Вопросы для самопроверки

1. На какие типы делят пневмоаппараты по принципу действия?

2. Как рассчитать массовый расход газа через пневматический дроссель по заданным давлениям на его входе и выходе?

3. Как рассчитать массовый расход газа при истечении через пакет дроссельных шайб?

4. Чем конструктивно отличаются пневмоаппараты от гидроаппаратов аналогичного назначения?

5. Изобразите схему пневматического редукционного клапана и дайте пояснение принципа его действия.

6. Как рассчитать эффективную рабочую площадь мембранных механизмов, пневмоаппаратуры?

7. Изобразите схему автомата давления прямого действия и поясните принцип его работы

3. Кондиционеры. Уплотнения. Гидролинии

3.1. Кондиционеры

Рабочие жидкости топливной, масляной и гидравлической сис­тем ВС должны при эксплуатации сохранять оптимальные физи­ческие свойства. Кондиционность рабочего тела этих систем под­держивается специальными устройствами — кондиционерами. К ним относят фильтры и очистители, удаляющие механические при­меси, центрифуги для отделения воздуха, теплообменники, резерв­ные и дренажные баки.

Фильтры являются наиболее многочисленными устройствами жидкостных систем. В топливной, масляной и гидравлической си­стемах современного ВС их насчитывается от 50 до 100 штук.

Загрязнение жидкостей влияет на надежность агрегатов столь значительно, что срок их службы при неудовлетворительной филь­трации может быть снижен на порядок величины.

Отделение от жидкостей твердых частиц осуществляется в основном механическими и реже силовыми методами. В первом случае используют фильтры со щелевыми или пористыми фильт­рующими элементами, во втором — силовые поля (центробежное, магнитное, электрическое и др.)- В гидравлических, топливных и масляных системах ВС применяют преимущественно первый ме­тод очистки, в наземных средствах помимо геометрических фильт­ров широко используют очистку в силовых полях, в частности центробежные и электрические очистители.

Важнейшей характеристикой фильтра является его способность удерживать частицы определенных размеров (тонкость фильтра­ции). Фильтрацию считают удовлетворительной, если фильтр не пропускает частицы, соизмеримые с зазорами в золотниковых па­рах гидроагрегатов. Поэтому тонкость фильтрации должна состав­лять 3 ... 5 мкм.

Конструктивно защитные грубые фильтры выполняют в виде стаканов, дисков, полусфер и т. д. Их располагают непосредствен­но на входе в защищаемый агрегат или отдельный элемент агре­гата. Защитные сетки устанавливают, например, на входе в гид­роусилители, перед пакетами дроссельных шайб, непосредственно на золотниках и дросселях, в заливных горловинах баков и т. д.

Конструктивная схема фильтра тонкой очистки показана на рис. 3.1. При нормальном режиме фильтрации жидкость последо­вательно проходит через фильтр тонкой очистки 2 и затем через защитную сетку 3. В случае засорения фильтроэлемента тонкой очистки, когда перепад давления превысит предельное значение, открывается перепускной клапан 1 и жидкость поступает через канал А в полость Б далее через защитную сетку 1 к выходному штуцеру. Такая комбинация фильтров тонкой 1 грубой очистки повышает надежность работы жидкостных систем.

Рис. 3.1. Фильтр тонкой очистки

Основной недостаток геометрических фильтров состоит в том, что даже незначительное улучшение тонкости фильтрации требует значительной увеличения габаритов и массы фильтров. Силовые очистителе имеют степень очистки выше, чем степень очистки обычных фильтров.

В качестве фильтровального материала в авиационный гидросистемах используют никелевую сетку саржевого плетения 80/720 с тонкостью фильтрации 12... 16 мкм. Наиболее ответственные агрегаты гидросистем имеют фильтры из проката пористой нержавеющей стали ФНС-5 с тонкостью фильтрации 5 мкм. Указанные фильтроматериалы имеют высокую стоимость: 1 м² никелевой сетки саржевого плетения стоит 60 ... 70 руб., материала ФНС-5—1200 руб. Несмотря на высокую стоимость (фильтр может стоить столько же, сколько насос), фильтры применяют в больших количества)! как в бортовых системах, так и в технологическом оборудовании.

Состояние фильтра, например, наличие на сетке металличес­ких частиц, или время, за которое фильтр увеличивает свое сопро­тивление до предельного значения, являются важнейшими диагно­стическими признаками качества функционирования системы.

Рабочими параметрами авиационных фильтров являются гидравлическое сопротивление, равное не более 0,18 МПа, диапазон рабочих температур — минус 60 ... плюс 180 °С, ресурс фильтроэлемента до промывки — 50 ч, ресурс работы фильтра — 500 ... 1000 ч, рабочее давление — 22,0 МПа. Перепуск рабочих жидкостей осуществляется параллельно фильтру, топливо — при перепаде давления на фильтре — 0,05 ... 0,06 МПа, моторное масло - 0,07...0,09 МПа, гидравлическая жидкость АМГ-10 —0.7 .. 0.09 МПа.

Расчет фильтра сводится к определению расхода жидкости че­рез него при заданном перепаде давления. Для этих расчетов ис­пользуют зависимость, представляющую видоизмененную формулу Пуазейля:

где — удельная пропускная способность единицы площади фильтровального материала при перепаде давления 0,1 МПа и вязкости жидкости 1П (пуаз), л/мин-см²; — площадь фильтрующей поверхности, см²; — перепад давления на фильтре, МПа; — динамическая вязкость, П.

С увеличением значения и уменьшается гидравлическое сопротивление фильтра. Удельную пропускную способность находят экспериментально. При определении гидравлической характеристики фильтрующих материалов используют чистые жидкости.

Помимо фильтров тонкой очистки в системах устанавливают грубые фильтры (защитные сетки) для предотвращения попадания гидроагрегаты крупных частиц, которые могут случайно оказаться в жидкости. С помощью защитных сеток удается задер­жать частицы размерами свыше 20 мкм.

Работа электроочистителей основана на притяжении к электродам частиц, получивших заряд в результате трения в потоке.

Принцип действия магнитных очистителей основам на притя­жении частиц из стальных сплавов магнитом, установленным в штоке. Магнитными пробками оснащаются фильтры авиационных жидкостных систем для диагностики состояния жидкости и системы в целом.

В центробежных очистителях в результате действия центробеж­ных сил частица с большей плотностью, чем рабочая жидкость, от­брасывается к стенкам и осаждается на них. Центробежную очи­стку широко применяют в качестве средств технологической очис­тки при изготовлении, ремонте и техническом обслуживании жидкостных систем ВС.

Оценку чистоты жидкости производят весовым методом или юдсчетом количества осажденных частиц с помощью микроскопа.

Количество частиц определенного размера, содержащихся в 100 см³ рабочей жидкости гидросистемы самолета Ту-154, не должно быть больше, чем указано в табл. 3.1.

Эффективным средством отделения от рабочей жидкости пу­зырьков выделившегося воздуха является центробежный воздухо­отделитель— центрифуга. Центрифугами оборудуются масляные

Таблица 3.1.

Допускаемая загрязненность жидкости АМГ-10 гидросистемы самолета Ту-154

Размер частиц, мкм	5 ... 10	10 ... 25	25 ... 50	50 ... 100
Количество частиц, не более	300	30	10	4

топливные и гидравлические системы ВС. Поле центробежных сил в роторе центрифуги ускоряет отделение воздушной фазы от жидкости в сотни раз по сравнению со скоростью отделения пузырьков в баке.

Требуемый уровень чистоты топлива соответствует 4-5-му классу чистоты по ГОСТ 17216—71, загрязненность жидкости гидросистем — 5-6-му классу, смазочного масла в системах смазки авиадвигателей — 7-8-му классу. Стандарт устанавливает 19 классов чистоты, каждому классу соответствует определенное количество частиц различного размера, содержащихся в 100 см³ пробы жидкости.

Длительная работоспособность жидкости во многом зависит от конструкции и параметров резервного бака гидросистемы. Для обеспечения отстоя жидкости (всплытия пузырьков газа и отделения пены) и отвода тепла вместимость бака должна быть такой же, как и минутная подача насоса. Минимальную вместимость бака самолетной гидросистемы назначают на 50 % больше суммарного объема жидкости во всех ее агрегатах и трубопроводах. Однако она должна быть больше полуминутной подачи насоса.

Обеспечение высотности гидравлических систем достигаете наддувом гидробаков, в которых поддерживается избыточное давление порядка 0,1».0,2 МПа, необходимое для предотвращения явления кавитации. Присутствие не растворенных газов в рабочей жидкости ведет к отрицательным последствиям. Основными нарушениями функционирования являются уменьшение быстродействия и изменение плавности работы исполнительных механизмов, ухудшение смазки трущихся деталей, деструкция рабочей жидкости, кавитация и повышенная пульсация давления. Ухудшение ра­боты гидросистемы происходит в основном вследствие повышения сжимаемости жидкости (снижения модуля упругости), зависящего от суммарного объема свободного газа в жидкости.

Баки гидросистем имеют целый ряд устройств для предотвращения вспенивания жидкости и отделения пузырьков свободного газа. Для отделения рабочей жидкости от газа, которым осуществляется поддавливание, применяют баки с разделителями в вид поршней или эластичных диафрагм, т. е. систему выполняют «за­крытой». Это защищает жидкость не только от попадания свобод­ного газа, но и от проникновения в нее механических частиц. Для устранения попадания в бак пыли линии дренажа и наддува снабжаются фильтрами, улавливающими пыль и влагу из возду­ха, поступающего в бак при изменении уровня жидкости в нем.

Для улучшения условий выделения пузырьков свободного газа необходимо отделять всасывающие трубы от сливных специаль­ными перегородками.

Бак «закрытой» и гидравлической системы состоит (рис. 3.2} из сферического корпуса 4, резиновой диафрагмы 3, защитной¹ перфорированной перегородки 2, поплавкового клапана 1, пред­назначенного для автоматического стравливания газовых пробок. Бак снабжен штуцерами для присоединения трубопроводов поддавливания, слива и подачи жидкости к насосу.

Рис. 3.2. Бак закрытой гидравлической системы

При работе гидравлической системы жидкость постоянно дрос­селируется, что приводит к рассеиванию механической энергии, которая превращается в тепло. При большой вместимости и пе­риодическом режиме работы привода жидкость достаточно охлаж­дается за счет конвективного теплообмена в системах эпизодичес­кого действия с автоматами разгрузки.

Системы с насосами регулируемой подачи снабжаются специальными теплообменниками. Простейший самолетный теплообменник представляет собой змеевик из труб легкого сплава, в котором циркулирует охлаждаемая жидкость. Змеевик обдувает потоком забортного воздуха.

Потребную охлаждающую поверхность змеевика можно рассчитать по уравнению теплового баланса:

где — мощность, затрачиваемая на привод насосов, Вт; — КПД системы; — коэффициент теплопередачи, Вт/(м²°С); — средний температурный напор, °С; 5 — расчетная поверхность! теплообменного аппарата, м².

В баках высокотемпературных систем зачастую размещается жидкостно-топливный радиатор, через который пропускается топливо для охлаждения жидкости гидросистем.

В гидросистемах блочного типа бак является основной конструктивной базой. В нем расположены основные агрегаты: насосы, фильтры, распределители, приборы контроля работы. Особенно распространены блочные конструкции в гидросистемах вертолетов и автономных приводах с насосными электроприводными станциями.

Топливные системы ВС оборудуются топливно-масляными радиаторами для подогрева топлива, поступающего к фильтрам, и охлаждения масла в системе смазки двигателей. Подогрев топли­ва уменьшает возможность забивки фильтров кристаллами замерзшей воды. Образование кристаллов льда происходит вслед­ствие замерзания выделившейся из топлива воды при резком охлаждении системы в условиях высотного полета. Нормальная фильтрующая способность фильтров начинает нарушаться для топлива 1-1 .при минус 40 °С, для топлива ТС-1 — при минус 30 °С.