Технические характеристики бортовых фильтров и контроль их работоспособности

Фильтры применяются в бортовых системах для тщательной очистки рабочей
жидкости (топлива, смазки, гидромасла) от твердых механических частиц. Качество работы фильтров влияет на интенсивность износа и работоспособность
элементов систем.

Фильтры подразделяют на фильтры грубой и тонкой очистки и силовые очистители.

Фильтры грубой очистки. К фильтрам грубой очистки, способным удерживать частицы размером более 12—16 мкм, относят:

- щелевые фильтры с тонкостью очистки 70—100 мкм;

- проволочные фильтры (40—200 мкм);

- фильтры с элементами из стеклоткани (30—120 мкм);

- фильтры с элементами из металлических сеток (15—20 мкм).

Фильтры грубой очистки предохраняют устройства и задерживают крупные
частицы, случайно попавшие в систему.

Фильтры тонкой очистки. Фильтры тонкой очистки способны удерживать частицы размером 10—12 мкм. В качестве фильтрующих элементов применяются:

- спекшаяся металлическая сетка, изготовленная путем наматывания бронзовых и стальных сеток с тонкостью очистки до 3 мкм;

- бумага в виде гофрированных цилиндров (10 мкм);

- ткани, натягиваемые в несколько слоев на металлический каркас (10мкм);

- высокосортный фетр (10 мкм);

- металлокерамика в виде спекшихся гранул (2.5 мкм и менее);

- керамика в виде цилиндров с толщиной стенок 3 мм (2 мкм);

- волокнистые прессованные материалы к пластмассы с высокопористой структурой (1—2 мкм).

Вместе с улучшением очистки возрастает внутреннее гидравлическое сопротивление фильтров, что препятствует их применению на линиях всасывания, где они имели бы наибольший эффект.

Силовые очистители. К силовым очистителям относят:

- магнитные очистители, хорошо задерживающие частицы из ферромагнитных материалов (продукты износа деталей). В таких очистителях применяются как постоянные, так и электрические магниты;

- электростатические очистители, задерживающие твердые частицы используя их электризацию вследствие трения о жидкость. Заряженные частицы притягиваются к противоположно заряженным электродам. Зазоры между электродами не превышают 0.1 мм;

- высокочастотные очистители, которые очищают нефтепродукты от воды и солей, благодаря коагуляции (свертыванию) примесей в поле тока высокой частоты;

- отстойники, в которых очистка от взвешенных частиц происходит за счет действия сил гравитационного поля;

- центробежные очистители, где примеси отделяются под действием центробежных сил, возникающих при быстром вращении жидкости. Они более эффективны в случае значительной разницы в плотностях жидкости и загрязнений;

- вибрационные очистители, отделяющие примеси путем их коагуляции с последующим осаждением.

Силовые очистители обеспечивают высокую тонкость очистки (менее 5 мкм).

Просты в уходе, имеют длительный ресурс, свободны от опасности забивки отдельными механическими примесями.

По способу удержания загрязняющих примесе й различают фильтры поверхностные и объемные. В поверхностных фильтрах частицы загрязнителя удерживаются на поверхности фильтрующего элемента, в качестве которого используются различные сетки, ткани, бумаги. Эти фильтры удерживают только те частицы, размеры которых больше размеров поровых каналов материала фильтроэлемента. Объемные фильтры удерживают частицы загрязнителя не только на поверхности, но и в толще фильтрующего материала — фетра, войлока, металлокерамики, картона, пластмассы и т. д. Эти фильтрующие материалы имеют множество поровых каналов различных размеров, поэтому могут удерживать частицы загрязнителя широкого дисперсного состава.

В зависимости от минимального размера d частиц загрязнителя, улавливаемых фильтрующим элементом, различают фильтры грубой (d > 0,1 мм), нормальной (d > 0,01 мм), тонкой (d > 0,005 мм) и особо тонкой (d > 0,001 мм) очистки. Тонкость очистки обусловлена типом материала фильтрующего элемента. Например, для фильтров грубой очистки фильтрующий элемент изготовляют из проволоки; для фильтров нормальной очистки — из войлока и фетра; для фильтров тонкой очистки — из материалов, полученных на основе металлокерамических сплавов.

Применяют две схемы установки фильтров — последовательную и параллельную. При последовательной схеме включения фильтра в гидросистему фильтруется вся жидкость, проходящая по трубопроводам, при параллельной схеме через фильтр проходит только часть жидкости, остальная жидкость остается неочищенной. Последовательная схема требует использования фильтров больших размеров, что повышает стоимость и массу установки.

Устанавливать фильтр можно, в принципе, во всасывающей линии, в напорной или сливной. Установка фильтра во всасывающей линии наилучшим образом защищает насос от примесей, загрязняющих масло гидросистемы. Однако при этом увеличивается сопротивление всасывающей линии, растет опасность возникновения кавитации на входе в насос. В связи с этим на всасывающей линии рационально устанавливать фильтры грубой очистки.

Установка фильтра в напорной линии (обычно перед распределителем) предохраняет от загрязнений распределительные устройства, удерживает загрязняющие частицы, появившиеся в жидкости как продукты износа насоса и других агрегатов гидросистемы. Однако фильтр находится под давлением и должен быть повышенной прочности и больших размеров.

Установка фильтра в сливном трубопроводе (кроме трубопровода за предохранительным клапаном) позволяет очищать масло гидросистемы от всех загрязняющих частиц. В этом случае фильтр работает под воздействием небольших давлений и не влияет на сопротивление всасывающей линии. При таком способе установки фильтра рационально иметь также специальный фильтр перед распределительными и регулирующими устройствами.

Для предохранения фильтроэлемента от больших перепадов давлений в случае его засорения во многих конструкциях фильтров предусматривают предохранительные клапаны, пропускающие жидкость через фильтр, минуя фильтроэлемент.

Наиболее распространенные фильтры грубой очистки — сетчатые и пластинчатые.

Основные элементы поверхностного фильтра — головка, стакан, бумажный фильтроэлемент. В верхней части головки находится предохранительный клапан со своей пружиной. Ход клапана ограничивается упором.

Толщина фильтрующего материала поверхностных фильтров невелика. В качестве материала применяют ткани и фильтрующую бумагу. Для жесткости фильтроэлемента используют металлические каркасы в виде проволочной сетки, а для увеличения эффективной поверхности фильтрования бумагу или ткань делают гофрированной. К торцам каркаса могут быть приклеены фланцы из пластмассы, внутрь каркаса устанавливают каркасную пружину.

Имеются также комбинированные фильтры, состоящие из поверхностного фильтра тонкой очистки и фильтра грубой очистки. Последний очищает жидкость тогда, когда фильтр тонкой очистки засорен. Загрязненная жидкость проходит в этом случае через предохранительный клапан и фильтр грубой очистки.

Объемные фильтры по конструктивному исполнению ничем не отличаются от поверхностных. Особое место среди объемных занимают металлокерамические фильтры. В зависимости от свойств фильтруемой жидкости и требуемой тонкости очистки для изготовления металлокерамических фильтроэлементов используют порошки бронзы, углеродистой стали, титана, вольфрама и т. д. Порошок берут обычно в виде зерен шарообразной формы. Если предположить, что зерна одинаковы и имеют диаметр D, то размер d частиц загрязнителя, удерживаемых фильтром, в первом приближении находят с помощью отношения d = 0,1D. Так как величина d определяет тонкость фильтрации, то для изготовления фильтроэлемента с заданной тонкостью необходимо иметь исходный порошок однородного гранулометрического состава. Поэтому, изготовляя фильтроэлемент, прессуют порошок в пресс-формах под давлением р = 50…400 МПа, спекая его в дальнейшем в нагревательной печи или пропуская через него электрический ток.

Жидкость в металлокерамических фильтрах очищается, протекая по узким, извилистым и длинным каналам между шариками. Трудность изготовления металлокерамических фильтров заключается в обеспечении одинакового размера пор между спекаемыми шариками.

Для улавливания механических загрязняющих частиц служат магнитные или магнитно-сетчатые фильтры. К крышке магнитно-сетчатого фильтра прикрепляют два стакана. В одном из них находится фильтрующий пакет из сетчатых дисков, в другом — магнитный фильтрующий элемент. Сетчатый фильтрующий пакет состоит из трубки, на которой укреплены сетчатые фильтроэлементы. Последние имеют чечевицеобразную форму и изготовляются из штампованных перфорированных дисков с сеткой, натянутой на выпуклой стороне и завальцованной по периметру диска. При завинчивании трубки в крышку диски прижимают друг к другу так, чтобы исключалась течь масла по поверхностям прижима. Магнитный уловитель — это набор зубчатых плоских магнитов, насаженных на ось. Один конец оси вворачивают в крышку, на другом конце находится гайка, с помощью которой пакет сжимают. Между магнитами прокладывают разделительные шайбы.

Загрязненное масло поступает в стакан с сетчатым фильтром. Проходя через сетки, масло очищается от механических примесей, затем через пазы в трубке проходит по каналам в крышке в стакан с магнитным уловителем. Омывая постоянные магниты, масло очищается от ферромагнитных частиц и через выходное отверстие поступает в систему.

Засорение фильтрующих элементов. В эксплуатации характеристики фильтров ухушаются, падает пропускная способность фильтрующих элементов из-за загрязнения пор, ухудшается тонкость очистки в результате прохода части жидкости
через перепускные клапаны вследствие увеличения перепада давлений на фильтре или потери герметичности; жидкость загрязняется продуктами разрушения фильтрующих элементов (эрозии, коррозии). Увеличение перепада давлений загрязненного фильтра может привести к его деформациям и разрушению.

Восстановление фильтрующих свойств фильтров. Для восстановления свойств фильтрующих элементов применяются:

- замена загрязненных элементов на новые (это выгодно в случае дешевых
фильтрующих элементов или при невозможности восстановления их работоспособности);

- смывание загрязнений с поверхности элемента потоком чистой жидкости, направленной по касательной, чтобы не забивать поры, с последующим обдувом сжатым воздухом под небольшим давлением;

- пропускание через фильтр жидкости, химических растворителей или сжатого воздуха в направлении, обратном потоку фильтрации,

- удаление осадка вибрационным способом или с помощью ультразвука;
прокаливание фильтрующего элемента в струе горячего газа.
Наибольшее применение находят гидромеханические способы очистки фильтрующих элементов с применением растворителей (бензина, ацетона, спирта) в сочетании с ультразвуком.

Некоторые фильтрующие элементы после ряда очисток ухудшают свои свойства. Так, металлокерамические фильтры после третьей очистки теряют 15—20%
от начальной пропускной способности, а бумажные — до 50%.

Проверка фильтров. При уходе за фильтрами проверяется их герметичность
и регулировка перепускных клапанов на специальных установках, позволяющих
создавать и измерять рабочее давление в момент открытия перепускного клапана.
Негерметичность корпуса и штуцеров фильтра в виде отпотеваний не допускается.
Очищенные фильтрующие элементы проверяют на целостность путем осмотра
с применением лупы, измеряют скорость фильтрации и гидравлическое сопротивление. сравнивают их с ТУ.