X фильтрация рабочей жидкости



Скачать 424.74 Kb.
страница1/4
Дата13.07.2016
Размер424.74 Kb.
ТипГлава
  1   2   3   4
Глава X
ФИЛЬТРАЦИЯ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

Загрязнение жидкостей различными примесями снижает на­дежность и срок службы гидравлических агрегатов, причем влия­ние качества очистки (фильтрации) жидкостей на работу гидро­агрегатов столь велико, что без преувеличения можно утверждать, что срок службы гидроагрегатов может быть увеличен или понижен в несколько (до десятка) раз. Загрязнения, как правило, повы­шают трение и увеличивают износ рабочих поверхностей скользя­щих пар и могут привести к заклиниванию подвижных деталей гидроагрегатов и в частности гидроагрегатов системы автоматики, а также быть причиной скачкообразного движения привода при плавном изменении сигнала управления.

Влияние загрязнения жидкости особенно велико в гидроси­стемах высокого давления с плунжерными агрегатами, величина радиального зазора в которых обычно колеблется от 2 до 4 .

В связи с указанным следует отметить, что лучшие из при­меняемых в настоящее время фильтров очищают жидкость от твердых частиц размером не менее 5 , а, следовательно, в ра­бочей жидкости неизбежно присутствуют частицы меньше этого размера.

Под словом «фильтр» понимают устройство, в котором жид­кость подвергается очистке от загрязняющих примесей (частиц), попадающих в гидросистему из вне, а также частиц, образовав­шихся в результате износа и окисления деталей гидроагрегатов и продуктов окисления рабочей жидкости (масла).

Помимо этого, сами рабочие жидкости (масла) в состоянии поставок часто имеют недопустимо высокую для данного случая применения загрязненность.

Из твердых частиц наиболее разрушительными для гидроагре­гатов являются частицы, входящие в состав атмосфер­ной пыли, которая попадает в баки гидросистем через заливные горловины и прочие каналы.

Основным источником загрязнений в гидросистемах машин работающих в пыльных условиях (сельскохозяйственных, дорожных, строительных и прочих) являются частицы, попадающие в бак с воздухом, причем интенсивность загрязнений зависит от степени колебания объема (изменения уровня) жидкости в баке при работе гидросистемы.

Изменение уровня жидкости в баках в основном обусловлено разностью объемов полостей силовых цилиндров, которые, как правило, имеют односторонние штоки, а также работой (зарядкой и разрядкой) газогидравлических аккумуляторов. Нетрудно ви­деть, что при подаче жидкости в полость силового цилиндра со стороны, противоположной штоку, объем жидкости, забираемой насосом из бака, будет превышать объем жидкости, отводимой в бак из нерабочей полости цилиндра, а следовательно, для уст­ранения вакуума в баке к нему должен поступить воздух в объеме

,

где и — диаметр и ход поршневого штока цилиндра.

При обратном движении поршня силового цилиндра воздух будет вытесняться из бака.

В том случае, если одновременно работают несколько цилинд­ров, объем воздуха, поступающего в бак, будет равен сумме не-скомпенсированных расходов жидкости, вытесняемой и забирае­мой ими из бака.

Загрязнитель может попасть в гидросистему при заправке и дозаправке гидросистемы жидкостью. Для устранения возмож­ности попадания загрязнений в гидросистему при заправке, и в частности при заправке гидросистем самолетов в полевых усло­виях, заправку осуществляют закрытым способом: жидкость вы­тесняется сжатым газом через фильтр тонкой очистки из заправоч­ной емкости непосредственно в гидросистему. Заправка и дозап­равка закрытых гидросистем должны производиться закрытым способом с помощью ручного насоса через фильтр тонкой очистки.

Очевидно, достигнуть абсолютной чистоты жидкости сущест­вующими методами очистки жидкостей не представляется возмож­ным, и к ней можно лишь приближаться. Ввиду этого в техниче­ских требованиях устанавливаются нормы допустимой загрязнен­ности, которые зависят от назначения гидросистемы и ответствен­ности выполняемых ею функций, а также от чувствительности гидроагрегатов к загрязнениям. К примеру, американским стан­дартом установлено 11 классов загрязненности. Для гидросистем же ракет дополнительно введен труднодостижимый нулевой класс.

Ввиду того, что современные знания по вопросам влияния размера и происхождения твердых частиц и их формы на износ деталей гидроагрегатов недостаточны, при решении вопроса о ка­честве (тонкости) фильтрации приходится руководствоваться опыт­ными данными.

Фильтрацию считают качественной, если размер капиллярных каналов фильтрующего материала не превышает половины наи­меньшего зазора в скользящих парах гидроагрегата, для которого предназначен фильтр. Однако ввиду, трудности выполнения этого требования часто считают фильтрацию удовлетворительной, если размер капиллярных каналов фильтрующего материала не превы­шает величины наименьшего зазора в скользящих парах гидро­агрегата, для которого предназначен фильтр.



Таблица 14

Количество частиц в штуках на 100 пробы



В табл. 14 приведены данные по допустимому содержанию в ра­бочих жидкостях механических примесей по гранулометрическому составу и зависимости от класса агрегатов (с учетом величины зазоров), принятые в ответственных гидросистемах ряда машин.

РАСЧЕТ ФИЛЬТРА

Расчет фильтра в основном сводится к определению расхода жидкости и величины гидравлических потерь на единицу поверх­ности фильтровального материала.

Ввиду сложности пористой структуры большинства фильтро­вальных материалов, состоящей из соединенных между собой пор и сложной сети каналов (капилляров) различной формы и разме­ров, которые к тому же в ряде случаев изменяются под действием перепада давления, установить для большинства фильтровальных материалов закономерность и дать аналитическое выражение для характеристики потока жидкости практически невозможно. По­этому гидравлические характеристики фильтровального материала определяются, за исключением отдельных случаев, эксперимен­тальным путем.

Расход фильтра может быть выражен в общем случае зависи­мостью, вытекающей из закона Пуазейля:



;

, (475)

где — расход (пропускная способность) в единицу времени через единицу площади фильтровального материала;



— коэффициент динамической вязкости фильтруемой жид­кости;

— перепад давления на фильтре;

— площадь поверхности фильтрующего элемента;

коэффициент пропорциональности, представляю­щий собой удельную пропускную способность единицы площади поверхности фильтровального материала при перепаде давления 1 и вязкости жидкости 1 (обычно выражается в ).

Опыт показывает, что коэффициент для поверхностных фильтров сохраняется при всех прочих равных условиях практи­чески постоянным в широком диапазоне расходов и перепадов давления, благодаря чему представляется возможным использо­вать его в качестве сравнительной характеристики гидравличе­ского сопротивления фильтровального материала.

Практические значения коэффициента ) для распро­страненных фильтровальных материалов поверхностного типа следующие:

Металлическая сетка №



Фильтровальная бумага



01

11,24

АФБ-2

0,036

009

9,91

АФБ-1К

0,03

0071

6,93

АФБ-1

0,015

006

6,06







0045

2,27

Фильтровальная ткань (капрон)

0,013

002

1,16




Примечание. Номер сетки одновременно показывает величину стороны ячейки в свету в миллиметрах.
Значение коэффициента для фильтровального материала глу­бинного типа, в частности из спеченных металлических шариков, зависит от плотности (пористости) и толщины этого материала. Для условной толщины материала, равной 1 , значение этого коэффициента можно приближенно принимать (по данным различ­ных источников для шариков из бронзы):

Диаметр гранул в 0,2 0,15 0,03 0,02 0,01 0,05


0,012 0,0105 0,0017 0,0014 0,0008 0,00072

Пренебрегая возможной неравномерностью плотности (пори­стости) по толщине материала, получим приближен­ное выражение, характеризующее расход фильтроэлемента, отне­сенный к единице толщины материала:



,

где - толщина материала.

В практике коэффициент для этого случая принято называть коэффициентом проницаемости.

Допустимость подобного приближения подтверждается опы­том, который показывает, что при увеличении толщины металло-керамического материала с 2 до 3 расход жидкости (вязкостью 2,5 ) уменьшается в 1,5 раза.

Тонкость очистки (фильтрации). Материал фильтрующих эле­ментов должен быть максимально проницаемым, однако способным задерживать возможно малые частицы механических включений (частиц). В соответствии с этим материал должен иметь мельчай­шую однородную сетку с максимальной суммарной площадью проходных ячеек (пор) и количеством их на единицу поверхности материала. Количество этих ячеек на единицу поверхности в основ­ном и определяет тонкость фильтрации, которая характеризуется размерами поровых каналов в фильтровальном материале или, что то же самое, размерами частиц загрязнителя, которые им удержи­ваются.

В соответствии с этим под тонкостью фильтрации понимается минимальный размер частиц фильтруемой среды, улавливаемой фильтрующим элементом, т. е. способность фильтра задерживать (удалять) из жидкости частицы соответствующих размеров.

В качестве критерия тонкости фильтрации принят коэффициент отфильтровывания, представляющий собой отношение числа ча­стиц загрязнителя, задержанных фильтром при разовом проходе, к числу их в неотфильтрованной жидкости:

, (476)

где и — число частиц загрязнителя данного размера в пробе фильтрата и неотфильтрованной жидкости.

Измерить размеры поровых каналов большинства фильтроваль­ных материалов практически невозможно. С помощью микроскопа можно определить лишь размер ячеек металлических сеток и некоторых тканей. Однако и при этом необходимо иметь в виду, что могут быть участки фильтровального материала, размеры по­ровых каналов которых значительно отличаются от среднего их размера, что может быть обусловлено сдвигом волокон материала в какую-либо сторону в результате механических воздействий, а также причинами технологического порядка.

Суммарную пористость фильтровального материала глубин­ных фильтров без учета равномерности ее распределения можно приближенно определить по увеличению веса материала после пропитки его фильтруемой жидкостью; приняв объем жидкости, проникшей в поры, равным объему пор, можем написать



, (477)

где и — вес образцов фильтрующего материала до и после погружения в жидкость;



— объемный вес жидкости.

Для определения максимального размера частиц, пропускае­мых фильтром, обычно применяется метод, называемый испыта­нием на появление пузырьков воздуха. Для этого испытуемый фильтрующий элемент погружается в жидкость (спирт-денатурат или рабочую жидкость) и к нему подается воздух под некоторым давлением. Поток пузырьков указывает на расположение отверстия наибольшего размера, а давление, при котором появляются пер­вые пузырьки, определяет диаметр этого отверстия.



Рис. 319. Кривая, характеризующая появление воздушного пузырька в сетчатых фильтроэлементах


На рис. 819 приведена кривая зависимости давления соответст­вующего началу появления пузырьков от размера максимальной частицы загрязнителя, пропус­каемой сетчатым фильтроваль­ным элементом из нержавеющей стали. Этой кривой с достаточ­ной точностью (~10%) можно пользоваться также для оценки фильтрующих элементов иных типов.

В соответствии с требования­ми по тонкости очистки жидкостей разделяют фильтры грубой, нормальной, тонкой и особо тонкой очистки. К фильтрам грубой очистки обычно относят фильтры с фильтрующим элементом, задерживающим частицы загрязнителя с условным диа­метром более 0,1 ; к фильтрам нормальной очистки — более 0,01 и к фильтрам тонкой очистки — более 0,005 и для особо тонкой очистки — более 0,001 .

Помимо этого, различают абсолютную и номинальную марки­ровку тонкости фильтрации. Абсолютная маркировка тонкости характеризуется минимальным размером частиц загрязнителя, полностью удерживаемых фильтрами; номинальная — минималь­ным размером частиц, задерживаемых фильтром за разовый про­ход в количестве 98% первоначального значения.

В промышленных маркировках и в технических условиях на фильтры обычно указывается минимальный (номинальный) размер частиц, которые задерживаются данным фильтром. Так, напри­мер, 10-микронныЙ фильтр определяется как очиститель, который должен обеспечить удаление 98% (в весовом отношении) всех частиц, размер которых по наибольшему измерению равен или больше 10 .

Лучшие образцы серийных фильтров обеспечивают 5-микрон­ную тонкость фильтрации.
МЕТОДЫ ФИЛЬТРОВАНИЯ И ТИПЫ ФИЛЬТРОВ

Отделение от жидкостей твердых загрязняющих примесей осуществляют механическим или силовым методами. По первому методу фильтрация осуществляется через различные щелевые и пористые фильтрующие элементы (материалы) и по второму — воздействием силовых полей — магнитного, электрического, гра­витационного, центробежного и др.

В гидросистемах машин применяется преимущественно первый метод очистки, основанный на различии размеров этих частиц и проходных каналов фильтрующего материала.

По виду применяемых фильтровальных материалов фильтры механической очистки можно разделить на два основных типа. В фильтрах первого типа частицы загрязнителя задерживаются в основном на поверхности фильтровального материала и в фильт­рах второго типа — в порах капилляров материала. Хотя строго разграничить фильтры по этому признаку и невозможно, однако различают поверхностные и глубинные фильтры. К первым отно­сятся металлические сетчатые фильтры, а также тканевые и бу­мажные фильтры и ко вторым — фильтры с набивочным фильтрую­щим материалом.



Фильтроэлементы из металлических проволочных сеток. В ка­честве фильтровальных материалов, и в частности в тех случаях, когда к фильтрам не предъявляется высоких требований по тон­кости очистки, применяются металлические тканые сетки квад­ратного переплетения обычно из латунной проволоки круглого сечения. В этих фильтрах загрязнитель задерживается на поверх­ности.

Фильтрующие качества этих фильтров (тонкость фильтрации и расход жидкости) характеризуются величиной ячейки в свету и «плотностью» или значением живого (проходного) сечения ячеек на единицу поверхности; последний параметр выражают через коэффициент живого сечения , представляющий собой отноше­ние площади проходных ячеек к общей площади сетки:



,

где — диаметр проволоки;



— размер стороны ячейки сетки в свету.

Таблица 15

Параметры сеток сетчатых фильтров

Нетрудно видеть, что уменьшение, при всех прочих одинако­вых условиях, величины ячейки сопровождается уменьшением коэффициента живого сечения сетки и, как следствие, увеличением гидравлического сопротивления фильтра.

Параметры применяющихся сеток приведены в табл. 15. Номер сетки показывает одновременно величину стороны ячейки в свету в миллиметрах.

Следует отметить, что сетчатые фильтры могут пропускать удлиненные частицы, длина которых значительно превышает (в 2—5 раз) номинальный размер ячеек.



Рис. 320. Сетчатые фильтры


Конструктивное исполнение сетчатых фильтроэлементов может быть самым различным — в виде цилиндров (рис. 320, а), в виде на­бора (пакета) сетчатых дисков (рис. 320, б) и пр.

Сетчатые фильтры часто выполняют также с несколькими (двумя и тремя) слоями фильтрующих сеток с постоянными во всех сетках размерами ячеек или с сетками, размер ячеек которых уменьшается от слоя к слою по потоку жидкости (рис. 321). При­менение фильтров с многослойными сетками повышает эффектив­ность и тонкость очистки. Так, например, если загрязненное масло, пропущенное через однослойную сетку № 0071, еще мут­ное, то пропущенное через эту же сетку в два слоя становится чистым. Потери напора при течении жидкости через многослойный фильтр с однородной сеткой выше, чем через однослойный, при­мерно в число раз, равное числу слоев.



Рис. 321. Двухслойный сетчатый фильтр


Удельный расход жидкости в сетчатых фильтрах (расход, от­несенный к единице площади сетки) представляет в пределах применяющихся перепадов давлений (от 0 до 3 ) линейную зависимость от последних. Однако удельный расход через сетки разных номеров, имеющих одинаковые по величине зна­чения коэффициента живого сечения , различен, причем более высоким расходом (пропускной способностью) обладают сетки с большими отверстиями (ячейками) в све­ту. Практически расходы че­рез сетки с одинаковыми ко­эффициентами отличаются во столько раз, во сколько отличаются размеры их ячеек. Так, например, расходы через сетки № 006 и 015 с одинаковым коэффициентом отличаются во столько раз, во сколько отличаются размеры их ячеек, т. е. в 2,5 раза.

Площадь поверхности однослойного сетчатого фильтра принято выбирать такой, чтобы она превышала площадь входного отверстия в корпусе (или площадь сечения трубы) в 40 - 60 раз.

Преимуществом фильтроэлементов из металлических сеток является их механическая прочность и то, что устраняется опас­ность миграции в жидкость наполнителя (частиц фильтрующего элемента), а также то, что они имеют относительно стабильный раз­мер ячеек.

Фильтры с бумажным фильтроэлементом. Фильтры с бумажным фильтроэлементом относятся к группе поверхностных фильтров тонкой очистки, обладающих большой поверхностью и малой тол­щиной фильтрующего материала. Они пригодны для работы при температурах рабочей жидкости от до . При качест­венной бумаге фильтры задерживают за один проход значитель­ную часть (75%) твердых включений размером более 4 - 5 , однако тонкость фильтрации серийных бумажных фильтров не превышает 8 - 10 .

Бумажный фильтроэлемент обычно выполняется в виде ци­линдра, стенки которого для увеличения фильтрующей поверх­ности собирают в складки, поддерживаемые металлическим карка­сом (рис. 322, а), а бумага подвергается крепированию. Для повы­шения тонкости фильтрования применяют многослойные фильтры, в которых жидкость проходит последовательно через несколько слоев бумаги.



Рис. 322. Бумажный фильтр (а) и его фильтроэлементы (б)


Применяются также щелевые бумажные фильтры, фильтроэлементы которых состоят из штампованных бумажных колец, уложенных в стопку и сжатых пружиной. Зазор между бумажными кольцами, а следовательно, и тонкость фильтрации этих филь­тров определяются усилием сжатия пружины.

Детали распространенных бумажных фильтроэлементов по­казаны на рис. 322, б.

К этой группе фильтров относятся также фильтрующие ткани, а для высоких температур (до ) синтетические ткани. Для более4 высоких температур применяются термостойкие фильтрую­щие материалы из графитовых, угольных, алюминосиликатных и алюмоборосиликатных волокон.

Фильтры снабжаются перепускным клапаном, который при повышении перепада давления, сопровождающем засорение фильтроэлемента, открывается, и жидкость поступает к выходному шту­церу, минуя фильтроэлемент.

Для того чтобы исключить попадание в систему при открытии перепускного клапана нефильтрованного масла, фильтры снаб­жают дополнительным фильтроэлементом грубой очистки.

Типовая конструкция такого фильтра с комбинированным фильтроэлементом, состоящим из элементов тонкой 2 и грубой 1 очистки, представлена на рис. 823. До открытия перепускного клапана 3 (рис. 324, а) жидкость последовательно проходит через оба фильтра-элемента и после открытия (рис. 324, б) — минуя элемент тонкой очистки показана на рис. 324.



Рис. 323. Комбинированный фильтр из фильтровальных элементов грубой и тонкой очистки


Фильтрующий элемент 2 тонкой очистки обычно изготовляется из фильтровальной бумаги или сеток саржевого плетения и элемент 1 гру­бой очистки — из сеток квадратного переплетения или проволочных элемен­тов. Фильтроэлементы из бумаги и сеток саржево­го плетения усиливаются металлическим каркасом (обычно из латунной сетки № 028).

При засорении фильт­рующего элемента тонкой очистки открывается пере­пускной клапан 3 и жид­кость поступает через фильтрующий элемент гру­бой очистки к выходному штуцеру, минуя фильтрую­щий элемент тонкой очи­стки.


Рис. 324. Схема комбинированного фильтра


ГЛУБИННЫЕ ФИЛЬТРЫ

В глубинных фильтрах жидкость проходит через толщу по­ристого материала фильтрующего элемента (текстиля, войлока, бумаги, целлюлозы, обожженной глины, пластмассы, пористого металла и др.). Фильтры этого типа, каждый капилляр которых имеет большое количество последовательно расположенных пор, доходящее до сотни и более, можно сравнивать по эффективности фильтрования с многослойными поверхностными фильтрами с той же длиной капилляров и количеством в них пор.

В частности наполнители из синтетических волокон могут обеспечить благодаря высокопористой структуре, обусловленной малой толщиной волокон, тонкость очистки 1—2 .

Ввиду того, что загрязнитель задерживается в этих фильтрах в основном в толще материала, эти фильтры при одинаковой загрязненности жидкости имеют по сравнению с поверхностными типами более высокие грязесъемность и сроки службы.

Наиболее распространены волокни­стые наполнители из металлокерамики, бумаги, войлока, целлюлозы, стеклово­локна и синтетических волокон различ­ной толщины и плотности.




Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница