2017

9. ФИЛЬТРАЦИЯ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

Под словом «фильтр» понимают устройство, в котором жидкость подвергается очистке от загрязняющих примесей. Эти примеси в основном состоят из продуктов окисления масла, находящихся в виде вязких включений, а также продуктов износа деталей гидроагрегатов и посторонних частиц, попадающих в масло извне и, в частности, частиц пыли, проникающей в первую очередь в баки.

Все то, что принято называть пылью, примерно на 70% состоит из кварцевого песка; кроме того, в состав пыли входят мельчайшие частицы окиси железа (3 – 5%(, окиси алюминия

(15 – 17%), окиси кальция (2 – 4%), окиси магния (0,5 – 1,5%)

и др.

Анализ отложений на фильтрах показывает, что кроме указанных выше компонентов, входящих в состав пыли, в них содержатся окислы меди, олова, кадмия, натрия и др., образующихся в результате окисления металлов и сплавов, применяющихся для изготовления агрегатов.

Органическая часть отложений на фильтрах не превыша-

ет 20 – 30 %.

Источником загрязнения могут быть новые насосы вследствие их приработки. По этой причине их целесообразно прирабатывать в течение определенного периода времени, чтобы гарантировать степень износа ниже нормы. Жидкость, удаляемую из корпуса насоса, необходимо пропускать через фильтр прежде чем она поступит в бак.

Жидкости в состоянии поставок имеют некоторую загрязненность, допускаемую техническими условиями. Так, например, концентрация загрязнения в масле АМГ-10, предназначенном для гидросистем, в состоянии поставки по ГОСТу 6794-53 составляет от 0,00088 до 0,0013 от веса. В маслах, не предназначенных специально для гидросистем, содержание загрязнений может быть более высоким. Так, например, согласно ГОСТу 6370-59 допускаемое содержание механических примесей в маслах общего назначения составляет до 0,005%.

101

Принято считать фильтрацию удовлетворительной, если размер капиллярных каналов фильтрующего материала не превышает наименьшего зазора в скользящих парах агрегата, для которого предназначен фильтр. В соответствии с этим насосы с торцовым распределением требуют более тонкой фильтрации, чем насосы с радиальным распределением, поскольку плоская масляная пленка в узле торцевого распределения имеет меньшую толщину, чем масляная пленка в распределительном узле радиального типа.

Вообще считают, что влияние загрязнений жидкости на трение и износ деталей уплотнительной пары такое же как влияние равновеликих по размеру неровностей от обработки этих деталей. Если исходить из этого, то загрязняющие примеси (включения) размером меньше 1 мк не должны сильно сказываться на износе деталей смазываемой скользящей пары. Бесспорно также то, что абразивные включения, превышающие размер толщины масляной пленки, будут повышать износ деталей. Измерения показывают, что эти пленки могут иметь толщину более 1 мк, а следовательно, твердые включения в масле больше 1 мк нежелательны.

9.1. Методы фильтрации

Отделение от жидкости твердых загрязняющих примесей осуществляют механическим или силовым методами. В первом случае фильтрация жидкостей осуществляется за счет применения различных целевых и пористых фильтрующих элементов и во втором – за счет применения в очистителях жидкостей силовых полей – магнитного, электрического, гравитационного, центробежного и др. Силовые очистители имеют относительно малые габариты и могут обеспечить тонкость фильтрации в 1-2 мк, причем пропуская их способность практически не ограничена при одновременном обеспечении малого сопротивления (0,1 кг/см2 и менее). Они допускают работу при температурах до 5000 С.

102

В машиностроительной практике распространены преимущественно фильтрующие устройства, в которых от жидкости отделяются частицы посторонних веществ вследствие различия размеров этих частиц и проходных капиллярных каналов фильтрующего материала. В добавлении к ним в некоторых случаях применяют магнитные фильтры или вставки из магнитного материала, которыми из фильтруемой жидкости извлекают стальные частицы. В ряде машин применяют также центробежные маслоочистительные устройства, которые, хотя по тонкости очистки масел от взвешенных частиц и уступают бумажным фильтрам, однако они лучше, чем последние, удаляют из жидкости мелкие неорганические частицы с большим удельным весом, которые оказывают на детали гидроагрегатов больше, чем органические частицы, абразивное действие.

9.2. Тонкость фильтрации

Под тонкостью фильтрации понимают способность фильтра задерживать (удалять) из жидкости частицы соответствующих размеров.

Для определения тонкости фильтрации применяют лабораторный метод, предусмотренный ГОСТом 7246-54.

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

Тонкость фильтрации зависит от материала, использованного для изготовления фильтрующего элемента.

Фильтр со сравнительно крупными ячейками задерживает значительную часть даже таких частиц, каждая из которых могла бы пройти через эти ячейки.

103

9.3.Типы щелевых фильтров и фильтрующие материалы

Всоответствии с видом применяемых фильтрующих материалов фильтры можно разделить на два основных типа: в первом частицы загрязнителя задерживаются главным образом на поверхности фильтрующего материала, а во втором – в порах капилляров этого материала, расположенных на большей или меньшей глубине от поверхности. Фильтры первого типа получили название поверхностных, второго – глубинных.

Материалы фильтрующих элементов должны быть максимально проницаемыми, но способными задерживать возможно малые частицы твердых веществ. В соответствии с этим материал должен иметь мельчайшую однородную сетку с максимальной площадью ячеек и количеством их на единицу поверхности материала.

Для установления наличия недопустимо больших пор в фильтрующем материале определяют давление, при котором через поры этого материала, опущенного под уровень жидкости, пройдет первый пузырек воздуха. Поскольку через определенные поры при данном давлении в этих условиях не должен проходить воздух, то появление первого пузырька воздуха свидетельствует о наличии пор больших размеров.

Выбор фильтрующего материала производят исходя из сравнения четырех основных характеристик фильтров - тонкости фильтрации, потери давления (сопротивления) на фильтрующем элементе, срока службы фильтра и эффективности фильтрующего материала.

Вкачестве фильтрующих материалов и элементов применяют всевозможные металлы в виде металлических сеток, пакетов из тонких металлических пластин или элементов из пористых металлов, а также различные ткани, войлок, фетр, бумагу, керамику, пластмассы и пр.

Вфильтрах тонкой очистки особенно распространены фильтрующие бумаги (АФБ-1, АБФ-1к, АФБ-2), а также фильтрующие ткани, в качестве которых применяют шелк «Г»,

104

ткань сванбой (ОСТ 30110-40), ткани марок А-1, фильтродиагональ (ГОСТ 504-41), батист, капрон, нейлон пр.

Широкое применение нашли синтетические волокнистые материалы (тефлон, нейлон, полиэтилен пр.), которые пригодны для работы при температурах до 2500 С.

Применяют также фетр и фильтрующий картон, причем последний изготавливают из смеси хлопковых волокон с циклонным пухом и хлопчатобумажными очесами; толщина картона 3 – 5 мм.

В последнее время начали применять термостойкие фильтрующие материалы из графитовых, угольных, алюмосиликатных и алюмоборосиликатных волокон.

Для агрессивных жидкостей применяют фильтры из стеклоткани марок АСТТ (б) и ФСТ (б), которые отфильтровывают частицы размером 30 – 120 мк и выше.

9.4. Схемы фильтрации

Применяют схемы фильтрации всего потока жидкости или части его. Первую схему называют схемой последовательного, вторую – параллельного включения фильтра.

Схема последовательного включения фильтра обеспечивает фильтрацию всей жидкости, участвующей в циркуляции; однако в этом случае фильтр должен быть рассчитан на полный расход жидкости при допустимом перепаде давления.

Фильтрацию части потока обычно применяют при особенно тщательной очистке жидкости, которая поступает в ответственные гидроагрегаты, а также при профилактической очистке жидкости гидросистемы. Для фильтрации части потока обычно применяют глубинные фильтры тонкой очистки.

В большинстве случаев целесообразно применять одновременно обе схемы фильтрации: для фильтрации всего потока применяют фильтр, имеющий относительно высокую пористость, и для защиты особо ответственных агрегатов – фильтры тонкой очистки.

105

9.5. Место для установки фильтра

Для предохранения насоса, который наиболее чувствителен к загрязнениям гидросистемы, фильтр желательно устанавливать на всасывающей линии насоса. Однако ввиду того что фильтр увеличивает сопротивление всасывающей линии и тем самым ухудшает условия заполнения насоса жидкостью, этот способ установки фильтра в системах с самовсасывающим насосом не распространен. Практика показывает, что при установке фильтра на всасывающем трубопроводе самовсасывающего насоса сопротивление фильтра не должно превышать

0,1 – 0,15 кГ/см2.

Фильтры, устанавливаемые на линии нагнетания, могут быть рассчитаны на более высокое сопротивление, однако корпус фильтра в этом случае будет находиться под рабочим давлением, что потребует обеспечения его прочности.

Установка фильтра на сливной линии, хотя непосредственно и не предохраняет агрегаты от загрязнения, однако имеет преимущества, основными из которых является то, что фильтр в этом случае не препятствует всасыванию и не находится под рабочим давлением.

Применяют также другие схемы включения фильтров, позволяющие уменьшить размеры фильтра или действующее в нем давление.

Конструкция фильтра должна быть такой, чтобы при замене фильтрующего элемента не требовалось демонтировать фильтр и сливать жидкость из гидросистемы; для этой цели фильтры снабжают автоматическими блокирующими устройствами, запирающими жидкость в системе при замене фильтрующих элементов.

Фильтры обычно устанавливают на магистралях, в которых направление потока жидкости не меняется, однако в некоторых системах применяют фильтры, допускающие реверсирование направления потока.

106

9.6.Критерии для оценки качества фильтрации

9.6.1.Коэффициент пропускания

Тонкость фильтрации характеризуется коэффициентом

пропускания n2 , где n2 и n1 – число частиц данного разме- n1

ра в профильтрованной и нефильтрованной жидкости.

9.6.2.Коэффициент отфильтровывания

Вкачестве критерия фильтров пользуются также коэффициентом отфильтровывания.

n1 n2

n1

где n1 и n2 – число частиц загрязнения данного размера в пробе не фильтрованной и профильтрованной жидкости.

Ниже приведены практические значения коэффициента ψ частиц размером 10 мк для распространенных фильтрирующих материалов.

107

9.6.3. Пропускная способность q и расход

Указанные параметры Q фильтра выражаются зависимостями

q p л/мин · см2; Q qF pF л/мин

где μ – коэффициент динамической вязкости фильтруемой жидкости в пз

p- перепад давления на фильтре в кГ/см2;

F – площадь поверхности фильтрующего фильтроэлемента в см2;

α – коэффициент пропорциональности, представляющий собой удельную пропускную способность единицы площади поверхности фильтра при перепаде давления 1 кГ/см2 и вязкости жидкости 1 пз в л/см2.

Втабл. приведены практические значения коэффициента

αдля распространенных фильтрующих материалов.

Таблица 4 Коэффициент α для основных фильтрующих материалов

108

Величина перепада давления в фильтрующем элементе составляет:

p q Q

F

9.6.4.Загрязнение фильтрующего элемента

Процесс фильтрации жидкости сопровождается засорением фильтрующего элемента, которое вызывает при постоянном расходе жидкости повышение перепада давления или при постоянном перепаде – снижение расхода через фильтр. По мере накопления на фильтрующей поверхности осадка сопротивление потоку увеличивается, однако тонкость фильтрации при этом повышается. Учитывая повышение перепада давления на фильтрующем элементе в результате его загрязнения, необходимо обеспечить достаточную его механическую прочность и жесткость исходя из давления открытия предохранительного клапана; величину этого давления обычно выбирают равной 150 – 200 % нормального перепада давления, на который рассчитан фильтр.

Срок (время) работы фильтра между очистками устанавливают по данным эксплуатации.

109