气穴现象：汽车减振器设计与特性仿真研究

流体溶解空气的浓度受压力和温度的影响。在标准大气压下，空气在水中的溶解度为2%（体积分数），在石油型液压油中的溶解度为6%～12%。空气在液压油中的溶解度和液压油的压力成正比，如图6-2a所示。

压力降低时，溶解的空气量会减少。随着压力的降低，流体介质必然分离出所溶解的空气。一定温度时，液体有一个饱和蒸气压，即液体分子的汽化和液化过程处于平衡状态时的压力。当压力小于该液体的饱和蒸气压时，液体就沸腾汽化，如图6-2b所示。

在静止状态下的溶解度与时间的关系如图6-3所示，这就是溶解速度。一部说来，溶解过程并不很快，因此，液压中混入的气泡要靠通过系统高压区来全部溶解是不大可能的。

在液流中，如果某一点的压力低于空气分离压时，原来溶解于油液中的空气就会游离出来，形成气泡。而当压力低于相应温度的液体饱和蒸气压力时，液体就会汽化，形成大量蒸气气泡。这两种气泡混杂在油液中产生了气穴，使管道中的油液成为不连续状态，这种现象一般称为气穴现象。

其中，饱和蒸气压和温度的关系如图6-4所示。

图6-2 气体溶解度及油液中释放气体体积与压力关系

a）溶解度与压力关系 b）释放气体体积与压力关系

图6-3 溶解度与时间的关系(www.xing528.com)

图6-4 饱和蒸气压和温度的关系

1—油-水乳化液 2—水-乙二醇液 3—氯化烃液 4—合成液 5—石油基液 6—硅酸脂液 7—磷酸酯液 8—硅酮液

当液压系统中出现气穴现象时，大量的气泡会破坏液流的连续性，造成流量和压力脉动，气泡随液流进入高压区时又急剧破灭，引起局部液压冲击和高温，产生振动和噪声。例如，当泵的输出压力分别为6.8MPa、13.6MPa、20.4MPa时，气泡崩溃处的局部温度可高达766°C、993°C、1149°C，局部压力可达到几百兆帕。当附在金属表面上的气泡破灭时，局部产生的高温和高压会使金属剥蚀，这种由气穴造成的腐蚀作用称为气蚀。气蚀会缩短元件的使用寿命，严重时会造成故障。

气穴多发生在阀口和液压泵的进口处。由于阀口的通道狭窄，液流的速度增大，压力大幅度下降，以致产生气穴现象。当泵的安装高度过大，吸油管直径太小，吸油阻力太大，或液压泵转速过高，吸油不充分，造成泵入口处的真空度过大，亦会产生气穴。

例如，当最低压力低于油液在工作温度下的空气分离压时，溶解在油液中的空气会迅速地大量分离出来，变成气泡，产生气穴。表征气穴的相似判据为气穴系数，即

式中，p为油液的绝对压力；p_v为油液的饱和蒸气压；ρ为油液密度；v为油液平均流速。

由式（6-16）可知，为了防止产生气穴现象和气蚀，油液要选择特性稳定的油液；这与减振器阀系结构也有关，因此在设计复原和压缩节流阀结构时，避免在一处节流压力差过大；同时与减振器活塞杆的摩擦有关，因此应尽量减小摩擦避免产生大量热，避免油液在高温下热分解产生气体；另外还与密封圈结构有关，因此密封圈不仅要保证油液密封，同时还应该避免空气进入减振器油缸。