Тұтқырлық коэффициенті жұмыс сұйықтығының немесе газдың негізгі параметрі болып табылады. Физикалық терминдерде тұтқырлықты сұйық (газ тәріздес) ортаның массасын құрайтын бөлшектердің қозғалысы нәтижесінде пайда болатын ішкі үйкеліс немесе қарапайымырақ айтқанда қозғалысқа қарсылық ретінде анықтауға болады.
Тұтқырлық дегеніміз не
Тұтқырлықты анықтауға арналған ең қарапайым эмпирикалық тәжірибе: тегіс көлбеу бетке бірдей мөлшерде су мен май бір уақытта құйылады. Су майға қарағанда тез ағып кетеді. Ол көбірек сұйық. Қозғалыстағы майдың тез ағып кетуіне оның молекулалары арасындағы үйкелістің жоғарылығы (ішкі кедергі – тұтқырлық) кедергі жасайды. Осылайша, сұйықтықтың тұтқырлығы оның сұйықтығына кері пропорционал.
Тұтқырлық коэффициенті: формула
Жеңілдетілген түрде құбырдағы тұтқыр сұйықтықтың қозғалу процесін S бетінің ауданы бірдей жазық параллельді қабаттар түрінде қарастыруға болады, олардың арасындағы қашықтық h.
Бұл екі қабат (A және B) әртүрлі жылдамдықпен қозғалады (V және V+ΔV). Ең жоғары жылдамдыққа ие (V+ΔV) А қабаты төмен жылдамдықпен (V) қозғалатын В қабатын қамтиды. Сонымен қатар, В қабаты А қабатының жылдамдығын бәсеңдетуге бейім. Тұтқырлық коэффициентінің физикалық мәні мынада: ағын қабаттарының кедергісі болып табылатын молекулалардың үйкеліс күші Исаак Ньютон сипаттаған күшті құрайды. келесі формула:
F=µ × S × (ΔV/сағ)
Мұнда:
- ΔV – сұйықтық ағынының қабаттарының жылдамдықтарының айырмашылығы;
- сағ – сұйықтық ағынының қабаттары арасындағы қашықтық;
- S – сұйықтық ағыны қабатының бетінің ауданы;
- Μ (mu) - абсолютті динамикалық тұтқырлық деп аталатын сұйықтықтың қасиетіне байланысты коэффициент.
SI бірліктерінде формула келесідей болады:
µ=(F × сағ) / (S × ΔV)=[Па × с] (Паскаль × секунд)
Мұндағы F – жұмыс сұйықтығының бірлік көлемінің ауырлық күші (салмағы).
Тұтқырлық мәні
Көп жағдайда динамикалық тұтқырлық коэффициенті CGS бірлік жүйесіне сәйкес (сантиметр, грамм, секунд) центипоизада (cP) өлшенеді. Тәжірибеде тұтқырлық сұйықтық массасының оның көлеміне қатынасымен, яғни сұйықтықтың тығыздығына байланысты:
ρ=m / V
Мұнда:
- ρ – сұйық тығыздығы;
- m – сұйықтықтың массасы;
- V – сұйықтық көлемі.
Динамикалық тұтқырлық (Μ) мен тығыздық (ρ) арасындағы байланыс кинематикалық тұтқырлық ν (ν – грек тілінде –) деп аталады.жалаңаш):
ν=Μ / ρ=[m2/s]
Айтпақшы, тұтқырлық коэффициентін анықтау әдістері әртүрлі. Мысалы, кинематикалық тұтқырлық әлі де CGS жүйесіне сәйкес центистоктермен (cSt) және бөлшек бірліктермен - стоктармен (St) өлшенеді:
- 1st=10-4 м2/с=1 см2/с;
- 1sSt=10-6 m2/с=1 мм2/с.
Судың тұтқырлығын анықтау
Судың тұтқырлығы калибрленген капиллярлық түтік арқылы сұйықтықтың ағуына кететін уақытты өлшеу арқылы анықталады. Бұл құрылғы тұтқырлығы белгілі стандартты сұйықтықпен калибрленген. мм2/с-пен өлшенетін кинематикалық тұтқырлықты анықтау үшін секундтармен өлшенетін сұйықтық ағынының уақыты тұрақты мәнге көбейтіледі.
Салыстыру бірлігі – дистилденген судың тұтқырлығы, оның мәні температура өзгерген кезде де тұрақты дерлік. Тұтқырлық коэффициенті – калибрленген саңылаудан ағу үшін тазартылған судың белгіленген көлемін алатын уақыттың сыналатын сұйықтықтың секундына қатынасы.
Викозиметрлер
Тұтқырлық қолданылатын вискозиметр түріне байланысты Энглер (°E), Сайболт әмбебап секундтары («SUS») немесе қызыл ағаш градустарымен (°RJ) өлшенеді. Вискозиметрлердің үш түрі тек сан мөлшерінде ерекшеленеді. сұйықтық ағып жатыр.
Енглер (°E) еуропалық бірлік дәрежесінде тұтқырлықты өлшейтін вискозиметр, есептелген200см3 ағып жатқан сұйық орта. Сайболт әмбебап секундтарымен тұтқырлықты өлшейтін вискозиметр («SUS» немесе «SSU» АҚШ-та қолданылады) сынақ сұйықтығының 60 см3 мөлшерін қамтиды. Редвуд градустары (°RJ) қолданылатын Англияда вискозиметр 50 см3 сұйықтықтың тұтқырлығын өлшейді. Мысалы, белгілі бір майдың 200 см3 бірдей су көлемінен он есе баяу ағып кетсе, онда Энглер тұтқырлығы 10°E.
Температура тұтқырлық коэффициентін өзгертудің негізгі факторы болғандықтан, өлшеулер әдетте алдымен 20°C тұрақты температурада, содан кейін жоғары мәндерде жүргізіледі. Осылайша нәтиже сәйкес температураны қосу арқылы көрсетіледі, мысалы: 10°E/50°C немесе 2,8°E/90°C. Сұйықтықтың тұтқырлығы 20°С жоғары температурадағы тұтқырлығынан жоғары. Гидравликалық майлар сәйкес температурада келесі тұтқырлыққа ие:
190 cSt 20°C=45,4 cSt 50°C=11,3 cSt 100°C.
Мәндерді аудару
Тұтқырлық коэффициентін анықтау әртүрлі жүйелерде (американдық, ағылшынша, GHS) орын алады, сондықтан жиі деректерді бір өлшемді жүйеден екіншісіне тасымалдау қажет. Энглер градусымен берілген сұйықтық тұтқырлығы мәндерін центистоктарға (мм2/с) түрлендіру үшін келесі эмпирикалық формуланы пайдаланыңыз:
ν(cSt)=7,6 × °E × (1-1/°E3)
Мысалы:
- 2°E=7,6 × 2 × (1-1/23)=15,2 × (0,875)=13,3 cSt;
- 9°E=7,6 × 9 × (1-1/93)=68,4 × (0,9986)=68,3 cSt.
Гидравликалы майдың стандартты тұтқырлығын жылдам анықтау үшін формуланы келесідей жеңілдетуге болады:
ν(cSt)=7,6 × °E(мм2/с)
Кинематикалық тұтқырлығы ν мм2/с немесе cSt болса, оны келесі қатынас арқылы динамикалық тұтқырлық коэффициентіне Μ түрлендіруге болады:
M=ν × ρ
Мысал. Энглер (°E), центистоктар (cSt) және центипоиз (cP) градустары үшін әртүрлі түрлендіру формулаларын қорытындылай келе, тығыздығы ρ=910 кг/м3 болатын гидравликалық май бар делік. кинематикалық тұтқырлығы 12° E, cSt бірлігінде:
ν=7,6 × 12 × (1-1/123)=91,2 × (0,99)=90,3 мм2/с.
Өйткені 1cSt=10-6m2/s және 1cP=10-3N×s/m2, сонда динамикалық тұтқырлық болады:
M=ν × ρ=90,3 × 10-6 910=0,082 N×s/m2=82 cP.
Газ тұтқырлық коэффициенті
Газдың құрамымен (химиялық, механикалық), температураның, қысымның әсерімен анықталады және газ қозғалысына байланысты газ-динамикалық есептеулерде қолданылады. Тәжірибеде газдардың тұтқырлығы газ кен орындарын игеруді жобалау кезінде ескеріледі, мұнда коэффициент өзгерістері газ құрамының (әсіресе газ конденсатты кен орындары үшін маңызды), температура мен қысымның өзгеруіне байланысты есептеледі.
Ауаның тұтқырлығын есептеңіз. Процестер ұқсас боладыжоғарыда талқыланған екі ағын. Екі газ ағыны U1 және U2 параллель, бірақ әртүрлі жылдамдықпен қозғалады делік. Қабаттар арасында молекулалардың конвекциясы (өзара ену) болады. Нәтижесінде жылдамырақ қозғалатын ауа ағынының импульсі төмендейді, ал бастапқыда баяуырақ қозғалатыны жылдамдайды.
Ньютон заңы бойынша ауаның тұтқырлық коэффициенті келесі формуламен өрнектеледі:
F=-h × (dU/dZ) × S
Мұнда:
- dU/dZ – жылдамдық градиенті;
- S – күшпен әсер ету аймағы;
- Коэффицент h - динамикалық тұтқырлық.
Тұтқырлық индексі
Тұтқырлық индексі (VI) тұтқырлық пен температураның өзгеруін корреляциялайтын параметр. Корреляция – бұл статистикалық қатынас, бұл жағдайда температураның өзгеруі тұтқырлықтың жүйелі өзгеруімен бірге жүретін екі шама. Тұтқырлық индексі неғұрлым жоғары болса, екі мән арасындағы өзгеріс соғұрлым аз болады, яғни жұмыс сұйықтығының тұтқырлығы температураның өзгеруімен тұрақтырақ болады.
Мұнай тұтқырлығы
Қазіргі майлардың негізі тұтқырлық индексі 95-100 бірліктен төмен. Сондықтан машиналар мен жабдықтардың гидравликалық жүйелерінде сыни температура жағдайында тұтқырлықтың кең өзгеруін шектейтін жеткілікті тұрақты жұмыс сұйықтықтарын қолдануға болады.
«Қолайлы» тұтқырлық коэффициентін мұнайға майды айдау кезінде алынатын арнайы қоспаларды (полимерлер) енгізу арқылы сақтауға болады. Олар майлардың тұтқырлық индексін арттырадырұқсат етілген интервалда осы сипаттаманың өзгеруін шектеу есебі. Тәжірибеде қоспалардың қажетті мөлшерін енгізген кезде негізгі майдың төмен тұтқырлық индексін 100-105 бірлікке дейін арттыруға болады. Дегенмен, осылайша алынған қоспа жоғары қысымда және жылу жүктемесінде оның қасиеттерін нашарлатады, осылайша қоспаның тиімділігін төмендетеді.
Қуатты гидравликалық жүйелердің қуат тізбегінде тұтқырлық индексі 100 бірлік жұмыс сұйықтарын пайдалану керек. Тұтқырлық индексін арттыратын қоспалары бар жұмыс сұйықтықтары гидравликалық басқару схемаларында және төмен / орташа қысым диапазонында, шектеулі температура диапазонында, кішігірім ағып кетулермен және партиялық жұмыста жұмыс істейтін басқа жүйелерде қолданылады. Қысымның жоғарылауымен тұтқырлық да артады, бірақ бұл процесс 30,0 МПа (300 бар) жоғары қысымда жүреді. Іс жүзінде бұл фактор жиі еленбейді.
Өлшеу және индекстеу
Халықаралық ISO стандарттарына сәйкес судың (және басқа сұйық орталардың) тұтқырлық коэффициенті центистоктермен көрсетіледі: cSt (мм2/с). Технологиялық майлардың тұтқырлығын өлшеуді 0°С, 40°С және 100°С температурада жүргізу керек. Кез келген жағдайда, май сортының кодында тұтқырлық 40 ° C температурада цифрмен көрсетілуі керек. ГОСТ-та тұтқырлық мәні 50°С-та берілген. Инженерлік гидравликада жиі қолданылатын бағалар ISO VG 22-ден ISO VG 68-ге дейін ауытқиды.
VG 22, VG 32, VG 46, VG 68, VG 100 гидравликалық майлары 40°C температурада олардың таңбасына сәйкес тұтқырлық мәндеріне ие: 22, 32, 46, 68 және 100 cSt. Оңтайлыгидравликалық жүйелердегі жұмыс сұйықтығының кинематикалық тұтқырлығы 16-дан 36 cSt-ге дейін ауытқиды.
Американдық автомобиль инженерлері қоғамы (SAE) белгілі бір температуралардағы тұтқырлық ауқымдарын белгілеп, оларға сәйкес кодтарды тағайындады. W-тен кейінгі сан 0°F (-17,7°C) температурадағы абсолютті динамикалық тұтқырлық Μ және кинематикалық тұтқырлық ν 212°F (100°C) температурада анықталды. Бұл индекстеу автомобиль өнеркәсібінде (беріліс қорабы, мотор және т.б.) пайдаланылатын барлық маусымдық майларға қатысты.
Тұтқырлықтың гидравликаға әсері
Сұйықтықтың тұтқырлық коэффициентін анықтау тек ғылыми және білім беру үшін ғана емес, сонымен қатар маңызды практикалық мәнге ие. Гидравликалық жүйелерде жұмыс сұйықтықтары тек сорғыдан гидравликалық қозғалтқыштарға энергияны беріп қана қоймайды, сонымен қатар тетіктердің барлық бөліктерін майлайды және үйкеліс жұптарынан пайда болатын жылуды жояды. Жұмыс режиміне сәйкес келмейтін жұмыс сұйықтығының тұтқырлығы барлық гидравликаның тиімділігін айтарлықтай нашарлатуы мүмкін.
Жұмыс сұйықтығының жоғары тұтқырлығы (өте жоғары тығыздықтағы май) келесі жағымсыз құбылыстарға әкеледі:
- Гидравликалық сұйықтық ағынына төзімділіктің жоғарылауы гидравликалық жүйедегі қысымның шамадан тыс төмендеуіне әкеледі.
- Басқару жылдамдығының және жетектердің механикалық қозғалыстарының баяулауы.
- Сорғыдағы кавитацияның дамуы.
- Гидравликалық бак майынан ауаның нөлге тең немесе тым аз бөлінуі.
- Байқауға боладысұйықтықтың ішкі үйкелісін жеңу үшін жоғары энергия шығындарына байланысты гидравликаның қуатын жоғалту (тиімділіктің төмендеуі).
- Сорғы жүктемесінің жоғарылауынан туындаған машинаның негізгі қозғаушы моменті артты.
- Үйкеліс күшеюіне байланысты гидравликалық сұйықтық температурасының көтерілуі.
Осылайша, тұтқырлық коэффициентінің физикалық мәні оның көлік құралдарының, машиналар мен жабдықтардың бөлшектері мен механизмдеріне әсер етуінде (оң немесе теріс) жатыр.
Гидравлика қуатының жоғалуы
Жұмыс сұйықтығының төмен тұтқырлығы (тығыздығы төмен май) келесі жағымсыз құбылыстарға әкеледі:
- Ішкі ағып кетудің жоғарылауы нәтижесінде сорғылардың көлемдік тиімділігінің төмендеуі.
- Бүкіл гидравликалық жүйенің гидравликалық құрамдас бөліктерінде – сорғылар, клапандар, гидравликалық дистрибьюторлар, гидравликалық қозғалтқыштардағы ішкі ағып кетулердің артуы.
- Үскелетін бөліктерді майлауды қамтамасыз ету үшін қажетті жұмыс сұйықтығының жеткіліксіз тұтқырлығы салдарынан сорғы қондырғыларының тозуының жоғарылауы және сорғылардың кептелуі.
Сығылу мүмкіндігі
Кез келген сұйықтық қысыммен қысылады. Машина жасау гидравликасында қолданылатын майлар мен салқындатқыш сұйықтықтарға келетін болсақ, сығу процесі сұйықтықтың көлеміне кері пропорционалды екендігі эмпирикалық түрде анықталған. Сығымдау коэффициенті минералды майлар үшін жоғары, су үшін айтарлықтай төмен, ал синтетикалық сұйықтықтар үшін әлдеқайда төмен.
Төмен қысымды қарапайым гидравликалық жүйелерде сұйықтықтың сығылғыштығы бастапқы көлемнің азаюына елеусіз әсер етеді. Бірақ жоғары гидравликалық қуатты машиналардақысым және үлкен гидравликалық цилиндрлер, бұл процесс айтарлықтай көрінеді. Гидравликалық минералды майлар үшін 10,0 МПа (100 бар) қысымда көлемі 0,7%-ға төмендейді. Бұл ретте қысу көлемінің өзгеруіне кинематикалық тұтқырлық пен майдың түрі аздап әсер етеді.
Қорытынды
Тұтқырлық коэффициентін анықтау сұйық немесе газ құрамының, қысымның, температураның өзгеруін ескере отырып, әртүрлі жағдайларда жабдықтар мен механизмдердің жұмысын болжауға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, бұл көрсеткіштерді бақылау мұнай-газ секторында, коммуналдық шаруашылықта және басқа да салаларда өзекті болып табылады.
