Масляные брызги могут легко воспламениться от горячих поверхностей и источников огня, таких как открытое пламя, сварочная дуга и пламя для резки. Статья описывает экспериментальное исследование характеристик воспламенения с открытым источником гидравлических жидкостей на основе минеральных масел и огнестойких гидравлических жидкостей на основе синтетических эфиров (HF-DR и HF-DU). Три различных типа открытых источников воспламенения (сжигание отходов, пламя кислородно-сжиженного нефтяного газа и электрическая искра) изучаются для наблюдения за характеристиками воспламенения этих гидравлических жидкостей. Экспериментальные исследования производятся при различных условиях температуры и давления на экспериментальной установке. Эти гидравлические жидкости характеризуются на основе их кинематической вязкости и температуры вспышки, исследуется и обсуждается степень распыления распыляемой гидравлической жидкости. Влияние расстояния между источником воспламенения и струей, диаметром отверстия сопла, скоростью и направлением ветра, чтобы увидеть характеристики воспламенения и распространение пламени. Степень возгорания и опасность возгорания оценивалась на основе распространения пламени и времени, в течение которого пламя сохранялось в струе гидравлической жидкости. Наконец, результаты гидравлической жидкости на основе минерального масла и гидравлической жидкости на основе синтетических эфиров сравниваются по характеристикам воспламенения и распространению пламени.

Таблица 1. Классификация рабочих гидравлических жидкостей.

1. Введение

Огнестойкие гидравлические жидкости можно разделить на четыре группы (таблица 1): жидкости с высоким содержанием воды (HFA), обратные эмульсии (HFB), водные гликоли (HFC) и безводные жидкости, включая синтетические (HFD). Хотя огнестойкие гидравлические жидкости доступны уже много лет, негорючие гидравлические жидкости по-прежнему в основном используются в большинстве отраслей промышленности. Хотя было разработано несколько методов испытаний для определения огнестойкости гидравлических жидкостей, тем не менее, измерение огнестойкости является очень сложной задачей, которая за эти годы породила множество публикаций и методов испытаний. Основная опасность, связанная с гидравлическими жидкостями, заключается в воспламенении жидкости, выбрасываемой под давлением, или утечки из системы, которая вступает в контакт либо с открытыми источниками воспламенения, либо с горячими поверхностями. Для исследования характеристик воспламенения разбрызгиваемой гидравлической жидкости над открытыми источниками возгорания проводится исследование двух огнестойких гидравлических жидкостей типа HF-DU и HF-DR и одной гидравлической жидкости на основе минерального масла HLP.

2. Эксперимент

2.1 Выбор и характеристика гидравлических жидкостей

На основании, обзора рынка и области применения для проведения экспериментов были выбраны два различных огнестойких гидравлических масла и одно гидравлическое масло на основе минерального масла. Основной состав, кинематическая вязкость и температуры вспышки этих гидравлических жидкостей указаны в таблице 2.

Таблица 2. Характеристики жидкостей, использованной для исследования.

2.2 Настройка эксперимента / результат

Экспериментальная система была разработана для проверки воспламеняемости, распространения пламени и времени устойчивости пламени трех гидравлических жидкостей с использованием двух сопел с разным диаметром отверстия (0,8 и 1,4) мм и трех открытых источников зажигания (сжигание отходов, пламя кислородно-сжиженного нефтяного газа и электрическая искра). Схема экспериментальной установки представлена на рис.1.

Рисунок 1. Экспериментальная испытательная установка

SMD (средний диаметр по Саутеру) диаметр капель масла сильно зависит от свойств плотности, вязкости и поверхностного натяжения масла и важен для сгорания и распыления капель. Таким образом, влияние на SMD капель гидравлической жидкости может быть довольно большим при распылении и воспламенении брызг гидравлической жидкости под воздействием открытых источников воспламенения. SMD капель жидкости из сопла с разным диаметром отверстия показано на рис.2.

Рисунок 2. Капля SMD для разного диаметра отверстия

Серия испытаний на воспламенение от брызг была проведена на трех открытых источниках возгорания на открытом воздухе внутри большого сооружения. Для распыления были выбраны две разные форсунки разного размера, однако распыление капель жидкости было лучше в случае форсунки с диаметром отверстия 0,8 мм. Открытые источники воспламенения вводились в спрей через длинный стержень; эти источники располагались на трех расстояниях (450 мм, 600 мм и 900 мм) от кончика сопла. Образцы гидравлических жидкостей нагревали при трех различных температурах (55 ° C, 65 ° C и 75 ° C) и создавали давление при трех различных давлениях (114 psi, 142 psi и 171 psi). Образцы гидравлической жидкости были испытаны на воспламенение, распространение пламени и время устойчивости пламени в струе. Время сохранения пламени всех трех образцов гидравлических жидкостей при разной температуре и давлении показано на следующих рисунках (3-8).

3. Выводы

1) Результаты показывают, что гидравлические жидкости даже различной вязкости и температуры воспламенения легко воспламеняются, их пламя распространяется в струю, и пламя сохраняется в течение значительного периода времени в открытых источниках воспламенения. Однако гидравлические жидкости типа HF-DU (на основе безводного сложного эфира полиола) более уязвимы, чем гидравлические жидкости типа HF-DR (на основе безводного синтетического сложного эфира) для этих открытых источников воспламенения. Гидравлические жидкости на основе минерального масла HLP наиболее уязвимы для этих открытых источников воспламенения на всех расстояниях от источников воспламенения.

2) Масляные капли размером 20-40 мкм, т.е. спрей диаметром отверстия 0,8 мм более уязвим для этих открытых источников воспламенения.

3) Горящие отходы и пламя кислородно-сжиженного нефтяного газа более уязвимы для воспламенения и распространения пламени по сравнению с источниками электрической искры.

4. Огнестойкость [1]

Для огнестойкости рабочих жидкостей нет четкого юридического определения. В отношении огнестойкости существуют значительные расхождения, подбор по требованиям (применение, конструктивные данные системы, самый горячий источник системы, требуемая пожарозащита) находится в исключительной сфере ответственности эксплуатирующей стороны системы.

При оценке огнестойкости применяются различные методы проверки.

Метод проверки огнестойкости по ISO 12922:

• воспламеняемость распыляемых струй по ISO 15029-1 (время догорания струи с пламенем; метод с использованием сопла с полыми коническими стенками);

• воспламеняемость распыляемых струй по ISO 15029-2 (теплоотдача стабилизированного пламени);

• время догорания жидкостей на фитиле по ISO 14935 (среднее значение времени догорания);

• определение характеристики воспламеняемости жидкостей при контакте с горячими поверхностями, метод воспламенения по ISO 20823 (температура воспламенения, распространение пламени).

В целом огнестойкости рабочие жидкости разделяются на содержащие воду огнестойкости и безводные огнестойкости жидкости.

Безводными огнестойким рабочими жидкостями считаются рабочие жидкости с содержанием воды до 0,1 % об. измерение выполняется на момент разлива в транспортировочные емкости.

Безводные огнестойкие рабочие жидкости в Европе не имеют допуска на использование в каменноугольных шахтах. Классификация HFDU, в VDMA 24317: 2005 больше не учитывается.

Указание

В отличие от содержащих воду, все безводные огнестойкие рабочие жидкости имеют точку вспышки и точку воспламенения. Индивидуальные данные о точках вспышки и воспламенения можно найти в соответствующих технических паспортах и/или паспортах безопасности рабочей жидкости.

С огнестойкими рабочими жидкостями следует обращаться так же осторожно, как с другими рабочими жидкостями – например, минеральным маслом. Необходимо не допускать утечек из гидравлической системы.

5. Выбор рабочих жидкостей [1]

5.1 Критерии выбора рабочих жидкостей

Предписанные для каждого компонента, используемого в гидравлической системе, предельные значения, например вязкости и класса чистоты, должны поддерживаться в рабочей жидкости с учетом пред полагаемых режимов работы.

Пригодность рабочей жидкости зависит, наряду с другими, от следующих факторов:

Вязкость – это основополагающее качество рабочих жидкостей. Допустимый диапазон вязкости в системе в целом должен определяться по допустимой вязкости всех компонентов и должен соблюдаться для каждого отдельного компонента.

Вязкость при температуре применения определяет отклик контуров регулирования, стабильность работы и демпфирование систем, КПД и износ.

Мы рекомендуем соблюдение оптимального эксплуатационного диапазона вязкости каждого компонента в пределах допустимого диапазона температур. Как правило, для этого требуются охлаждение, подогрев, либо и то, и другое. Допустимый диапазон вязкости и требуемый класс чистоты для соответствующего компонента приведены в техническом паспорте изделия.

Если вязкость используемой рабочей жидкости выше допустимой эксплуатационной вязкости, увеличиваются гидравлические и механические потери. При этом снижаются внутренние потери от утечки. При определенных обстоятельствах из-за низкого уровня давления смазочные зазоры не заполняются, вследствие чего может возникнуть повышенный износ. У гидравлических насосов возможно падение давления всасывания ниже минимально допустимого значения, что может привести к кавитационным повреждениям.

Если вязкость используемой рабочей жидкости ниже допустимой эксплуатационной вязкости, увеличиваются утечки, повышается износ, повышается чувствительность к загрязнению и сокращается срок службы компонентов.

Необходимо обеспечивать соблюдение допустимых границ температуры и вязкости для соответствующих компонентов. Как правило, для этого требуются охлаждение, подогрев, либо и то, и другое.

Рисунок 9 Примеры V-T-характеристик огнестойких, безводных рабочих жидкостей в сравнении с HLP и HFC (ориентировочные значения, представление в виде двойной логарифмической зависимости)

Вязкостно-температурная характеристика

(V-T-характеристика) имеет особое значение для рабочей жидкости. Вязкость характеризуется уменьшением с ростом температуры и, соответственно, увеличением с понижением температуры. Зависимость между вязкостью и температурой описывается индексом вязкости (VI).

Воздействие холодом в течение нескольких дней может привести к значительному повышению вязкости HFDU на базе сложных эфиров. После нагрева снова устанавливаются значения, приведенные в техническом паспорте. Следует запросить для классификации рабочих сред HFDU на базе сложных эфиров у изготовителя смазочных материалов характеристику «Текучесть после семи дней при низких температурах» (ASTM D 2532).

Жидкости HFDU на базе сложных эфиров и гликолей имеют лучшую, чем у минерального масла HLP, вязкостно-температурную характеристику

(см. рис. 9). Это необходимо учитывать при выборе рабочей жидкости для желаемого диапазона температур. Предельные значения вязкости и температуры, указанные в технических паспортах изделий, должны соблюдаться во всех рабочих состояниях.

Для температур окружающей среды ниже 0 °C огнестойкие, содержащие воду рабочие жидкости класса HFC предпочтительны с учетом соблюдения диапазонов вязкости для компонентов и в виду лучшей температуры застывания.

Способность защищать от износа

Способность защищать от износа описывает свойство рабочих жидкостей предотвращать или минимизировать износ компонентов. Способность защищать от износа описывается в ISO 12922 о методе испытания «FZG Машина для испытания смазочных материалов при заедании зубчатого колеса»

(ISO 14635-1) и «Механическое испытание с использованием лопастного насоса» (ISO 20763). Способность защищать   от износа у безводных, огнестойких рабочих жидкостей в отношении обоих методов испытания сравнима с этой способностью минерального масла HLP/HVLP.

Совместимость материалов

Рабочая жидкость не должна отрицательно влиять на материалы, используемые в компонентах. Необходимо учитывать, в частности, совместимость с покрытиями, уплотнениями, шлангами, металлами и пластмассами. Классификации жидкостей, указанные в техническом паспорте компонентов, проверены производителем на совместимость с другими материалами. Стойкость к старению

Старение безводной, огнестойкой рабочей жидкости зависит от ее тепловой, химической и механической нагрузки. Влияние воды, воздуха, температуры и загрязнения при определенных обстоятельствах значительно выше, чем у минеральных масел HLP/HVLP. Стойкость к старению может в значительной степени зависеть от химического состава рабочих жидкостей. Высокие температуры жидкости (например, выше 80 °C) на каждые 10 °C повышения температуры снижают наполовину срок службы жидкости и поэтому их следует избегать.

Фильтруемость

Фильтруемость описывает свойство рабочей жидкости отделять загрязнения при прохождении через фильтр. Используемые рабочие жидкости должны обладать хорошей фильтруемостью не только в новом состоянии, но и в течение всего срока годности. В зависимости от базовой жидкости (гликоли, сложные эфиры) и присадок (улучшители индекса вязкости, антитуманные добавки) здесь возникают значительные расхождения.

Фильтруемость - это основное условие для чистоты, ухода и фильтрования рабочих жидкостей. Ввиду того, что в ISO 12922 отсутствует информация о фильтруемости рабочих жидкостей, изготовитель должен подтвердить фильтруемость, аналогичную минеральным маслам HLP/HVLP.

Фильтруемость определяется с новой рабочей жидкостью и после добавки 0.2 % воды. В основном стандарте (ISO 13357-1/-2) фильтруемость описывается без отрицательных воздействий на фильтры и рабочую жидкость.

Защита от коррозии

Рабочие жидкости должны предотвращать не только образование коррозии на стальных деталях. Они также должны быть совместимы с цветными металлами и сплавами. Проверка защиты от коррозии различных металлов и сплавов описывается в ISO 12922.

6. Огнестойкие гидравлические жидкости PETROFER

В отраслях промышленности, связанных с повышенным риском возникновения пожаров, гидравлическая жидкость представляет собой исключительно высокий источник опасности. Поэтому уже более 50 лет назад была начата разработка огнестойких гидравлических жидкостей, предназначавшихся вначале для использования в горнодобывающей промышленности. Кроме этого, данные гидравлические жидкости нашли применения и в других областях индустрии, в частности, на сталеплавильных заводах, в кузнечных прессах и т.д. Гидравлические жидкости подразделяются на безводные синтетические и водосодержащие продукты. Они выполняют в оборудовании целый ряд важных задач. Их первоочередное назначение состоит в передаче давления. Одновременно с этим применяемая жидкость должна обеспечивать гидравлическим системам необходимую защиту от коррозии и износа (смазку) и обладать биологической стабильностью.

6.1 Компания PETROFER разработала эффективные решения для водной гидравлики, отвечающие разнообразным требованиям, предъявляемым к гидравлическим жидкостям. Современные продукты выполняют сложные технологические и экологические предписания и одобрены к применению известными производителями оборудования. У нас Вы найдете как продукты HFA-E на основе минеральных масел или сложных эфиров, так и гидравлические жидкости HFA-S.

6.2 Благодаря тщательному отбору сырьевых материалов, наши продукты HFC отвечают самым высоким технологическим требованиям. Уже на протяжении многих лет жидкости ULTRA-SAFE с большим успехом используются, прежде всего, в оборудовании для литья под давлением. Кроме этого, они находят применение и в других областях, в частности, в судовой технике. Они на практике продемонстрировали свою безупречную эффективность и были одобрены многими известными OEM, такими как Bühler, Frech, Bosch-Rexroth.

6.3 ENVOLUBRIC - это синтетические безводные гидравлические жидкости, гидравлические характеристики которых аналогичны показателям нормальных гидравлических масел. Благодаря своему специальному составу, продукты ENVOLUBRIC обладают исключительно высокой устойчивостью к старению и гидролизу. Они имеют высокую температуру вспышки и самовозгорания и обеспечивают эффективную защиту оборудования от коррозии.

Используемые материалы

[1] - Bosch Rexroth AG Трудновоспламеняющиеся безводные рабочие жидкости            R-RS 90222/05.12