Выбор и применение фильтров
для очистки рабочих жидкостей в гидравлических системах мобильных машин
(Часть 2)
Современные фильтроэлементы представляют собой смесь стекловолокон, которая путем специальной пропитки превращается в мелкопористое гомогенное полотно высокой прочности. Затем формируются гофры и в виде многолучевой звезды фильтрующая штора, их вместе с одно- или двусторонней армирующей сеткой укладывают вокруг перфорированного цилиндра и склеивают торцовыми опорными шайбами.
Зарубежные фильтроэлементы очень прочные, и разрушающее давление всегда выше давления открытия переливного клапана. Максимальный перепад давлений по нормам ISO 2941 составляет 21,0 МПа. Благодаря высокому неразрушающему перепаду давлений в некоторых «защитных» фильтрах перепускной клапан не устанавливают.
Общие потери давления на фильтре складываются из потерь давления корпуса ΔРк и фильтроэлемента ΔРэл. Сумма потерь давления ∑ΔРф = ΔРк + ΔРэл обычно нормируется при кинематической вязкости рабочей жидкости (РЖ) 30 сСт. Для фильтров низкого давления рекомендуемый перепад давлений не должен превышать 0,03 МПа, для фильтров среднего давления – 0,05 МПа, для фильтров высокого давления – 0,08 МПа. Если для применяемой РЖ это значение отличается от принятого (30 сСт), то оценить потери давления при прохождении потока РЖ через фильтр можно по зависимости ∑ΔРф=(ΔР30 вязкость используемой РЖ)/ 30 сСт.
Всасывающие фильтры обеспечивают полнопоточную фильтрацию РЖ, нагнетаемой насосом в гидравлическую систему, и прежде всего защищают насосы от износа и повреждений. При установке и эксплуатации фильтров надо следить за герметичностью уплотнений, не допуская подсоса воздуха насосом. Размеры входных отверстий фильтров резьбового присоединения 1¼" и 1½" или фланцевого соединения от 2" до 4" по стандарту SAE 3000. Для визуального контроля загрязнения фильтроэлементов на верхней крышке фильтра устанавливают вакуумметр или вакуумные датчики (реле) с нормально открытыми или с нормально замкнутыми контактами на давление 0,02 МПа или настраиваемый датчик (реле) давления.
Выбор и применение фильтров осуществляют с учетом свойств РЖ, конструкции применяемого гидравлического оборудования, климатических условий эксплуатации и других факторов. Эксплуатационные свойства фильтра определяются основными параметрами фильтрующих элементов: пропускной Q и фильтрующей способностью (тонкостью фильтрации, мкм, или коэффициентом фильтрации β ). При выборе типа всасывающего фильтра и места его установки в гидравлической системе следует учитывать, что при понижении окружающей температуры существенно повышается вязкость РЖ до критического значения, выше которого нарушается сплошность (неразрывность) потока РЖ, возникают недозаполнение рабочих камер насоса, кавитация и возможны отказы насоса.
Следует иметь в виду и то, что при эксплуатации мобильных машин и промышленных установок с гидроприводом в условиях низких температур окружающей среды, особенно в период пуска, возникают большие перепады температур между горячей РЖ в баке и холодным наружным воздухом, что неизбежно приводит к конденсации воды из влажного воздуха. Капельная вода скапливается на стенках бака и оседает на дно. Вода, растворенная в РЖ, пропитывает бумажные фильтроэлементы, замерзает и закупоривает ячейки. Во всасывающей гидролинии создается разрежение выше допустимого значения и, как следствие, снижается подача насоса. Поэтому на машинах с гидравлическим приводом, эксплуатируемых в районах с холодным климатом, не рекомендуется устанавливать фильтры с бумажными фильтроэлементами во всасывающей гидролинии.
Для обеспечения работоспособного состояния гидравлической системы и предохранения насоса от повреждений необходимо: создать скорость потока РЖ во всасывающей гидролинии не более 0,6...0,85 м/с и статический напор РЖ во всасывающей гидролинии не менее 0,5 м, установив насос ниже уровня РЖ в баке; применять всасывающие фильтры с переливным клапаном и фильтроэлементами не менее трехкратной номинальной подачи насоса. Это позволит также увеличить грязеемкость фильтроэлементов, а следовательно, и периодичность их замены при загрязнении.
Напорные фильтры применяют в основном для фильтрации полного потока РЖ, создаваемого насосами, и, таким образом, для защиты всех компонентов гидравлической системы (кроме насосов). Напорные фильтры, рассчитанные на среднее и высокое давление (11...42 МПа), изготовлены из высокопрочного чугуна и штампованной стали и потому достаточно прочные и наиболее тяжелые. Обычно испытательное давление превышает максимальное в 1,5 раза, а разрушающее давление – трехкратное.
Как правило, напорные фильтры оснащены переливными (by-pass) клапанами и индикаторами загрязнения фильтроэлементов, но по требованию покупателя вместо индикатора может быть установлена резьбовая заглушка, а в фильтры без переливного клапана устанавливают индикаторы, настроенные на перепад давлений 0,8 МПа. Фильтроэлементы, предназначенные для гидравлических аппаратов с электрогидравлическим сервоуправлением, способны выдерживать перепад давлений до 21 МПа. Такие фильтроэлементы исключают возможность миграции загрязняющих частиц при открытии переливного клапана. Рабочая жидкость поступает во внутреннюю полость стакана-отстойника через входное отверстие, проходит через фильтроэлемент, очищается от твердых частиц-загрязнителей и далее через центральное отверстие в перфорированной трубке и через отверстие в переливном канале поступает в гидравлическую систему из выходного отверстия.
Сливные фильтры устанавливают в сливных гидромагистралях перед теплообменником или непосредственно на верхней крышке бака. Установка сливного фильтра на крышке бака, наполовину утопленного в РЖ, наиболее предпочтительна, поскольку исключается сливной участок трубопровода после фильтра, можно компактно установить, жестко закрепить фильтр и обеспечить удобную и легкую замену загрязненного фильтроэлемента после снятия верхней крышки фильтра. Расход сливных фильтров должен соответствовать не менее дву-, трехкратной номинальной подачи насосов, чтобы обеспечить приемлемый срок службы фильтроэлементов до замены.
Типоразмеры зарубежных фильтров предназначены для эксплуатации при температуре от –25 до +110 С на летнем сорте рабочей жидкости кинематической вязкостью 30 мм2/c (типа HLP DIN 51524, аналог отечественного гидравлического масла МГЕ-46В по ТУ 38.001347-83). Для надежной эксплуатации гидропривода в районах с умеренным (У) и холодным (ХЛ) климатом необходимо применять специально созданное для гидравлических приводов гидравлическое масло МГ-15В (ВМГЗ по ТУ 38.101476-00), кинематической вязкостью 10,37 мм2/с при +50 С, а при –40 С – 1290 мм2/c.
Фильтроэлементы, основная составная часть фильтра, предназначены для задержания посторонних, загрязняющих РЖ частиц: твердых механических, являющихся продуктом металлообработки, сварки и термообработки (стружка, заусенцы, мелкие и очень твердые частицы от сварки, окалина, ржавчина, формовочная земля, песок и др., оставшиеся в гидравлической системе после изготовления, а также попадающие в нее при заправке РЖ, проникающие через воздушные фильтры-сапуны вместе воздухом (пыль, цемент) и циркулирующие по всей гидравлической системе. Вместе с потоком РЖ загрязнители проникают в зазоры сопряженных поверхностей деталей, совершающих возвратно-поступательное или вращательное движение, и вызывают абразивный износ. Загрязняющими частицами могут быть и волокна от тканей, используемых для протирки деталей, особенно баков, трубопроводов, и органические частицы, включая окисление и смолообразование от термического разложения РЖ при высокой температуре, частицы от резиновых и полиуретановых уплотнений и др.
Фильтрующий элемент представляет собой гофрированный цилиндр из неорганического химически обработанного волокнистого холста, пропитанного клеящим веществом, с наружными обечайками с торцов или стальной проволочной сетки. Для обеспечения прочности снаружи гофрированная фильтрующая штора покрыта металлической или полимерной сеткой, а внутри установлена перфорированная трубка, через которую РЖ поступает в сливной канал корпуса фильтра.
Специальная технология обеспечивает прочное склеивание торцов гофрированной шторы с торцовыми пластмассовыми обечайками и абсолютную герметичность, исключающую утечки РЖ. Гофрированная форма фильтрующей шторы обеспечивается специальными устройствами с закругленными ножами, чтобы не повредить фильтрующую штору и опорную сетку. Фильтроэлемент, установленный в стакан-отстойник фильтра, уплотняется по торцам резиновыми уплотнениями из бутадиеновой резины типа Buna-N.
Рекомендуется применять фильтроэлементы, изготовленные из следующих материалов:
- типа FT, FC, FD, FV из неорганического волокна тонкостью фильтрации: 3, 6, 12, 25 мкм;
- типа RT, MS, MCV, MDC из стальной проволочной сетки с тонкостью фильтрации соответственно 10, 25, 30, 60, 90, 125, 250 мкм.
Фильтроэлементы являются элементами разового пользования и не подлежат восстановлению. Загрязненные фильтроэлементы необходимо заменять по сигналу индикатора. Если в фильтре не установлен индикатор загрязнения, то для определения степени загрязнения необходимо снять стакан-отстойник, вынуть фильтроэлемент и после осмотра принять решение о замене. Хранить запасные фильтроэлементы необходимо в закрытых отапливаемых и вентилируемых помещениях при температуре до +35 С и относительной влажности воздуха не выше 80%, без конденсации влаги по ГОСТ 15150–69.
Для очистки РЖ от загрязнений при доливке в бак через заливочную горловину и воздуха от пыли при поступлении через воздушный фильтр-сапун в процессе приточно-вытяжной вентиляции бака необходимо применять комбинированные заливные горловины с сеткой с тонкостью очистки 10 или 40 мкм и воздушным фильтром на расход воздуха 0,45 или 0,75 м3/мин типа ТМ178 G78 или ТМ478 G100.
