Совершенствование очистителей рабочих жидкостей насосов с использованием гидроэлектрических технологий (стр. 5 )

С этой точки зрения выражение «центробежный фильтр», «магнитный фильтр» и другие, где отсутствует механическая очистка, являются, строго говоря, некорректными, и лучше, по-нашему мнению, употреблять обобщающее слово «очиститель».

Именно такой терминологии мы пытались придерживаться в настоящей работе.

1.4. Методы и устройства очистки жидкостей

Проблема достижения высокой степени очистки жидкостей принципиально решена промышленностью постсоветских стран, в том числе Украины. В настоящее время выпускаются механические фильтры тонкой очистки, позволяющие достичь тонкости фильтрации в 5,2 и даже 0,5 мкм. Аналогично зарубежные фирмы “Отамотив продактс”, “Бритиш фильтерс” (Великобритания) выпускают фильтрующие элементы (бумажные, войлочные и сетчатые) с тонкостью фильтрования 2,5, 10 и 25 мкм. Для очистки масла в переносных агрегатах фирма “Филтерпак” (Великобритания) выпускает фильтры тонкостью очистки 0,5-10 мкм. Насос в переносном агрегате оборудуется предохранительным фильтром. Аналогичные устройства производятся фирмами “Фэйри” (Нидерланды), “Фосетт”, “Амцель Лим”, “Милипор” (США), “Сеатфил” (Италия) и другие.

В выпускаемых фильтрах последующей регенерации поддаются только сетчатые фильтроэлементы, имеющие тонкость очистки не выше 25 мкм, а войлочные и бумажные не регенерируются. Регенерация осуществляется ультразвуком и промывкой в растворителях, т. е. предполагается наличие дополнительного персонала, оборудования, повышение трудозатрат, энергозатрат и расхода моющих средств. В случае применения оборотной схемы промывки, моющие растворы нуждаются в тонкой очистке для повторного их использования.

Фильтроэлементы с тонкостью фильтрования выше (15÷25) мкм выпускаются только одноразового использования, при этом следует учесть, что для изготовления фильтроэлементов с высокой тонкостью фильтрования применяются специальные технологии и материалы. Для увеличения прочности бумаги она армируется сеткой, пропитывается специальным составом, между гофрами размещают нейлоновые или даже металлические нити. Фильтроэлементы изготавливают также из органических волокон, армированных с обеих сторон полипропиленовой сеткой.

Фирма “Амцель Лим” производит фильтрующие элементы “Гит-рекс” из плавленых полипропиленовых волокон с увеличивающейся плотностью по толщине. В паспорте указывается, что такие фильтроэлементы обладают стойкостью к повышенным перепадам давления. Однако, специалисты фирмы при установлении рабочих параметров фильтра отдают предпочтение увеличению поверхности фильтрования, вместе с тем массы и габаритных размеров фильтра перед повышением, перепада давления.

Фирмы “Миллипор” и “Cеатфил” применяют для изготовления пористых перегородок волокна из смешенных эфиров ацетилцеллюлозы, нитрата целлюлозы, поливинилхрорида, фторопласта, нейлона, полиэфирные, полипропиленовые, поливинилдепрофторидные (ПВДФ). Некоторые фирмы (Паркер Ханнифин, Филлип Илька) для достижения требуемых эффектов при изготовлении фильтроэлементов применяют сложные многослойные материалы. Результатом этих новых технологий является достижение высокой тонкости фильтрации, однако, это происходит за счет неизбежного ухудшения других характеристик. Уменьшение размеров пор фильтрующих перегородок является основным способом повышения тонкости фильтрации механических фильтров, но при этом проявляется ряд других характерных недостатков. К их числу относится неизменный рост перепада давлений с уменьшением размеров пор, что предъявляет повышенные требования к стойкости элементов против разрушения и снижает возможность применения таких элементов на всасывающих магистралях. Отмечается наличие потерь до 3% легирующих присадок при использовании фильтров тонкой очистки [82].

Наиболее серьезным недостатком является низкая грязеемкость механических фильтров тонкой очистки. Это не позволяет обеспечить безостановочную работу в течение межремонтного срока. Известно, что по мере снижения максимального размера пропускаемой фильтром частицы, общая площадь очищающей поверхности при сохранения площади ячеек растет в квадратичной зависимости и еще быстрее снижается срок службы элемента [106,82]. Пропорционально второй степени растут затраты на обеспечение чистоты жидкости [52, 106]. Опыт эксплуатации механизмов подачи комбайнов и гидравлических лебедок с аксиально-поршневыми гидроузлами показал, что для поддержания требуемой чистоты жидкости необходимо в течение межремонтного срока заменить на одном фильтре более 100 фильтроэлементов. Испытания комбайнов РКУ-13 и РКУ-10 на шахте №3 “Великомостовская” объединения Укрзападуголь показали непригодность фильтров тонкой очистки “Реготмас” 600-1-019 при применении их в системах с особо загрязненными жидкостями. Осмотр фильтроэлементов после их работы в течение 20 минут показал, что фильтрующая поверхность покрыта слоем грязи, и в местах изгиба гофров отчетливо видны образовавшиеся отверстия диаметром (1÷3) мм [112]. Засорение фильтроэлемента с более высокой прочностью приводит к открытию переливного клапана фильтра, в систему поступает загрязненная жидкость, что приводит к быстрому износу гидросистем. По данным ВВС Великобритании, где чистоте рабочих жидкостей уделяется большое внимание, 80% всего времени жидкость поступает в систему через байпасные клапаны фильтра [1].

Совокупность недостатков, присущих механической очистке жидкостей, определяют область применения этих фильтров – это специально подготовленные жидкости и системы, изолированные от внешнего влияния, благодаря чему фильтрам необходимо улавливать только продукты изнашивания. При этом подготовка системы заключается в:

-технологической промывке деталей и систем в целом;

-заливке жидкости, очищенной до тонкости, превышающей тонкость очистки фильтра, находящегося в системе;

-установке надежных уплотнений и дыхательных устройств.

Эксперименты, проведенные специалистами SEA, показали, что при очистке гидросистемы карьерных экскаваторов с помощью 3 мкм фильтров с последующей установкой 10 мкм фильтров срок службы 10 мкм фильтров увеличился в 10 раз [106].

Высокая степень загрязненности окружающей среды, отсутствие надежных способов герметизации емкостей для рабочих жидкостей и в тоже время высокие требования к чистоте рабочих жидкостей, особенно при высоких рабочих давлениях в системах, потребовала поиска принципиально новых путей очистки рабочих жидкостей от механических примесей.

Суть предложенной проф. гидродинамической очистки заключается в создании относительного движения фильтрующей поверхности и частицы в направлении, перпендикулярном направлению потока жидкости через ячейки в фильтрующем элементе (рис.1.1) [114].

Рис.1.1. Схема гидродинамической очистки.

При определенных соотношениях величины поперечной и продольной составляющих относительной скорости частицы и фильтрующей поверхности достигается очистка жидкости от частиц механических примесей значительно меньших, чем размеры ячеек в свету. Исключается засорение этих ячеек крупными частицами, а, следовательно, обеспечиваются меньший перепад давлений на фильтрующем элементе, неизменность параметров при очистке в эксплуатации и непрерывная самогенерация. Схематично, все конструктивные варианты реализации гидродинамической очистки можно представить в виде фильтра с неподвижным фильтроэлементом, с вращающимся фильтоэлементом и с колеблющимся фильтроэлементом.

В первом случае (рис.1.2) разделение частиц по крупности перед ячейками осуществляется за счет потока вдоль фильтроэлемента, что требует сброса части жидкости из системы (неполнопоточные фильтры). Загрязненная жидкость расходом Q поступает через отверстие А; часть жидкости Q1 проходит через фильтроэлементы В, очищается и через отверстие С поступает в гидравлическую систему, остаток жидкости Q2 сливается через отверстие D и через регулируемый дроссель Е, позволяющий изменить соотношение между очищенным потоком, и потоком обогащенным крупными частицами из загрязненной жидкости, и сбрасываемым через дроссельное отверстие в емкость.

Рис.1.2. Схема фильтра гидродинамического с неподвижным фильтроэлементом.

Продольная скорость поддерживается постоянной за счет уменьшения зазора между корпусом G и фильтроэлементом В по длине L.

Во втором случае (рис.1.3) продольный поток вдоль фильтроэлемента осуществляется его вращением (полнопоточные фильтры).

Рис.1.3. Схема фильтра гидродинамического с вращающимся фильтроэлементом.

Загрязненная жидкость поступает через отверстие 5 в корпус 1, в котором на подшипниках 2 и 3 вращается фильтроэлемент 4, очищается и поступает в гидравлическую систему по полому валу 6. Отфильтрованные частицы коагулируют и под действие седиментации или с помощью электростатических пластин 7 осаждаются в бункере и периодически удаляются через вентиль 8.

В третьем случае продольный поток жидкости вдоль фильтроэлемента осуществляется за счет его возвратно-поступательного движения, что позволяет ускорить седиментацию крупных частиц в сторону собирающих их бункера. На рис.1.4 показана схема одного их таких фильтров для взрывоопасных жидкостей, не допускающих контакта с воздухом.

Рис.1.4. Схема фильтра гидродинамического с колеблющимся фильтроэлементом.

Неочищенная жидкость подается через патрубки 2 в корпусе 1, очищается фильтроэлементом, а фильтрат выводится через патрубок 3. В процессе работы камера 5 через штуцер 9 поочередно соединяется то с магистралью сжатого воздуха, то с атмосферой, придавая фильтроэлементу закрепленному на гибких диафрагмах 7 и 8, колебательное движение.

Каждая из указанных выше принципиальных схем имеет свои преимущества и области применения.

Разработанна теория гидродинамической очистки для фильтров с неподвижным, вращающимся и колеблющимся фильтроэлементом [102, 96]. Если для неподвижного фильтроэлемента вектор скорости частицы, двигающейся в направлении фильтрующей поверхности, можно рассматривать как векторную сумму скоростей потоков через большое число отверстий в фильтроэлементе и скорости продольного потока, также зависящего от положения частицы в пространстве, то для вращающего фильтроэлемента учитывается дополнительный эффект, возникающий за счет отбрасывания частиц центробежными силами, а для колеблющегося фильтрующего элемента учитывается неравномерность скорости продольного потока, инерционность частиц и необходимость оптимизации движения частиц по направлению к бункеру.