Совершенствование очистителей рабочих жидкостей насосов с использованием гидроэлектрических технологий (стр. 4 )

К числу жидкостей, отличающихся повышенным содержанием механических примесей, относятся также смазывающе-охлаждающие жидкости машиностроительного оборудования в связи с постоянным поступлением стружки, притирочных паст и пыли. Содержание механических примесей в таких жидкостях превышает 1%, а крупность частиц зависит от способа обработки и материала деталей.

Поэтому требования к устройствам для очистки жидкостей в большой мере зависят не только от требований, предъявляемых к используемым жидкостям, но от фактического загрязнения этих жидкостей.

1.3. Требования к чистоте жидкостей используемых в гидромашинах

Требования к чистоте жидкостей связывают обычно с механизмом воздействия частиц загрязнений на жидкость, оборудование, или влиянием их на эффективность процессов, протекающих в жидкости или функции, выполняемые жидкостью.

Например, в системах объемного гидропривода допустимая величина частиц связывается с величиной зазоров в парах трения. Считается, что частицы, соизмеримые с зазором, являются причиной абразивного износа или заклинивания пар трения, а частицы меньшего размера свободно проходят сквозь зазор, не принося никакого вреда. В связи с этим, по рекомендациям ВНИИГидропривода допустимая величина частиц загрязнений прямо связана с размерами зазоров в гидроагрегатах [73]. Опыт эксплуатации гидросистем показал однако, что износ осуществляется частицами, много меньшими, чем размер щели [102, 90]. Эксперименты показали, что для безотказной работы золотников с зазором 7-13 мкм необходима очистка от частиц размером до 3 мкм, для плунжерных пар с зазорами 15-34 мкм гидроустройств автомобилей-самосвалов, морских и речных судов нормируется очистка до 15÷20 мкм [72]. Необходимость удаления частиц меньших размеров, чем зазоры отмечают и зарубежные источники [1]. На практике техническая и экономическая нереализуемость указанных требований заставляет ограничиваться очисткой от более грубых частиц и дифференцировать требования к чистоте в зависимости от условий эксплуатации гидроузлов.

Многие исследователи связывают допустимый уровень загрязненности с давлением жидкости в гидросистеме. В [9] приведены требования одной из зарубежных фирм к чистоте рабочей жидкости в гидросистемах станков: при рабочем давлении 1,3 МПа жидкость должна быть очищена от частиц размером более 80 мкм, при 5 МПа – свыше 60 мкм, при 12,5 МПа – свыше 40 мкм, при 20 МПа – свыше 25 мкм, при 30 МПа – свыше 15 мкм. Другая фирма требует примерно такой же степени очистки: до 10 МПа – 60 мкм, при 10-14 МПа – 30 мкм, свыше 44 МПа из жидкости должны быть удалены частицы более 10 мкм. Подобные требования были определены и в бывшем Советском Союзе. В зависимости от конкретных условий работы требования к тонкости фильтрации дифференцируются: до 6,3 МПа – 63-80 мкм, до 16 МПа – 25 мкм. По рекомендациям ВНИИ Гидропривода: 2,5-6,3 МПа – 15-30 мкм, до 20 МПа – 10-25 мкм [73]. Для гидравлических систем металлорежущих станков: до 1,3 МПа – 80 мкм, до 12,5 МПа – 40 мкм, до 35 МПа – 15 мкм [52]. В последнем случае автор одновременно отмечает, что для всех систем с давлениями свыше 14 МПа наиболее эффективным является удаление механических примесей свыше 10 мкм.

Чистота жидкостей на Украине регламентируется ГОСТ 16217, где с переходом на каждый последующий класс количество частиц во всех размерных диапазона удваивается [102].

Известно, что затраты на фильтрование удваиваются, а в некоторых случаях увеличиваются до 5 раз при переходе к каждому последующему классу чистоты. Это является одной из причин поиска оптимальных требований к чистоте рабочих жидкостей, причем оптимальность эта зависит от условий применения гидравлической системы, требований надежности и безопасности с одной стороны, и характеристиками существующих систем очистки с другой.

В зависимости от места установки фильтра рекомендуется также дифференцировать тонкость очистки: для заливных фильтров - 100-200 мкм, воздушных – 5-40, сливных – 15-100 мкм, на всасывающих магистралях 63-200 мкм, в системах низкого давления 25-63 мкм, высокого 5-20 мкм. В случае использования подпиточных насосов низкого давления для питания дорогостоящих регулируемых насосов поток от насосов низкого давления к основному следует очистить до 10-20 мкм. Однако наилучшие результаты в увеличении долговечности всех элементов гидравлических систем, а также снижении простоев и затрат по обслуживанию машин, оснащенных гидроприводом, дает установка очистителей с абсолютной тонкостью фильтрования в пределах 3-10 мкм. С учетом проблемы грязеемкости и частоты замены фильтроэлементов рекомендуется постоянное фильтрование рабочей жидкости с тонкостью не хуже 25 мкм и лишь для электрогидравлических следящих систем управления – 2-5 мкм. При этом тонкость фильтрования заливочными фильтрами вновь поступающих, т. е. довольно грязных жидкостей, рекомендуется производить на уровне 100-200 мкм. Последняя рекомендация нам представляется особо малообоснованной, поскольку, наряду с ухудшением работы гидроузлов, будет иметь место резкое снижение ресурса рекомендуемых 25 мкм фильтров. Необходимо также стремиться устанавливать фильтры на всасывающих линиях насосов. Фильтры на всасывании обеспечивают защиту всех узлов гидропривода, а также исключают поломки при небрежной эксплуатации из-за случайного попадания в маслобак посторонних предметов и загрязнений. К сожалению, применяемые приемные фильтры, представляющие собой обычные пористые перегородки, обладают характерным для этого типа фильтров недостатком - малой грязеемкостью. В этих условиях, с целью избежания возникновения вакуума на всасывании насоса и, как следствие, кавитации, автором рекомендована довольно грубая характеристика приемного фильтра 63-200 мкм [52]. Компромиссом между этими противоречиями является рекомендация об установке однотипных параллельных фильтров по ветвистой схеме и оборудование их сигнализаторами и байпасными клапанами. Таким образом, автор считает рациональным усложнение конструкции, несмотря на снижение при этом ее надежности, для достижения цели очистки жидкости именно на всасывающей магистрали [52].

Часто предъявляются требования только к процентному содержанию механических примесей в жидкости. Это вызвано несоответствием между высоким уровнем загрязненности жидкости и грязеемкостью существующих средств очистки. Поэтому, к чистоте жидкости выдвигаются явно заниженные требования. Так, по ГОСТ 21046-75 на отработанные нефтепродукты, допустимое содержание механических примесей установлено на уровне 2%. Содержание механических примесей в отходах целлюлозно-бумажного производства за рубежом устанавливается на уровне 0,3%, в тоже время в бывшем СССР этот показатель был заметно выше [93].

Низкая грязеемкость существующих фильтров оказывает также влияние на существующие рекомендации по степени очистки жидкости в сторону ее ухудшения практически во всех отраслях промышленности. Например, отмечая особую важность тонкой очистки рабочих жидкостей авиационных гидросистем, рекомендуется устанавливать на всасывающих магистралях фильтры грубой очистки с тонкостью фильтрации до 100 мкм [11]. При этом учитывают, что наибольший износ зубчатых колес редукторов и изнашивание шлицевых соединений наблюдается при размере абразивных частиц загрязнений от 15 до 35 мкм [12]. Однако предлагаемые требования к чистоте смазочных масел значительно ниже этого показателя. Фактически состояние рассмотренных жидкостей, например, в угольной промышленности, еще хуже [97].

Среди различных методов очистки деталей, узлов, агрегатов и систем во время эксплуатации наиболее эффективными являются методы очистки в жидкой среде или с использованием движущейся моющей жидкости [12, 95, 108]. Во внутренних полостях, собранных на заводах гидроагрегатов и гидросистем, содержится большое количество технологических загрязнений, представляющих собой волокна ветоши, остатки притирочных паст, стружку, частицы краски, атмосферную пыль и т. д. По рекомендациям зарубежных специалистов гидросистема, где планируется использование в эксплуатации фильтра с тонкостью очистки 10 мкм, должна быть отмыта с помощью фильтра с тонкостью очистки 3 мкм [106]. Такого же класса жидкость должна быть в нее заправлена, при этом фильтры тонкой очистки предполагается защищать более грубыми (10-25 мкм) фильтрами с целью повышения ресурса рабочих фильтров с тонкостью очистки 3 мкм. Таким образом, проблема повышения тонкости очистки эффективно действующими фильтрами и, одновременно, их грязеемкости, остается актуальной.

При подготовке воды для коммунального и промышленного снабжения в подавляющем большинстве случаев используются зернистые фильтры, основным элементом которых является фильтрующая загрузка. Объем водоснабжения неуклонно возрастает и, одновременно ужесточаются требования к качеству очистки. При этом, при обработке воды с предварительной очисткой до 20-40 мкм фильтроцикл зернистых фильтров возрастает в три раза [55]. Это происходит в условиях истощения освоенных региональных месторождений кварцевого песка [7]. В связи с этим в стране возрастает также острота проблемы изыскания эффективных и промышленно допустимых фильтрующих материалов, эффективных методов их регенерации и защиты.

Таким образом, существующие требования к фильтрующим устройствам для очистки жидкостей являются заниженными по причине недостатков существующих систем очистки.

Выходом из создавшегося положения является создание более совершенных и грязеемких систем очистки. Решать данную задачу целесообразно исходя из представления о наличии, с учетом перспективы создания таких систем, двух диапазонов требований к чистоте жидкостей в пределах всей промышленности, а следовательно, очистных устройств, в которых ощущается острая необходимость:

- устройства, обеспечивающие чистоту жидкостей в пределах 10-30 мкм, предназначенные для прямого обслуживания жидкостей и машин, или для защиты фильтров тонкой очистки с тонкостью фильтрации выше 10 мкм;

- устройства, обеспечивающие тонкость фильтрации выше 10 мкм.

Уже указывалось, что определение механических примесей от жидкости может проходить либо механическим образом с помощью пористых перегородок (в этом случае прогресс называется «фильтрованием») либо с помощью слоя мелкого материала (песок, гравий, щебень, активированный уголь и др.). В последнем случае процесс называется фильтрацией. Уствойства, обеспечивающие механическое отделение загрязненных частиц, называются фильтрами.