ЛЕКЦИЯ №13

ТЕМА: Фильтровальные системы

Выбор системы фильтрования: Для гидравлических приводов небольших размеров (с насосом, имеющим подачу 35 л/мин), работающих при давлениях, не превышающих 63—100 кгс/см², достаточно установить один фильтр на линии всасывания. В большинстве случаев можно ограничиться сетчатым фильтром с размером ячейки 100—200 мкм. Многочисленными исследова­ниями доказано, что установка всасывающих фильтров с тонкостью фильтрования 74 мкм по своей эффективности эквивалентна установке фильтров на линии нагнетания с тонкостью фильтрования 25 мкм. Устанавливать на линии всасывания фильтры с тонкостью фильтрования менее 74 мкм нецелесообразно.

Для гидравлических приводов средних размеров (с насосом, имеющим подачу 200 л/мин), работающих при давлении до 200 кгс/см², и при более длинных трубопроводах, кроме фильтров на линии всасывания, необходимо устанавливать еще фильтр на линии слива. Для крупных гидравлических приводов с емкостью резервуара свыше 1000—2000 л (крупные прессы, прокатные станы и т. д.) необходимо предусматривать еще независимую систему фильтрования рабочей жидкости. Фильтрование жид­костей следует производить регулярно через определенные промежутки времени. В каждой гидросистеме следует предусмотреть также заливные и воздушные фильтры.

В автоматизированных гидравлических приводах, имеющих сложный цикл работы и дорогостоящие системы регулирования, необходимо предусматривать установку фильтров тонкой очистки с тонкостью не более 25 мкм, а в отдельных случаях — 2—5 мкм в линиях, находящихся под давлением рабочей жидкости. Уста­новка фильтров тонкой очистки высокого давления необходима для защиты чувствительной распределительной и контрольно-регулирующей  гидроаппаратуры.

На рис. 40 показаны возможные места установки различных типов фильтров, однако в каждом конкретном случае требуется индивидуальный подход к наиболее рациональному выбору места установки фильтров рабочей жидкости.

При выборе размеров фильтра учитывают необходимую про­пускную способность, требуемую тонкость фильтрования, дав­ление рабочей жидкости, допускаемый перепад давлений, вид рабочей жидкости.

Пропускная способность фильтра (по каталогу) берется равной удвоенному расходу рабочей жидкости через трубопровод.

Для предотвращения разрушения фильтра устанавливают перепускной клапан.

Максимальное рабочее давление для корпусов фильтров высокого давления не должно превышать величины, определяемой по формуле:

где p_max — максимальное рабочее давление для корпуса фильтра, кгс/см²; р_разр — разрушающее давление для корпуса фильтра, кгс/см²; f — качественный коэффициент (f = 1 - для корпусов без применения сварки и отливок; f = 0,8 - для корпусов с применением сварки или нечугунных отливок; f = 0,7 — для корпусов из чугунных отливок); п - коэффициент безопасности (п = 4 — для давлений 0-20 кгс/см²; п = 3,5 - для давлений 20-63 кгс/см²; п = 3 -для давлений >63 кгс/см²).

При расчете требуемого размера фильтра следует учитывать в первую очередь перепад давления р, расход Q, вязкость рабочей жидкости v. Эти данные приведены в каталогах и проспектах на выпускаемые фильтры, но они, как правило, отличаются от рабочих характеристик фильтра, необходимых для конкретной гидросистемы. Обозначим рабочие характеристики фильтра р', Q' и v'. Тогда связь между данными по каталогу и действительными рабочими характеристиками фильтра можно определить приближенно  по формулам:

Формулы действительны при вязкости рабочей жидкости 30—3000 сСт. При вязкости ниже 30 сСт ее значение практически не влияет на рабочие характеристики фильтра, и расчет по указанным  приближенным формулам  нецелесообразен.

Ведущие производители фильтров  приводят в каталогах расчётно-перепадные характеристики, по которым можно осуществить выбор фильтра. Например, компания HYDAC для линейных фильтров  MFM (расход до 100 л /мин; давление до 280 бар) предлагает следующий алгоритм выбора фильтра:

Общая потеря давления при определенном расходе слагается из потерь на корпусе p_{корпуса} и на фильтроэлементе p _{элемента}. Потери давления можно определить при помощи диаграммы p=f(Q) (рис. 41, 42).

Графические характеристики корпуса действуют для минеральных масел с плотностью 0,86 кг/дм³ и кинематической вязкостью 30 мм²/сек при соответственно большем условном проходе на типоразмер. Перепад давления изменяется пропорционально плотности. Графические характеристики фильтроэлемента действуют для минеральных масел с кинематической вязкостью от 30 мм²/сек. Потери давления изменяются пропорционально изменению вязкости.

p_общая = p_{корпуса} + p_{элемента}  * (вязкость (мм²/с) : 30 мм²/с)

p_{корпуса} = определяется графически;  p_{элемента}= определяется графически

Пример:

Исходные данные:
Q= 70 л/мин; фильтр MFM 95 (присоединение М22) с тонкостью фильтрации 10 м; вязкость = 46 мм²/с. Необходимо определить перепад давления на фильтре.

По рис. 41 определяем p_{корпуса} = 0,45 бар. По рис. 42 для типоразмера 95 с тонкостью фильтрации 10 мкм определяем p_{элемента}= 0,32 · (46 мм²/с : 30 мм²/с) = 0,49 бар. Тогда p_общая = 0,94 бар

Необходимо тщательно подходить к выбору фильтра на всасы­вании, так как величина вакуума на всасывании насоса не должна превышать определенной величины в течение всего периода эксплуатации насоса. Если разрежение на всасывании превышает допустимую величину, необходимо увеличить диаметр всасывающего трубопровода, или установить фильтрующий элемент с большей пропускной способностью, или увеличить количество фильтров. Преждевременный выход из строя насосов наступает вследствие кавитации, которая в большинстве случаев является результатом неправильного выбора всасывающего фильтра. При приме­нении дорогостоящих насосов высокого давления и большой подачи целесообразно применять дешевые подпиточные насосы (обычно центробежные), которые подают масло через фильтр непосредственно во всасывающую линию основного насоса. При этом помимо гарантированного подпора на всасывании можно обеспечить более тонкое фильтрование масла, поступающего в основной насос.

При выборе всасывающего фильтра необходимо определять максимально допустимый перепад во всасывающей линии   насоса, который определяется в зависимости от места расположения насоса относительно маслобака (рис. 43):

При расположении насоса на маслобаке (рис. 43а):

При расположении насоса внутри бака (рис. 43б):  

При расположении насоса под маслобаком (рис. 43в):

где где р_мах - максимально допустимый перепад давления во всасывающей линии (давление настройки перепускного клапана фильтра), кгс/см²;   р_н - максимально   допустимое   разрежение всасывания насоса, кгс/см²; р - потеря давления во всасывающем трубопроводе по всей длине прямых участков, кгс/см²; р₁ - потеря давлений во всасывающем трубопроводе, определяемая местными сопротивлениями (изгибы трубы, угольники, обратные клапаны, потери на входе и выходе и т. п.), кгс/см²; у— плотность жидкости, г/см³; h - высота столба жидкости на всасывании, м.

На максимальное давление рследует настраивать перепускной клапан фильтра. Для практических расчетов величину снижают на 20%.