Hüdrovedelik

Töövedelikud on hüdroajamis energiakandjateks. Töövedelikuga kandub pumba poolt vedelikule antud hüdrauliline energia vedeliku vooluhulga ja rõhu näol hüdrosilindrisse või hüdromootorisse, kus see muudetakse kolvi sirgjoonelise liikumise või mootori väljuva võlli pöörlemise mehaaniliseks energiaks.

Töövedeliku lisaülesanded

Lisaks põhiülesandele on töövedelikul täita hüdroajamis veel teisigi ülesandeid.

Töövedelik määrib hüdroajami elemente, vähendades nende kulumist ja liikumisel tekkivaid hõõrdetakistusi. Seega aitab töövedelik pikendada ajami tööiga ja vähendada rõhukadusid.
Töövedelik kannab soojusena eraldunud energia tema tekkimise kohast ära, seega jahutab süsteemi, vähendades viimase ülekuumenemise ohtu.
Töövedelik summutab rõhu kõikumisest tingitud vibratsioone, mis tagab seadme sujuva ja täpse toimimise.
Töövedelik kaitseb süsteemi elemente korrosiooni eest, mis parandab süsteemi töökindlust ja suurendab seadme tööiga. Vedelike korrosioonikindlust saab parandada neile vastavate ainete lisamise teel.
Töövedelik peseb süsteemi, kandes süsteemi kulumis- ja vedeliku hapnemissaadused filtrisse. See vähendab süsteemi rikete arvu ja tema kulumist.
Töövedelik edastab juhtsignaale, olles oluline infokanal seadmete automaatjuhtimise korral.

Töövedelikule esitatavad nõuded

Töövedelikule esitatakse rida nõudeid, mis peavad tagama hüdroajami tõrgeteta ja ohutu töö ning ajami pikaealisuse.

Töövedelik peab olema tuleohutu. Vedeliku tuleohutust iseloomustab leekpunkt, mis on vedeliku temperatuur, mille juures tema aurud kokkupuutes lahtise tulega hetkeks süttivad. Tuleohutuse tagamiseks peab töövedeliku leekpunkt olema kõrgem töövedeliku temperatuurist hüdrosüsteemis seadme tööajal. Kuna töövedeliku temperatuur ei ületa tavaliselt 60 °C, aga töövedelike leekpunkt on piirides 130–160 °C, siis on tavatingimustes tuleohutus tagatud. Eriolukord on tule- ja plahvatusohtlikes ruumides töötavate ajamitega, kus õlidele baseeruvate töövedelike kasutamine on keelatud.
Töövedelik peab olema tuleohutu. Vedeliku tuleohutust iseloomustab leekpunkt, mis on vedeliku temperatuur, mille juures tema aurud kokkupuutes lahtise tulega süttivad. Tuleohutuse tagamiseks peab töövedeliku leekpunkt olema kõrgem töövedeliku temperatuurist hüdrosüsteemis seadme tööajal. Kuna töövedeliku temperatuur ei ületa tavaliselt 60 °C, aga töövedelike leekpunkt on piirides 130–160 °C, siis on tavatingimustes tuleohutus tagatud. Eriolukord on tule- ja plahvatusohtlikes ruumides töötavate ajamitega, kus õlidele baseeruvate töövedelike kasutamine on keelatud.
Töövedelik peab olema keskkonnaohutu. Töövedelik ise ja tema aurud ei tohi olla mürgised, nahka- ja hingamisteid kahjustavad või ärritavad, allergiat esile kutsuvad, st nad peavad vastama tööhügieeni nõuetele. samas on neil lekete korral pinnast saastav toime, mis nõuab nende utiliseerimist peale kasutamist.
Töövedelik peab olema sobiva viskoossusega. Reeglina kasutatakse kiirekäigulistes ajamites väheviskoosseid vedelikke, kuna nad kuumenevad tööprotsessis vähem. Samaaegselt nõuab väheviskoosne vedelik tunduvalt efektiivsemat ja järelikult kallimat tihendamist. Seetõttu kasutatakse aeglasekäigulistes ja pikkade seisakutega töötavates ajamites viskoossemaid vedelikke, mis võimaldavad kasutada lihtsamaid tihendeid. Kasutatava vedeliku viskoossus on sõltuv ümbritseva keskkonna temperatuurist. Madalama väliskeskkonna temperatuuri puhul leiab kasutamist väheviskoossem vedelik ja vastupidi. Ajamis ei tohi kasutada vedelikke, mille viskoossus ei vasta seadme tehnilises juhendis nõutule.
Töövedelik ei tohi vahutada. Normaaltingimustes on töövedelikus lahustunud 8–9 mahuprotsenti õhku, mis ei avalda olulist mõju vedeliku omadustele. Vedelikus lahustamata õhk esineb väikeste mullidena vahu kujul ja muudab vedeliku kokkusurutavaks. Ajami lõpplülis tekib sellest ebaühtlane liikumine ja ajami tööga kaasneb müra. Kõige sagedamini võib õhk pääseda süsteemi pumba imemistoru kaudu. Samuti võib vedeliku rõhu muutumisel eralduda temas lahustunud õhk. Õhu eraldamine vedelikust toimub paagis. Tänapäevased hüdrovedelikud sisaldavad vahutamist vähendavaid lisandeid, mis soodustavad õhu eraldumist vedelikust.
Töövedelikul peab olema küllaldane rõhukestvus. Lisaks sellele, et rõhkudel üle 200 baari vedeliku viskoossus märgatavalt suureneb, on ta tundlik suurtele lõikepingetele (lõikeväsimusele), mis tekivad pumpades ja klappides ning põhjustavad hetkelist viskoossuse vähenemist ja vedeliku viskoossusindeksit tõstvate ainete hävimist.
Töövedelik ei tohi intensiivselt hapenduda. Hapendumine on töövedeliku reageerimine õhuhapnikuga, seda nimetatakse vedeliku vananemiseks. Vananemise tulemusena halvenevad vedeliku määrivad omadused ja temas tekib vaigutaoline aine, mis võib põhjustada probleeme hüdroaparatuuri töös. Vedeliku vananemist soodustavad kõrge töötemperatuur, vedeliku õhusisaldus ja kokkupuude mõningate metallidega, näiteks vasega. Eelpool öeldust lähtudes ei ole soovitav vedeliku kuumenemine tööprotsessis üle 60 °C. Messingtorude kasutamisel vananeb töövedelik kiiremini kui terastorude korral, sest messingis sisalduv vask toimib vedeliku hapendumisel katalüsaatorina. Hapendumise pidurdamiseks lisatakse hüdrovedelikele hapendumist pidurdavaid aineid.
Töövedelik peab takistama süsteemi korrosiooni. Süsteemi roostetamise olulisemaks põhjuseks on töövedeliku veesisaldus. Kaasaegsed hüdrovedelikud sisaldavad aineid, mis soodustavad vee eraldumist. Uuel õlil toimub vee eraldumine ca 20 minuti jooksul. Teised lisandid moodustavad metalli pinnale õhukese kaitsva kile, mis väldib metalli pinna kokkupuudet veega ja sellest tingitud korrosiooni. Taimsetel rasvadel põhinevad hüdrovedelikud soodustavad süsteemi metallosakeste korrosiooni vedelikes leiduvate rasvhapete toimel.
Töövedelik ei tohi reageerida tihendi ja voolikute materjaliga. Mineraalõlidel põhinevad ja sünteetilised hüdrovedelikud reageerivad butüül- ja looduslikust kummist tihenditega. Mittesüttivad hüdrovedelikud nõuavad teflon- või vitoontihendeid.
Töövedelik peab olema võimalikult kerge. See kergendab vedeliku imemist pumba imemistorus ja vähendab kavitatsiooni tekkimise ohtu pumba imemispooles.
Töövedelik peab olema minimaalse kokkusurutavusega. Kokkusurutavus pole soovitatav täpsete liikumiste korral suurtel rõhkudel, sest avaldab mõju liikumise täpsusele.

Töövedeliku vahetamisel hüdrosüsteemis ei tohi kasutada teist liiki vedelikku, kuna on oht rikkuda tihendeid, mis tähendab süsteemi remonti.

Töövedelike liigid

Mineraalõlid

Mineraalõlid on hüdroajamites kõige enam kasutatavad vedelikud. Nad sisaldavad ekspluatatsioonilisi omadusi parandavaid lisandeid. Nad ei ole kasutatavad tule ja plahvatusohtlikes tingimustes. Maksimaalne kasutustemperatuur 60–90 °C, hangumistemperatuur −12...–70 °C. Kasutamisoludest lähtudes jagatakse mineraalõlid sisetingimustes ja välistingimustes kasutatavateks ning arktilisteks õlideks.

Sünteetilised hüdrovedelikud

Sünteetilisi hüdrovedelikke toodetakse eteenist, mis on nafta destilleerimise saadud. Tootmise käigus saab vedelikule anda täpselt soovitud omadused, mistõttu nad on paremad kui mineraalõlid. Neil on kõrge viskoossusindeks, nad taluvad kõrgeid temperatuure, nende hangumistemperatuur on madal ja kasutusiga pikk. Sünteetiliste hüdrovedelike kasutamist piirab nende kõrge hind.

Taimsetel õlidel põhinevad hüdrovedelikud

Taimsetel õlidel põhinevad hüdrovedelikud on omadustelt lähedased mineraalõlidele, kuid neil on paremad määrivad omadused ja nende viskoossus sõltub rõhust vähem kui mineraalõlidel. Samal ajal on madalatel temperatuuridel nende omadused nigelamad võrreldes mineraalõlidega. Nad on keskkonnasõbralikumad ja sellepärast on viimastel aastatel suurenenud nende kasutamine hüdraulikas.

Mittesüttivad hüdrovedelikud

Mittesüttivaid hüdrovedelikke kasutatakse ajamites, mis töötavad tule- ja plahvatusohtlikes ruumides. Nad jagatakse väheviskoosseteks vedelikeks ja vedelikeks, mille viskoossus vastab mineraalõli viskoossusele. Levinumad on mittesüttivad hüdrovedelikud, mis on määratud VDMA standardiga, lehed 24317...24320.

HFA – õli-vee emulsioon 80–98% vett
HFB – vee-õli emulsioon 40% vett
HFC – vee-glükooli segu 35–55% vett
HFD – fosfaatester 0–0,1% vett

Mittesüttivate vedelike omadused on muutuvad suurtes piirides ja nende tihedus on suurem kui õlidel baseeruvatel vedelikel. Vett sisaldavate vedelike korral ei tohi kasutada tselluloosifiltreid, kuna need lagunevad vee toimel.

Hüdrovedelike markeerimine

Hüdrovedelike markeerimiseks on kasutusel mitmeid süsteeme sõltuvalt tootjamaa standarditest. Euroopas soovitatav ISO VG klassifikatsioon määratleb vedeliku tema viskoossuse järgi sentistooksides temperatuuril 40 °C, ISO VG1500 aga vedeliku omadusi parandavate lisandite olemasolu võib olla tähistatud lisamarkeeringuga:

HH – lisandid puuduvad;
HL – sisaldab korrosioonivastaseid aineid;
HM – sisaldab lisaks eelpooltoodule veel kulumisvastaseid lisandeid;
HV – sisaldab täiendavalt veel viskoossust tõstvaid lisandeid.

Hüdrovedeliku tööea pikendamine

Hüdrovedeliku tööiga saab pikendada efektiivse filtreerimisega ja vedeliku töötemperatuuri hoidmisega soovitavates piirides, alla 60 °C.

Töövedeliku jahutamine ja soojendamine

Töövedeliku kuumenemine hüdrosüsteemis on tingitud hüdroajami töötamisel tekkivate võimsuse kadude muutumisest soojuseks. Töövedeliku temperatuur ei tohi ületada 60–70 °C, vastasel juhul lüheneb oluliselt töövedeliku kasutusaeg ja väheneb vedeliku viskoossus, millega kaasnevad suurenenud kaod tihendites ja vedeliku määrivate omaduste halvenemine.

Töövedeliku temperatuur on sõltuv lisaks eralduvale soojushulgale veel ümbritseva keskkonna temperatuurist, seadme töörežiimist, vedeliku vooluhulgast torustikus.

Tekkinud soojus juhitakse ära kõigi süsteemi elementide, peamiselt aga hüdropaagi kaudu. Normaalse keskkonna temperatuuri korral piisab vedeliku jahutamiseks soojusvahetusest läbi paagi seinte, mille intensiivsuseks loetakse 4–5 W/m² kohta. Suurema soojusliku koormuse korral võib paagi jahutamiseks kasutada ventilaatorit, millelt tulev õhuvool jahutab täiendavalt paagi seinu. Nii saavutatakse kuni viiekordne soojusvahetuse intensiivsuse suurenemine. Juhul kui ka selline jahutamine ei aita, tuleb kasutada spetsiaalseid vesijahutusel töötavaid jahutusseadmeid.

Hüdroajami kasutamisel madalatel temperatuuridel võib seadme käivitamisel tekkida probleeme seoses töövedeliku suure viskoossusega madalal temperatuuril, sest pump käivitub raskelt ning on probleeme vedeliku imemisega pumpa. Töövedeliku eelnevaks soojendamiseks kasutatakse elektrilisi soojendusvahendeid. Samuti on probleemi võimalik lahendada sobiva töövedeliku viskoossuse valikuga.

Hoiatus

Hüdroajamis kasutatav vedelik peab vastama seadme tehnilises juhendis toodud tingimustele vedeliku liigi ja viskoossuse osas. Muidu võib seadme töös ette tulla tõrkeid alates vedeliku ülekuumenemisest või lekete suurenemisest kuni tihendite hävimiseni. Mitte mingil juhul ei tohi segada eri liiki vedelikke.