zaharov

4.5. Фильтрация рабочей жидкости

231

Подбор фильтров для обеспечения требуемого класса чистоты жидкости

	Номинальная тонкость	Класс чистоты жидкости
		ГОСТ 17216-71
	фильтрации, мкм
		до фильтрации	после фильтрации
	5	9	3
	16	10	4
	28	10	5
	36	10	6
	40	12	8

За критерий тонкости очистки рабочей жидкости принят коэффициент отфильтровывания, представляющий собой отношение числа частиц загрязнений определенного размера, задержанных фильтром, к числу их в неотфильтрованной жидкости:

F = (n1 – n2)/ n1,

где n1, n2 – количество загрязняющих частиц данного размера до и после фильтрации.

Для двух последовательно установленных фильтров с коэффициентами отфильтровывания F1 и F2:

F = F1 + F2 – F1F2.

Для двух параллельно установленных фильтров с пропускными способностями q и (q – 1):

F = qF1 + (q – 1) F2.

Основные параметры фильтров. К ним относят:

номинальную тонкость фильтрования;

номинальное давление жидкости;

номинальный расход жидкости;

условный проход;

допустимый перепад давления на фильтроэлементе;

ресурс работы фильтроэлемента.

Под тонкостью фильтрования понимают возможность фильтроэлемента удерживать частицы определенного размера, загрязняющие рабочую жидкость. Различают абсолютную и номинальную тонкости фильтрования. Абсолютная тонкость фильтрования характеризуется

232 Глава 4. РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ

минимальным размером частиц, полностью задерживаемых фильтрующим элементом. Под номинальной тонкостью фильтрования понимают минимальный размер частиц, задерживаемых фильтроэлементом, число которых составляет 90…95 % частиц загрязнений такого же размера, находящихся в неотфильтрованной жидкости. В зависимости от номинальной тонкости фильтрования гидравлические фильтры гидросистем ЛА подразделяют на фильтры грубой, нормальной, тонкой и особо тонкой очистки. Фильтры грубой очистки задерживают 90…95 % частиц загрязнений более 100 мкм, фильтры нормальной очистки – более 10 мкм, фильтры тонкой очистки – более 5 мкм, особо тонкой очистки – более 1 мкм.

В промышленных маркировках и в технических условиях на фильтрах указывается минимальный (номинальный) размер частиц, которые удерживаются данным фильтром. Например, «10-микронный»

	фильтр определяется как очиститель, который должен обеспечить уда-
	p			ление 95 % (в весовом отношении) всех час-
				тиц, размер которых по наибольшему изме-
				рению равен 10 мкм.
				Под номинальным расходом понимают
				расход жидкости через фильтр с чистым
				фильтроэлементом при определенной вязко-
				сти жидкости и заданном перепаде давления
		Qф		на фильтре. Зависимость перепада давления
				от расхода через фильтр p = f(Qф) (рис. 4.9)
	Рис. 4.9. Расходная ха-			представляет собой основную гидравличе-
	рактеристика фильтра			скую характеристику фильтра.

Регенерация фильтров. В процессе эксплуатации происходит забивание ячеек и капилляров фильтроэлемента, вследствие чего перепад давления на фильтре повышается. Повышение перепада давления свыше допустимого может привести к разрушению фильтроэлемента. Для предотвращения разрушения фильтроэлементов фильтры снабжаются перепускными клапанами. При повышении перепада давления свыше допустимого перепускной клапан открывается и жидкость проходит через фильтр, минуя фильтроэлемент.

Для того чтобы исключить попадание в гидросистему при открытии перепускного клапана неотфильтрованной рабочей жидкости, фильтры снабжают дополнительными фильтроэлементами грубой очи-

4.5. Фильтрация рабочей жидкости

233

стки. Загрязненность гидравлических фильтров контролируют различными приборами (индикаторами), принцип действия которых обычно основан на измерении повышения перепада давления, сопровождающего засорение фильтроэлемента.

Для продления срока службы фильтроэлементов в процессе эксплуатации осуществляется их регенерация (промывка). Фильтры из волокнистых материалов регенерации не поддаются. Сетчатые и металлокерамические фильтроэлементы можно восстанавливать прокаливанием, а также механическими, химическими, вибрационными и ультразвуковыми способами.

В настоящее время в подразделениях гражданской авиации и на ремонтных заводах наибольшее распространение нашли ультразвуковые установки для регенерации фильтроэлементов, позволяющие восстанавливать пропускную способность фильтроэлементов на

90…95 %.

Менее эффективна очистка прокаливанием фильтроэлемента, а также продувкой сжатым воздухом или изменением направления потока жидкости. В ряде случаев регенерацию фильтров проводят с помощью химических растворителей: бензина, ацетона, спирта, четыреххлористого углерода и др.

Для обеспечения надежной работы стендов при повышенных давлениях и температурах жидкости в гидросистемах ЛА применяются фильтрующие элементы из никелевой сетки саржевого плетения, которые имеют достаточно высокую стоимость и ограниченный ресурс. Для увеличения ресурса работы фильтроэлементов применяются различные способы очистки (рис. 4.10).

Очистка фильтроэлементов, осуществляемая периодически в процессе их эксплуатации, представляет известные трудности. Эти трудности обусловлены необходимостью удаления мельчайших твердых частиц, имеющих высокую адгезию к очищаемой поверхности. Кроме того, осадок в капиллярах на 20...40 % состоит из продуктов распада рабочей жидкости, частично превращенных под действием высоких температур систем в химически нерастворимые вещества типа асфальтенов, карбенов, карбоидов. Этим объясняются возникающие трудности при очистке фильтроэлементов традиционными способами промывки, прямым и обратным потоком жидкости, даже с применением таких сильных растворителей, как бензол или трихлорэтилен. Вместе

234	Глава 4. РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ

с тем проведенные исследования показали, что применение ультразвука существенно повышает качество промывки фильтроэлементов.

q/q0						4
0,8
						3
0,6
0,4						2
0,2						1
0
0	2	4	6	8	10	12	14
						t, время
Рис. 4.10. Зависимость относительной про-
пускной	способности			фильтроэлементов			от
времени при различных способах промывки:

1 – противотоком керосином; 2 – противотоком водно-щелочным раствором; 3 – маслом АМГ-10 + скипидар в ультразвуковом поле; 4 – водно-ще- лочным раствором в ультразвуковом поле. q / q0 –

значения пропускной способности очищаемого и нового фильтроэлемента

Эффективность ультразвука объясняется следующим. В связи с малой прочностью жидкости на разрыв ультразвуковые колебания в отрицательный полупериод порождают парогазовые пузырьки, которые быстро достигают максимального (резонансного) размера, а в положительный полупериод начинают адиабатически сжиматься (рис. 4.11, а). При определенных условиях объем пузырька при сжатии уменьшается на несколько порядков и давление внутри него может достичь тысяч мегапаскалей, что вызывает визуально наблюдаемое свечение газа.

Сжатый до такого высокого давления пузырек или захлопывается, формируя ударную волну в жидкости, или теряет устойчивость, образуя высокоскоростную кумулятивную струйку жидкости. Указанные кавитационные эффекты способны даже деформировать металлы. Кроме того, эффективность ультразвуковой обработки объясняется действием интенсивных микро- и макротечений, на создание которых расходуется до 30…40 % всей мощности ультразвуковых колебаний.

4.5. Фильтрация рабочей жидкости

235

Диспергирующее, эрозионное, моющее и другие воздействия ультразвука резко возрастают, если обработка идет при оптимальном соотношении статического давления pст и амплитуды звукового давления

pа , равном 0,4 (рис. 4.11). В этом случае сокращается продолжитель-

ность захлопывания кавитационного пузырька (кривая 2), что приводит к увеличению эффективного давления, действующего на пузырек в фазе сжатия, следовательно, к увеличению скорости движения стенок пузырька, и к более высоким значениям давлениям внутри пузырька.

Ра , МПа
1
0,5
+
–	t
Ра , мкм
200
	1
100	2
3
	t
Рис. 4.11. Изменение радиуса Rа	кавитационной
полости с течением времени t при различных зна-
чениях статического давления Рст :
1, 2, 3 – соответственно при Рст = 0,1; 0,5; 1,0 МПа

Очистка пористо-капиллярных фильтроэлементов в ультразвуковом поле имеет специфические особенности, заключающиеся в том, что, во-первых, максимальный (резонансный) размер кавитационных пузырьков существенно больше размеров капилляров. Например, при частоте 20 кГц этот резонансный размер, как показывает эксперимент, равен 100…200 мкм (см. рис. 4.11). Во-вторых, в пористом материале газовыделение облегчено, что препятствует из-за малой плотности газа

236	Глава 4. РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ

в сравнении с плотностью жидкости эффективному проходу ультразвуковой энергии непосредственно в капилляры.

Стенды для регенерации фильтроэлементов. Для фильтро-

элементов тонкой фильтрации характерно засорение непосредственно самих капиллярных каналов. Причем на 20…30 % осадок в капиллярах состоит из нерастворимых смолоподобных продуктов термического разложения рабочей жидкости. Поэтому, например, промывка фильтроэлементов обратным потоком рабочей жидкости, двухфазным газожидкостным потоком и тому подобными методами неэффективна.

Для фильтроэлементов гофрированной конструкции иногда эффективен метод центробежной очистки с их вращением в моющей жидкости. Однако на практике лучшие результаты дает очистка фильтроэлементов в ультразвуковом поле. Ультразвуковая технология широко применяется для интенсификации таких процессов, как диспергирование, эмульгирование, очистка, сушка и т.п. Для обеспечения качественной промывки фильтроэлементов целесообразно использовать специальные ультразвуковые установки типа УЗУ4-1,6-0; УЗА10-1,6/18; УЗС (см. табл. 4.6).

В установке (рис. 4.12) использован трубчатый ультразвуковой излучатель, представляющий собой стальной цилиндр; к цилиндру с наружной стороны на расстоянии длины полуволны изгибных колебаний в нем приварены по периметру 12 магнитострикционных пакетов (4 ряда по образующей цилиндра). Потребляемая излучателем мощность на частоте 18,6 кГц равна 7,8 кВт.

Постоянное значение Р на очищаемом фильтроэлементе, а следовательно, оптимальное значение скорости противотока достигается превышением давления открытия подпорных клапанов 9 над давлением открытия переливных клапанов 12, поэтому расход моющей жидкости растет пропорционально восстановлению проницаемости фильтроэлемента. Рекомендуется вести процесс при периодическом чередовании ультразвуковой очистки сначала противотоком, а затем без него.

В стенде для ультразвуковой регенерации фильтроэлементов (рис. 4.13) трубчатый ультразвуковой излучатель представляет собой стальной цилиндр диаметром 250 мм и высотой 400 мм. К цилиндру по периметру с наружной стороны на расстоянии длины полуволны изгибных колебаний приварены 12 магнитострикционных пакетов толщиной 5 мм. Потребляемая излучателем мощность на частотет18,6 кГц равна 4,5 кВт.

	4.5. Фильтрация рабочей жидкости					237
						Т а б л и ц а 4.6
	Технические характеристики ультразвуковых станций очистки
		фильтроэлементов
	Наименование	УЗС.03-5/0.6	УЗС.04-3/0.36		УЗС.04-5/0.6		УЗС.05-10/1.0
	Питание от сети
	переменного тока
	Напряжение, В
	Частота, Гц	220 + 10 %	220 + 10 %		220 + 10 %		220 + 10 %
		50	50		50		50
	Количество
	излучателей, шт.	5	3		5		10
	Потребляемая мощ-
	ность из сети, кВт	2.2	1.9		2.2		2.8
	Рабочая частота, кГц	21	21		21		21
	Предельная выход-
	ная мощность гене-
	ратора ультразвука,
	кВт	0,6	0,36		0,6		0,1
	Температура окру-
	жающей среды, С	5...40	5...40		5...40		5...40
	Влажность окру-
	жающей среды, %	Не более 80	Не более 80		Не более 80		Не более 80
	Внутренние габари-
	ты, мм:
	ванны предвари-
	тельной промывки	200 200 400	–		–		–
	ультразвуковой	245 440 235	200 200 400		200 200 400		200 200 400
	ванны		245 440 235		245 440 235		245 740 235
	ванны контроля	200 200 400	–		–		–
	Исполнение	Напольное	Настольное		Настольное		Напольное
	Габаритные разме-
	ры установки, мм:
	шкаф	150 500 150	630 750 470		630 470 750		1150 500 1400
	блок управления	300 300 200	300 200 300		300 300 200		300 300 200
	Общий вес, кг	112	52		52
							110

238	Глава 4. РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ

4

5

Б

1

	М
	2
	6
12	Слив
	3
	Нагнетание
	К генератору

7

10

8

11

9

Рис. 4.12. Принципиальная схема установки для ультразвуковой очистки фильтроэлементов:

1 – бак; 2 – ультразвуковой трубчатый излучатель; 3 – промываемый фильтроэлемент; 4 – газовый баллон; 5 – редуктор; 6 – уровнемер; 7 – сигнализатор давления; 8 – двухходовой кран; 9 – подпорные клапаны; 10 – дифманометр; 11 – стендовые бумажные фильтроэлементы (или центрифуги); 12 – переливные клапаны

4.5. Фильтрация рабочей жидкости						239
17			10	9
			Р
А			П
						7(5)
16	3
	12(2)		4
	5				19	7(6)
12(1)
7(7)						18
					20(2)
			7(2)	11	2
	14			8
	7(3)	13	15
				7(4)	7(1)
						20(1)
				6
			1

Рис. 4.13. Схема для ультразвуковой регенерации фильтроэлементов:

1 – бак; 2 – фильтр тонкой очистки; 3 – емкость; 4 – цилиндрический магнострикционный преобразователь; 5 – указатель уровня; 6 – центробежный гидроочиститель; 7(1)–7(7) – вентили с электромагнитным приводом; 8, 14 – предохранительный клапан; 9 – фильтровлагоотделитель; 10, 11, 13 – манометр; 12(1), 12(2) – электронный датчик; 15 – клапан; 16 – баллон; 17 – редуктор; 18 – ультразвуковой генератор; 19 – реле протока воды; 20(1), 20(2) – вентили

Стенд состоит из гидропневмосистемы, шкафа с электроаппаратурой, ультразвукового генератора, баллона с азотом.

В стенде заложены следующие системы: гидравлическая, предназначенная для прокачки изделия моющей жидкостью под давлением; пневматическая, предназначенная для подачи под давлением азота в рабочую полость магнитостриктора; система охлаждения водою блока

240	Глава 4. РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ

магнитостриктора и УЗГ; электрические системы питания и управления работой стенда (рис. 4.14).

1	2	3	4	5	6	7	8
			>50ºC			Перегрузка
	Сеть
			Норма
			<40ºC	–	+
				Скорость
			Нагрев	Вращение		Старт/стоп
		Рис. 4.14. Блок управления:
1 – тумблер «Сеть»;				2 –	кнопка включения нагрева;

3 – сигнальные лампы датчика температуры; 4 – кнопка включения вращения фильтроэлемента; 5 – настройка скорости вращения электродвигателя; 6 – кнопка вклю-

чения	ультразвуковой	обработки;	7 –
индикатор	«Перезагрузка»; 8 – ручка таймера

Гидравлическая система стенда состоит из центробежного гидроочистителя 6 типа СОГ – 904; бака 1; фильтра тонкой очистки 2; вентилей с электромагнитным приводом 7(1) – 7(7); манометров показывающего 11 и электроконтактного 13. Система подачи азота под давлением включает баллон 16 с редуктором 17; фильтровлагоотделителя 9; манометр 10. Система подачи воды для охлаждения состоит из двух вентилей 20(1), 20(2) и реле протока воды 19.

Рабочая (внутренняя) полость цилиндрического магнитострикционного преобразователя 4 с установленным в нем изделием (фильтропакетом) заполняется моющей жидкостью до указанного уровня. Моющая жидкость подается через внутреннюю полость фильтропакета. После заполнения она прокачивается через изделие под давлением 0,25 МПа, которое остается неизменным до окончания очистки. Затем изделие обрабатывается ультразвуком с одновременной прокачкой моющей жидкостью под давлением. В следующий момент изделие обрабатывается под давлением нейтрального газа (азота) без прокачки моющей жидкостью. На последнем этапе изделие вновь обрабатывается ультразвуком с прокачкой моющей жидкостью, после чего прокачка и ультразвук отключаются, моющая жидкость сливается из рабочей