Кондиціонери робочої рідини і гідро ємкості.

Кондиціонери робочої рідини - це апарати, призначені для підтримки визначених фізичних властивостей рідини і її температурного режиму під час роботи гідропривода.

Серед фізичних властивостей робочої рідини важливою її характеристикою є забруднення. Забруднення рідин різними домішками в процесі транспортування й експлуатації є об'єктивним процесом і знижує надійність і термін служби гідроагрегатів. На всіх етапах використання робочих рідин прагнуть забезпечити їх очищення. Вплив якості очищення (фільтрації") рідин на роботу гідроагрегатів настільки великий, що термін служби гідромашин і гідроагрегатів може бути збільшений чи знижений у залежності від якості очищення рідин у декілька (до десятка) разів.

Фільтром називають пристрій, в якому рідина піддається очищенню від твердих і в'язких забруднюючих домішок, що потрапляють у гідросистему.

Відділення від рідин твердих забруднюючих домішок здійснюють механічним чи силовим методом. У першому випадку фільтрація здійснюється із застосуванням різних щілинних і пористих фільтрувальних елементів (матеріалів), а в другому - застосуванням силових полів: магнітного, електричного, відцентрового та ін.

У гідроприводах застосовують переважно перший метод очищення, при якому від рідини при її проході через фільтрувальний елемент відокремлюються частки внаслідок розходження розмірів цих часток і прохідних капілярних каналів фільтрованого матеріалу.

У гідроприводах сільськогосподарських машин найбільше поширення одержали фільтроелементи з латунної сітки. В основному застосовують сітки з такими параметрами: 0,046; 0,06; 0,071; 0,09; 0,1; 0,15. Номер сітки одночасно вказує розмір сторони вічка у світлі в міліметрах.

Фільтруючі якості таких сіток (тонкість фільтрації і витрата рідини) характеризуються розміром вічка у світлі і щільністю чи площею живого (прохідного) перерізу вічок в одиниці площі поверхні.

Останній параметр виражають через коефіцієнт живого перерізу b, що представляє собою відношення площі прохідних вічок S ₀ до загальної площі сітки:

b =            (3.74)

де d - діаметр дроту сітки; а - розмір сторони вічка у світлі.

Зменшення за всіх інших однакових умов величини вічка супроводжується зменшенням коефіцієнта живого перерізу сітки, і, як наслідок, збільшенням гідравлічного опору фільтра.

Для захисту фільтра від ушкодження при засміченні чи пуску насоса в умовах низької температури в ньому чи в паралельній йому гідролінії встановлюють запобіжний (перепускний) клапан, відрегульований на тиск фільтра p _{пер кл} ≥ 2 р _ф, але вище 0,5 МПа.

Тонкість фільтрації залежить від розміру вічка сітки у світлі, мінімальне значення якого для сіток простого переплетення дорівнює 0,08-0,1 мм.

Пористі фільтри поділяють на поверхневі (фільтроелемент з паперу, картону, рідше - тканини) і глибинні (фільтроелемент з пористої пластмаси).

Глибинні фільтри - це фільтри, в яких рідина проходить через товщу пористого матеріалу (наповнювача). Фільтри цього типу, кожен капіляр якого має велику кількість послідовно розташованих пор, можна порівняти за ефективністю фільтрування з багатошаровими фільтрами поверхневого типу з тією ж довжиною капілярів і кількістю пор у них. Тому що домішки затримуються в цих фільтрах в основному в порах товщі матеріалу. Ці фільтри при однаковому забрудненні рідини мають у порівнянні з поверхневими фільтрами вищу ємність і більший термін служби.

Широко поширені фільтри глибинного типу з наповнювачем з пористих металів і кераміки, одержувані шляхом спікання сферичних і несферичних порошків.

Розмір пор у такому матеріалі дорівнює d = 0,1 D, де D – діаметр зерна (шарика) вихідного порошку.

Цілком можливо отримувати мінімальний розмір сфери металевого порошку приблизно 5 мкм, що відповідає умовному діаметру d пор елемента 0,5 мкм.

Цей умовний діаметр пори і визначає номінальну тонкість очищення рідини глибинним фільтром.

Розрахунок фільтрів зводиться до визначення витрати рідини і гідравлічного опору на одиницю площі поверхні фільтроматеріалу.

Гідравлічні характеристики фільтроматеріалу визначаються,як правило, експериментальним шляхом.

Питома пропускна здатність q л/(хв·см²) і відповідно витрата рідини через фільтр Q л/хв можуть бути виражені залежностями, що витікають із закону Пуазейля:

q = k ,                       (3.75)

Q = qS = k ,           (3.76)

де k = qμ /Δр - коефіцієнт пропорційності, що представляє собою питому пропускну здатність одиниці площі поверхні фільтроматеріалу в л/(хв·см²) при перепаді тиску 1 кг/см² і динамічній в'язкості рідини 1 пз; μ - динамічна в'язкість, пз; Δ р - перепад тиску на фільтрі, кг/см²; S - площа поверхні елемента, см².

Досвід показує, що коефіцієнт k для конкретного фільтроматеріалу зберігається, за всіх інших рівних умов, практично постійним у широкому діапазоні витрат і перепадів тиску, завдяки чому представляється можливість використовувати його як порівняльну оцінку гідравлічного опору цього матеріалу. Значення цього коефіцієнта приводяться в заводських характеристиках матеріалів.

Схеми включення фільтрів. Фільтрують або весь потік рідини, або його частину. Першу схему називають схемою послідовного, а другу - схемою паралельного включення фільтра. Схема послідовного включення фільтра забезпечує фільтрацію всієї рідини, що бере участь у циркуляції. Фільтр у цьому випадку повинний бути розрахований на повну витрату рідини.

Фільтрацію частини потоку звичайно застосовують у тому випадку, коли пред'являються вимоги особливо ретельного очищення рідини для дуже відповідальних гідроагрегатів, а також для профілактичного тонкого очищення рідини. Для фільтрації частини потоку звичайно застосовують глибинні фільтри тонкого очищення.

У більшості випадків доцільно застосовувати одночасно обидві схеми фільтрації: для фільтрації всього потоку застосовують фільтр, що має відносно високу пористість, а для захисту особливо відповідальних агрегатів - фільтри тонкого очищення.

При виборі місця для установки фільтра повної витрати керуються такими міркуваннями. Для захисту насоса, що найбільш чутливий до забруднення рідини, фільтр бажано встановлювати на усмоктувальній лінії (рис. 3.47, а).

 

Однак через те, що фільтр збільшує опір усмоктувальної лінії і погіршує умови заповнення насоса рідиною, цей спосіб установки фільтра в гідроприводах із самоусмоктувальним насосомне розповсюджений.

Звичайно на усмоктувальній лінії встановлюють фільтри грубого очищення з малим гідравлічним опором. Ступінь забруднення фільтра визначається вакуумметром. Рекомендується допустиме значення [ р_в ] < 0,025 МПа.

При установці фільтрів на лінії нагнітання (рис. 3.47, б) можуть бути допущені більш високі опори. Корпус фільтра в цьому випадку буде знаходитися під робочим тиском р_роб> 10МПа. У зв'язку з цим підвищуються вимоги до характеристик корпуса фільтра, а значить, збільшується і його маса, однак така схема дозволяє використовувати фільтри з великим гідравлічним опором p _ф >0,6МПа.

Застосовують також установку фільтра в зливальній магістралі (рис. 3.47, в). При цьому через фільтр проходить рідина також і в період розвантаження насоса. В якості робочих елементів таких фільтрів використовуються пористі перегородки з робочим тиском р _м< 0,63МПа, що працюють з рідиною до 1600 мм²/с (сСт).

При експлуатації гідроприводів необхідно стежити за показаннями приладів, що заміряють тиск. Не допускати, щоб спрацьовував запобіжний клапан фільтра (при р _надл > р _{зап кл}), тому що в цих випадках масло фактично не фільтрується і всі агрегати гідропривода піддаються прискореному зносу, збільшується ймовірність їхнього відмовлення.

Магнітні фільтри. Для вловлювання феромагнітних часток застосовують магнітні фільтри, які звичайно комбінують зі щілинним (пористим) фільтром. Першим ступенем таких комбінованих фільтрів е магнітний елемент, а другим - пористий фільтр, який затримує діамагнітні частки поряд з феромагнітними, що відірвалися від першого ступеня. Застосування магнітного поля в подібному комбінованому фільтрі підвищує тонкість фільтрації і термін служби пористого фільтра.

На рис. 3.48 показаний комбінований фільтр, що складається із сітчастого фільтрувального пакета 2 і двох установлених на вході і виході постійних магнітів 1 і 3. Магнітні фільтри затримують дрібні феромагнітні частки, що, з'єднуючись у магнітному полі разом з феромагнітними частками, утворюють легковіддільні великі частки.

 

 

Відцентрові очисники рідини. У гідросистемах деяких машин застосовують відцентрові очисники рідини (центрифуги). Ці фільтри очищають рідину від часток забруднювача зі щільністю, що перевищує щільність робочої рідини.

Принципова схема відцентрового очисника представлена на рис. 3.49. Рідина, що підлягає очищенню, подається через порожню вісь 1 під тиском 0,3-0,6 МПа в обертовий ротор 2, в якому вона здобуває кутову швидкість, що наближається до швидкості ротора. Частки забруднювача зі щільністю, що перевищує щільність рідини, відкидаються під дією відцентрової сили до стінок ротора й осаджуються на них.

Центрифуги працюють як з гідрореактивним приводом, так і з механічним чи електричним приводом. Оскільки практично неможливо одержувати великі значення реактивної сили, очищення з гідрореактивним приводом не може забезпечити високих умовних швидкостей ротора (6000 - 7000 об/хв), а отже, не може забезпечити високої тонкості очищення. Для порівняння: центрифуги з механічним чи електричним приводом у деяких конструкціях досягають 20 000 об/хв.

Охолоджувачі рідини. Різниця між потужністю, споживаною насосом, і корисною потужністю гідродвигунів перетворюється на тепло, і робоча рідина в процесі роботи гідропривода нагрівається. Це особливо стосується гідросистем з дросельним регулюванням.

Потужність Δ N, що втрачається, у гідросистемі можна визначити як різницю між потужністю насоса N _н і корисною потужністю споживачів N _к: Δ N = N _н (1 - η), де η - повний ККД гідропривода.

У гідроприводах з насосами невеликих потужностей(менше 6 кВт) робоча рідина охолоджується звичайно без застосування спеціальних охолоджувачів - шляхом теплового випромінювання і конвенційного переносу тепла навколишнім середовищем. Однак при великих потужностях і тривалих режимах роботи гідросистеми необхідно застосовувати для забезпечення необхідних температурних умов охолоджувальні пристрої (теплообмінні пристрої чи охолоджувачі).

Теплообмінники встановлюють, як правило, на зливальних лініях після гідродвигунів, переливних клапанів чи на лініях відводу витоків з гідросистеми, тому що в цих гідролініях перед поверненням у бак рідина має найбільшу температуру.

Теплообмінники повинні підтримувати оптимальну температуру в основних робочих органах гідропередачі. При високій температурі в'язкість рідини знижується, і витоки зростають. Якщо температура мала, а в'язкість рідини відповідно велика, зростають механічні втрати.

При надмірному підвищенні температури й зниженні в'язкості рідини виникає перехід до граничного тертя в навантажених парах і їхнє швидке зношування. Прискорюється при цьому зношування ущільнюючих гумових елементів і деструкція робочої рідини.

З розглянутого видно, що максимальні ККД і довговічність гідропередачі можна одержати при використанні робочої рідини в оптимальному інтервалі в'язкості, що відповідає оптимальному інтервалу температури. Найчастіше оптимальні інтервали складають: для в'язкості ν _опт, = (0,16-0,25)10^-4м²/с при температурі t _опт=40...60 °С. Мінімально припустима в'язкість ν _min = (0,04-0,06)10^-4м²/с при максимальній температурі t _max = 80-90 °С. У зазначених граничних умовах роботи гідропередачі використовують тільки короткочасно.

Гідробаки. Гідробаком називають гідроємкість, призначену для збереження, відстою, очищення й охолодження робочої рідини, а також видаленняз неї пухирців повітря і температурної компенсації зміни її об'єму.

Гідробаки бувають двох типів: відкриті - під атмосферним тиском; закриті - із внутрішнім тиском.

На рис. 3.50 представлена типова схема й умовна позначка гідробака з теплообмінником: корпус бака 1 з оглядовим вікном 2, закритий кришкою 3. Через кришку 3 у бак входить труба зливальної 4 й усмоктувальної 7 гідроліній. Заливна горловина 5 з фільтром призначена для заповнення бака рідиною. На кришці встановлюють сапун 6 для з'єднання внутрішньої порожнини бака з атмосферою. До

складу сапуна входять пневмоклапан і повітряний фільтр.

У корпусі бака встановлені зливальні пробки 8, виконані у вигляді магнітного уловлювача. Дно бака має ухил 5...10° у бік пробок 8, що забезпечує повне спорожнювання бака. У баці між зливальною й усмоктувальною трубами розташована перегородка 9, яка збільшує шлях гарячої робочої рідини в баці. Це поліпшує відділення від робочої рідини повітря і підвищує ефективність її охолодження в теплообміннику 10. З цією ж метою труба зливальної гідролінії має зріз під кутом 45°, спрямований у бік стінки бака.

 

Рис. 3.50. Типова схема й умовні позначки гідробака і теплообмінників.

Форма бака повинна забезпечувати мінімальний рівень 0-0 масла h ₂ = 150 мм над усмоктувальним отвором при роботі агрегату на схилах, а максимальний рівень 0-0 - Н ≤ 0,8L; висота перегородки h₁ = 2/3 H; глибина занурення труб зливальної й усмоктувальних ліній h₂ ≥(2...3) d; зріз усмоктувальної труби повинний відстояти від дна бака на відстані h₃ > 2d. Бак варто встановлювати на машині так, щоб усмоктувальний фланець насоса знаходився над рівнем робочої рідини 0-0 у баці на висоті h _ус < 700 мм.

Закриті баки найчастіше застосовують як гідроакумулятори, що призначені для акумулювання і повернення енергії робочої рідини, яка знаходиться під тиском.