2.7. Кондиционеры рабочей жидкости

Кондиционерами рабочей жидкости называются устройства, предназначенные для обеспечения качественных показателей рабочей жидкости. В гидравлических приводах используют два вида кондиционеров: отделители твердых частиц и теплообменники.

Отделители твердых частиц – устройства для отделения твердых загрязняющих жидкость примесей. К загрязнениям рабочей жидкости относятся твердые и вязкие загрязняющие ее примеси: попадающие в гидросистему из окружающей среды; образующиеся в результате износа деталей гидроаппаратов и гидромашин; продукты старения и разрушения рабочей жидкости; частицы технологического характера, попадающих в гидросистему в процессе обработки деталей и сборки. Отделители твердых частиц делятся на фильтры и сепараторы.

Основным качественным показателем, характеризующим отделители твердых частиц, является тонкость фильтрации. Так, отделители твердых частиц, задерживающие частицы диаметром до 100 мкм называют грубыми, задерживающие частицы до 10 мкм – нормальными, задерживающие частицы до 5 мкм – тонкими, и задерживающие частицы до 1 мкм – особо тонкими.

Отделители твердых частиц делятся на фильтры и сепараторы.

В зависимости от конструкции фильтрующего элемента, фильтры бывают:

щелевые – в которых очистка происходит при прохождении жидкости через щели фильтрующего элемента;

сетчатые – в которых жидкость очищается, проходя через ячейку сетки фильтрующего элемента;

пористые – в которых жидкость очищается, проходя через поры фильтрующего элемента (бумажного, керамического и металлокерамического).

В гидроприводах автомобилей и автомобильного хозяйства требуется в основном грубая, нормальная и реже тонкая фильтрация.

Для грубой очистки рабочей жидкости применяют пластинчатые фильтры. Cхема пластинчатого фильтра типа Г-41 показана на рис. 55. Рабочая жидкость поступает через входное отверстие во внутреннюю полость фильтра и, протекая между пластинками 2, очищается от посторонних частиц. Между пластинками 2 установлены промежуточные пластинки, которые имеют толщину 0,08, 0,12 и 0,2 мм, и определяют размеры задерживаемых частиц. Фильтры выпускаются для работы на расходах от 5 до 70 л/мин и давлениях до 5 МПа. В фильтрах типа Г-41 предусмотрена периодическая очистка пластин от прилипшей грязи. При повороте рукоятки 3 скребки 4

входят в щели между пластинками и сталкивают грязь в полость фильтра, которая удаляется в отверстие 1.

Н а рис. 83 приведен сетчатый фильтр типа С-42. Вход и выход рабочей жидкости показан стрелками. Из входного отверстия рабочая жидкость поступает в полость фильтра, проходит через фильтрующую сетку 2, попадает в трубку 3 и выходит в систему через отверстие 4. Фильтры такого типа работают при расходах от 8 до 70 л/мин и давлениях до 5 МПа. Они очищают жидкость от частиц с размерами до 0,15 мм.

Войлочный фильтр, используемый для тонкой очистки рабочей жидкости, состоящий из войлочных или фетровых пластин, закреплённых на перфорированной трубке. Фильтр применяют для гидросистем с расходом 0,14 – 0,5 л/мин и давлении 0,06 МПа.

Фильтры в зависимости от условий работы и применяемого давления устанавливают последовательно или параллельно.

При последовательной установке через фильтр проходит вся жидкость, циркулирующая в гидросистеме, а при параллельной – только часть её.

Установка фильтра во всасывающей линии обеспечивает работу насоса на чистой жидкости, но снижает давление на входе в насос и, как следствие, способствует возникновению кавитации. При установке фильтра в линии нагнетания насос работает на неочищенной жидкости, но очищенная жидкость проходит через аппараты, размещённые в линии нагнетания и, когда давление не превышает расчётное значение, фильтр устанавливают за точкой подключению предохранительного клапана, что обеспечивает надёжную работу гидропривода. Фильтры могут быть установлены и в линии слива. Параллельно фильтры устанавливают тогда, когда производительность насоса превышает расход, на который рассчитан фильтр. При необходимости тонкой очистки масла лишь для некоторых аппаратов, фильтр тонкой очистки ставят непосредственно перед этим аппаратом, а фильтр для грубой очистки включают в систему последовательно, что обеспечивает очистку всей жидкости гидросистемы. Монтировать фильтры следует в легкодоступных местах, так как фильтрующий элемент требует периодической промывки или замены.

С епараторы – это отделители твердых частиц, в которых очистка рабочей жидкости происходит под действием каких-либо сил, например сил магнитного поля, центробежных и электроста­тических сил.

В технике широко применяются магнитные сепараторы, содержащие электро - или постоянные магниты, через магнитные зазоры кото­рых пропускается очищаемая жидкость. Ферромагнитные частицы оседают на полюсах магнита, которые периодически очищаются. Эффективность магнитных сепараторов резко снижается в усло­виях повышенных вибраций.

На рис. 57 представлена схема сдвоенного магнитосетчатого фильтра-сепаратора типа ФМС, предназначенного для очистки минеральных масел вязкостью до 600 сСт и выпускаемого серийно нашей промышленностью. Фильтр–сепаратор ФМС состоит из крышки 1, к которой прикреплены стаканы сетчатого фильтра и магнитного сепаратора. Рабочая жидкость, поданная на вход фильтра, про­ходит через фильтрующий элемент (сетку) 3 и по трубке 2, очищенная от механических включений, попадает в канал, соединяющий фильтр и сепа­ратор. Попав в сепаратор, рабочая жидкость проходит мимо магнитного уловителя 4, представляющего набор зубчатых плоских магнитов, надетых на ось 5 и стянутых гайкой 6.

Между магнитами проложены разделяющие шайбы. Омывая магниты,

жидкость очищается от ферромагнитных частиц, пропущенных сетчатым фильтром, и через выходное отверстие поступает к потребителю.

В гидросистемах автомобилей и тракторов применяются центробежные очистители жидкости, представляющие собой центрифугу с различными видами приводов. Эти очистители обладают высокой избирательной способностью к загрязнениям, очищая масло в первую очередь от наиболее крупных и тяжелых частиц (объемный вес загрязняющих частиц практически всегда больше 2,5–3 Г/см³) Наиболее распространены центрифуги с гидрореактивным при­водом (рис. 58), выполненным по принципу сегнерова колеса, а также с механическим и электри­ческим приводом. Масло под давлением 0,5–0,6 поступает через полую ось (показано стрелкой) в полость ротора и через расходную трубку 2 напра­вляется к двум расположенным тангенциально к цилиндру ротора жиклерам 3 (жикле­ры на рисунке показаны условно). Реактивные силы струй жидко­сти, выходящей из жиклеров, приводят ротор во вращение со скоростью до 5000–6000 об!мин. Примеси с удельным весом, превышающим вес масла, направляются под дейст­вием центробежной силы к стенкам ротора и осаждаются на них. Очи­щенное масло через ось 2 поступает в гидросистему. В автомобильных и тракторных системах применяются фильтры с диаметром ротора ~120 мм и ско­ростью вращения ~ 6000 об/мин.

Преимуществом центрифуг с механическим и электри­ческим приводом

является воз­можность значительного повышения скорости ротора, которая доводится в некоторых устройствах до 15 000—20 000 об/мин.

П редельное значение радиуса частиц, полностью осаждающихся в роторе

где динамическая вязкость жидкости; количество жидкости, проходящее через ротор в единицу времени; угловая скорость ротора; разность удельных весов частиц примеси и жидкости; расстояние между каналами входа жидкости в ротор и выхода из него;

радиус внутренней поверхности расходной трубки.

Критическая скорость потока масла, проходящего через ротор, предотвращающая вынос частиц примеси,

Здесь критический расход, соответствующий началу уноса частиц; площадь рабочего сечения ротора.

К недостаткам центробежных сепараторов относятся: ограни­ченный размер очищаемых частиц, потребление мощности, срав­нительно большие габариты, наличие трущихся поверхностей и склонность к пенообразованию жидкости.

Электростатические сепараторы, в отличие от центробежных, лучше очищают жидкость от мелких частиц примесей. Их работа основана на взаимодействии электродов с заряженными частицами загряз­нений диэлектрической жидкости. Электризация частиц происхо­дит как в результате трибоэлектризации, так и с помощью специальных электрических зарядов.

Теплообменники – это устройства, предназначенные для обеспечения заданной температуры жидкости. Они делятся на нагреватели и охладители жидкости.

В гидроприводах автомобилей требуется, как правило, охлаждение рабочей жидкости, которая, нагреваясь в процессе работы, ухудшает свои параметры, что приводит к снижению КПД привода и снижению его эксплуатационных характеристик.

В гидросистемах с давлением до 10 МПа температура рабочей жидкости не должна превышать 70-80^оС, а в гидросистемах с давлением более 20 Мпа – 50^оС.

При работе гидропривода на нагрев рабочей жидкости расходуется мощность, равная разности мощности израсходованной приводным двигателем и полезной мощности.

В дроссельном гидроприводе с переливным клапаном при давлении питания 10 МПа жидкость за один проход при дросселировании нагревается на 6 К.

В гидросистемах небольшой мощности при достаточно больших объемах бака проuесс охлаждения рабочей жидкости осуществляется за счет теплового излучения и конвекционного переноса тепла от стенок бака окружающим воздухом.

Улучшения теплоотдачи можно достигнуть увеличением поверх­ности гидробака или за счет увеличения его объема.

В гидросистемах мощностью, превышающей 10-15 кВт, охла­ждение рабочей жидкости обычно осуществляется с помощью спе­циальных теплообмеников, устанавливаемых за пределами бака, которые называют радиаторами.

Н а транспортных и различных самоходных машинах для охла­ждения рабочей жидкости гидросистем применяются воздушные радиаторы. Схема воздушного радиатора приведена на рис. 59. Он выполняется в виде змеевика из трубы 1, к которой привари­ваются ребра 2. Нагретая жидкость, проходя через трубу 1, от­дает тепло ребрам 2, через которые проходит поток воздуха. Бла­годаря большой поверхности ребер радиатора и принудительному обдуву их воздухом обеспечивается интенсивная теплоотдача. Охлажденная рабочая жидкость поступает в гидробак.

В стационарных установках обычно для охлаждения рабочей жидкости применяются водяные радиаторы, в которых переносчиком тепла служит вода.

Нагреватели жидкости устанавливают в гидроприводах при работе в условиях отрицательных температур для предотвращения замерзания конденсата пара воды, выделившейся из воздуха и воды, находящейся в рабочей жидкости в растворенном и нерастворенном состоянии. Нагреватели монтируют в гидробаках и включают перед пуском гидропривода.

Гидравлические баки предназначены для содержания, отстоя, фильтрации рабочей жидкости и отвода тепла из гидропривода в атмосферу.

Н аиболее простым гидравлическим баком является бак открытого типа. Схема такого бака приведена на рис. 60. В корпус 8 бака через горловину 3 заливается рабочая жидкость. Её уровень контролируется с помощью уровнемера 6. Насос забирает рабочую жидкость через всасывающий патрубок 7. Отработанная жидкость из гидросистемы поступает в бак по сливному патрубку 1 и рассекателю 2. Перегородки 4 предназначены для успокоения жидкости с целью обеспечения осадки механических примесей на дно бака, а пузырьков воздуха – всплыть на поверхность жидкости. Воздух над свободной поверхностью жидкости сообщается с окружающим воздухом через сапун, содержащий фильтр 5 для защиты рабочей жидкости от попадания посторонних включений из окружающей среды. Кран 9 слива отстоя выполняется заодно с магнитной пробкой, которая улавливает механические примеси на ферромагнитной основе, прочно удерживает их и тем самым защищает гидрооборудование от повышенного износа. В баке также устанавливается приемник датчика температуры.

Корпус бака выполняют сварным из листовой стали толщиной 1 – 3 мм. Причем с увеличением вместимости бака увеличивается и толщина стенки.

Если крышка бака несъемная, то в ней и в стенках бака делают смотровые люки. Эти люки используют при обслуживании баков для удаления продуктов полимеризации масла и механических примесей. Толщина стенок корпуса гидробака должна обеспечивать жесткость конструкции и исключать вибрацию и шум при работе гидропривода.

Заливная горловина имеет крышку и стакан, выполненный из металлической сетки. В заливной горловине задерживаются наиболее крупные механические примеси.

Рассекатель на сливном патрубке предназначен для гашения кинетической энергии потока жидкости, поступающего из гидросистемы, а также для интенсификации выделения и коагуляции пузырьков нерастворённого воздуха.

Основной особенностью закрытых гидробаков является наличие избыточного давления над свободной поверхностью жидко­сти. Это давление обеспечивается за счет подачи инертного газа, например азота. При этом достигается изоляция рабочей жидкости от окружающего воздуха и облегчается работа насоса, если его конструкция требует обеспечения избыточного давления на входе всасывающей гидролинии.