Инновационные решения в технологиях и механизации сельскохозяйственного производства (стр. 14 )

УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия»

г. Горки, Республика Беларусь

В большинстве современных машин используются гидравлические системы, которые отличаются быстротой реакции на командные сигналы, а детали сборочных единиц выполнены с высокой точностью изготовления. При работе масла насыщаются различными механическими примесями и водой. Анализ отказов и нарушений работы гидравлических систем по данным фирм Vickers, Parker, Bosch, Rexroth, Hydac [1], специализирующихся на изготовлении гидравлического оборудования, показывает, что более 80 % их происходит из-за недопустимого загрязнения рабочей жидкости.

В нефтяных маслах влага может существовать в разных видах. Некоторое количество влаги растворено в масле, причем предельная растворимость воды в масле значительно меняется в зависимости от внешних условий. Остальная влага первоначально находится в масле в состоянии эмульсии, дисперсность и стабильность которой зависят от физико-химических свойств масла. Эмульгированная вода может частично переходить в растворенную и обратно при изменении температуры и давления. С течением времени часть эмульгированной влаги может отстояться и образовать отложения в резервуарах, масляных баках. Кроме того, вода может быть в масле в химически связанном состоянии, т. е. вступать в реакции гидратации с компонентами масла. При недостаточной гидролитической стабильности масла вода может вступать с ним в иные реакции, сопровождающиеся образованием кислот, щелочей и других веществ, способных существенно ухудшать свойства масла.

Под действием воды ухудшаются смазывающие свойства масла (особенно у масел, содержащих присадки). При образовании стабильной водомасляной эмульсии микрокапли воды в смазывающем слое масла отрицательно влияют на процесс смазки. Ухудшение смазки повышает износ смазываемых сопряжений. Проведенные исследования [2] показали, что при добавлении в масла с присадками до 3 % (масс.) воды их эксплуатационные показатели резко ухудшились, в то время как у масел без присадок такое ухудшение наблюдалось в значительно меньшей степени.

Наличие воды в рабочих жидкостях гидравлических систем может привести к образованию трудноразрушаемой эмульсии, стабильность которой особенно повышается в присутствии поверхностно-активных веществ (присадок и продуктов окисления углеводородов). Присутствие в гидравлической системе водомасляной эмульсии приводит к различным неполадкам в работе системы. Адсорбируя на поверхности микрокапель воды, вязкие загрязнения органического происхождения и эмульсии образуют шлам, забивающий фильтры и регулирующую аппаратуру. Вследствие изменения вязкости и плотности водомасляной эмульсии по сравнению с исходной рабочей жидкостью нарушаются сроки срабатывания отдельных агрегатов гидравлической системы, что приводит к рассогласованию ее работы. Обводненная рабочая жидкость значительно хуже осуществляет смазку трущихся поверхностей сопряженных деталей гидравлической системы. В результате гидролиза рабочей жидкости в ней могут образоваться нерастворимые продукты, отлагающиеся затем на деталях системы, что приводит к забиванию фильтрующих элементов, а также других элементов масляных систем.

Масла, содержащие различные механические примеси и воду, не способны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям (вязкость, совместимость, чистота, стабильность сдвига, антиокислительная способность, малое пенообразование и др.) и должны пройти очистку или заменены свежими маслами.

Для удаления влаги из масел применяются разнообразные технологические операции, основанные на физических, физико-химических и химических процессах. Соблюдается следующая последовательность методов очистки: механический, для удаления из масла свободной воды и твердых загрязнений; теплофизический (выпаривание, вакуумная перегонка); физико-химический (коагуляция, адсорбция).

Физические методы позволяют удалить из масел твердые частицы, микрокапли воды и другие загрязнения. К физическим методам относятся: гравитационная очистка, отгонка, фильтрация, центробежная очистка.

Гравитационная очистка является одним из наиболее простых физических способов очистки масел. Она осуществляется в результате выпадения из масла взвешенных твердых частиц загрязнений и микро - капель воды под действием силы тяжести. Такой процесс получил название отстаивания (седиментации). В общем случае скорость осаждения частиц зависит от высоты столба масла, размера частиц, отношения плотностей и вязкости осаждаемых частиц и масла. Увеличение температуры масла повышает скорость осаждения частиц, однако верхним пределом повышения температуры является 90 °С.

Отгонка предназначена для удаления из масла влаги, остатков горючего. Влагу выпаривают при атмосферном давлении или в вакууме, а также удаляют при продувании масел горячим воздухом или инертным газом. Во избежание вспенивания и окисления масло нагревают до 80...90 °С при частичном вакууме (240 ГПа). Отгон основан на разности температур кипения воды и масла. При нагревании отработанного масла в первую очередь из него испаряется вода, так как температура кипения ее значительно ниже температуры кипения масла. Основным недостатком этого метода является большая продолжительность процесса оседания частиц до полной очистки.

Фильтрация – процесс удаления частиц воды путем пропускания масла через перегородки фильтров. Хороших результатов по обезвоживанию достигают фильтрацией влажного масла через бумажный фильтр, заполненный кусочками фильтровальной бумаги [3].

Центробежная очистка осуществляется с помощью центрифуг и сепараторов и является наиболее эффективным и высокопроизводительным методом удаления механических примесей и воды. Применение центрифуг обеспечивает очистку масел от механических примесей до 0,005 % по массе, что соответствует 13-му классу чистоты по ГОСТ 17216–2001 и обезвоживание до 0,6 % по массе [4].

Очистка масла в расходной центрифуге с его предварительным подогревом. Вода, содержащаяся в масле, удаляется в виде паровоздушной смеси из зоны гидрореактивного привода ротора за счет рационально спроектированной вентиляции масляного бака и внутренней полости корпуса центрифуги. Для достижения более высокой степени очистки масла от загрязнений предусмотрена работа установки с использованием разделяющего агента – карбамида [4].

Очистка масла с помощью фильтров-сепараторов. Фильтры-сепараторы для масел удаляют из них наряду с твердыми частицами и микрокапли воды. Фильтры-сепараторы широко используются на промышленных установках.

Физико-химические методы нашли широкое применение, к ним относятся адсорбция и коагуляция.

Адсорбционная очистка отработанных масел заключается в использовании способности веществ, служащих адсорбентами, удерживать частицы воды на наружной поверхности гранул и на внутренней поверхности капилляров. В качестве адсорбентов применяют вещества природного происхождения (отбеливающие глины, бокситы, природные цеолиты) и полученные искусственным путем (силикагель, окись алюминия, алюмосиликатные соединения).

Коагуляция заключается в укрупнении и выпадении в осадок асфальтосмолистых веществ и воды, находящихся в масле в мелкодисперсном состоянии, близком к коллоидному. В качестве коагулянтов используют неорганические и органические электролиты, поверхностно-активные вещества, не являющиеся электролитами, коллоидные растворы поверхностно-активных веществ и гидрофильные высокомолекулярные соединения.

К химическим методам очистки относятся кислотная и щелочная очистки, восстановление масел гидридами металлов. Применение этих методов позволяет удалить из масел асфальтосмолистые, кислые, некоторые гетероорганические соединения, а также воду.

Восстановление масел гидридами металлов заключается в обработке отработанных масел соединениями кальция, алюминия, лития. При этом из масел удаляется не только вода, но и карбоновые кислоты. Однако реагенты довольно дороги, кроме того, масло требует очистки от твердых продуктов реакции, а выделяющиеся в результате реакции газообразные вещества приходится нейтрализовать.

К другим способам обезвоживания масла можно отнести приведенные ниже.

Обезвоживание масла путем воздействия на них сдвиговых напряжений. Осуществляется предлагаемый способ следующим образом: масло нагревают до температуры 70–80 ºC, затем нагретое масло многократно прокачивают трехвинтовым насосом в течение времени, необходимого для получения заданного минимального содержания воды в масле. В процессе прокачки масла трехвинтовым насосом оно подвергается воздействию сдвиговых напряжений, приводящих к разрушению надмолекулярных структур обводненного масла, освобождению связанной воды, которая затем удаляется путем испарения [4].

В электростатических очистителях очистка жидкости осуществляется силами электростатического поля, в котором частицы, заряженные трением о жидкость, притягиваются к противоположно заряженным электродам, расположенным на небольшом расстоянии один от другого. Очищаемая жидкость пропускается в зазор между электродами. К электродам подводится извне постоянный потенциал.

В последнее время находит применение процесс обезвоживания масел нагревом СВЧ. Главным отличием от других является объемность и практическая безинерционность тепловыделения. Отсюда высокая точность регулировки процесса нагрева и его воспроизводимость. При взаимодействии поля с веществом нагреваемого объекта происходит объемное выделение тепловой энергии. Поэтому по сравнению с традиционными способами нагрева, где происходит нагрев поверхности тела, при СВЧ нагреве можно добиться более интенсивного нарастания температуры при большей равномерности тепловыделения в объеме.

Теоретически такая обработка должна приводить к более эффективному разделению водомасляной эмульсии на ее составляющие компоненты (масло, вода) [5].

Дальнейшей задачей является разработка установки и исследование процесса обезвоживания масел при наименьших затратах энергии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Корбачевский, А. Загрязнения в рабочей жидкости и их влияние на износ оборудования / А. Корбачевский, . – HydacInternetional, 2001.

2. Ащеулов, надежных гидрофицированных машин: учеб. пособие / , . –.С. М.: Современное машиностроение, 2006.