Physical fundamentals of ultrasonic degassing

Abstract

One of the key benefits of hydraulic system is its rigidity. It lets the signal to be transmitted from the source to the recipient with no loss. Positioning accuracy of actuators significantly depends on the rigidity. The higher the rigidity, i. e. volumetric elasticity modulus, the more accurate performance of hydraulic actuators. The presence of free and dissolved air in liquid is one of the key properties that affect the rigidity. Means of degassing discussed in the paper show a good potential for the mechanical methods, especially for the cavitation technologies. Based on the physical aspects of degassing, the authors recommend to use high- and low-amplitude ultrasonic oscillators to remove air from reservoirs of hydraulic systems. Experiments with degassing of various liquids: water (density ρ = 1000 kg/m3); hydraulic oil (density ρ= 860 kg/m3); engine oil (density ρ= 844 kg/m3) were mainly focused on the amount of extracted air depending on the duration of oscillations. Comparative analysis of degassing velocities at liquid settling technique and ultrasonic degassing technique proved that the latter one has a better potential. A great deal of attention was paid to the problem of the degassing of hydraulic reservoir, directly at suction line of the pump. The removal of dissolved and free air significantly influences the non-cavitational operational mode of the pump. Which, in turn, prevents the equipment from early failure.

Одною із переваг гідравлічних систем є її висока жорсткість. Ця якість дозволяє з високою швидкодією передавати сигнал від джерела до споживача. Втрати при цьому мінімальні. Від жорсткості системи безпосередньо залежить точність позиціонування виконавчих пристроїв. Чим більше жорсткість, показником якої служить об'ємний модуль пружності робочої рідини, тим точніше операції, що виконуються гідравлічними приводами. На цей параметр має значний вплив наявність в робочій рідині розчиненого і нерозчиненого повітря. Розглянуті в статті варіанти дегазації рідини показали перспективність механічних способів, зокрема застосування кавітаційних технологій. Спираючись на фізичні основи протікання процесу дегазації, авторами було запропоновано використання високоамплітудних і малоамплітудних ультразвукових випромінювачів для видалення повітря з бака гідравлічної системи. Наведені авторами експериментальні дослідження процесу дегазації різних рідин: води (щільність ρ= 1000 кг/м3); масла гідравлічного (щільність ρ= 860 кг/м3); моторного масла (щільність ρ = 844 кг/м3), стосувалися питань кількості виділеного повітря в залежності від часу озвучування рідини. Порівняльний аналіз швидкості дегазації рідини із застосуванням ультразвукового методу і методу, заснованого на відстоюванні рідини, наочно показав перспективність застосування ультразвукового кавітаційного методу. Особливу увагу автори приділили проблемі видалення повітря з гідравлічного бака безпосередньо в лінії всмоктування насосу. Видалення розчиненого і нерозчиненого повітря з лінії всмоктування впливає на безкавітаціонний режим роботи насосу, що в свою чергу запобігає передчасному виходу обладнання з ладу.