ЛЕКЦИЯ 5

Тема: Фильтрование через пористые перегородки.

Различают следующие виды фильтрования.

1. Фильтрование с полным закупориванием порпроисходит в том случае, когда каждая пора закупоривается одной твердой частицей.

2. Фильтрование с постепенным закупориванием пормногими твердыми частицами. Если размер загрязняющей масло частицы меньше размера поры, то она может вместе с жидкостью пройти через пористую перегородку, но может и задержаться внутри перегородки в результате механического торможения в местах выступов или впадин (рис. 7).

Задержавшаяся в поре частица уменьшает эффективное сечение поры и увеличивает вероятность оседания в этом месте последующих частиц. Твердая частица может задержаться внутри пористой перегородки также в результате адсорбции (прилипания) на стенках поры.

Фильтрование с постепенным закупориванием пор многими твердыми частицами называется стандартным видом или стандартным законом фильтрования.

Стандартный вид фильтрования возникает в тех случаях, когда концентрация загрязнений в РЖ гидросистем не превышает 0,063% и имеют место благоприятные условия осаждения твердых частичек в порах. Если закупоривание пор фильтровальной перегородки происходит относительно быстро, то необходимо периодически производить замену ее или очищать, так как она может быть разрушена из-за повышающегося перепада давления.

3. Фильтрование с образованием осадка.Этот вид фильтрования имеет место в тех случаях, когда загрязняющая частица с размерами, меньшими, чем размер поры, не входит в пору, а остается на поверхности перегородки. На пористой перегородке имеются «застойные» зоны, где создаются благоприятные условия для осаждения частиц. Со временем в этих «застойных» зонах накапливается достаточно большое количество осевших твердых частиц, и при дальнейшем их накоплении появляются условия для образования сводиков над входом в поры (рис.8.).

Чем больше в рабочей жидкости твердых включений, тем более благоприятные условия для образования осадка и сводиков на пористой перегородке. Этому способствует и увеличение скорости фильтрования. Накапливаясь на поверхности пористой перегородки, эти мелкие частицы образуют вокруг поры своды, задерживающие другие частицы.

По виду осадка и пористой перегородки фильтрование классифицируется   следующим  образом:

• несжимаемый осадок  и  пористая  перегородка;
• сжимаемый осадок и пористая  перегородка.

Осадок, у которого пористость и сопротивление потоку жидкости при изменении давления в процессе гидромеханического разделения жидкой неоднородной среды остаются постоянными, называется несжимаемым.

Осадок, у которого при увеличении давления в процессе гидромеханического разделения жидкости неоднородной системы пористость уменьшается, а сопротивление потоку жидкости увеличивается,  называется сжимаемым.

Условно считают, что при фильтровании рабочих жидкостей образуется несжимаемый осадок на несжимаемой пористой перегородке, так как в рабочей жидкости гидросистем загрязнения, вызванные износом металлических трущихся деталей гидравлического оборудования, а также твердыми частицами (окись железа, окись алюминия, кварц и др.), составляют абсолютное большинство по сравнению с другими загрязнениями (волокна, пластмассы, резина, смолистые осадки и т. п.).

Исследованиями установлено, что недеформируемые (несжимаемые) механические примеси в рабочих жидкостях гидроприводов составляют 80—85%  от общего количества загрязнений. Основную часть механических примесей в рабочей жидкости составляют продукты неорганического происхождения (окись кремния 70—80%, окись алюминия 10—15%, железо 3,5—10%). Органическая часть механических примесей представляет собой в основном продукты окислительных процессов в рабочей жидкости.

Фильтрование с образованием осадка на пористой перегородке возникает в тех случаях, когда концентрация загрязнений в рабочей жидкости гидросистем составляет 0,15% и более.

4. Фильтрование промежуточного видапроисходит в тех случаях, когда концентрация загрязнений в рабочей жидкости = 0,063—0,15%. Этот вид фильтрования является промежуточным между фильтрованием с постепенным закупориванием пор многими твердыми частицами и фильтрованием с образованием осадка.

Фильтрование сильно загрязненных рабочих жидкостей с относительно малой скоростью происходит с образованием осадка, а фильтрование рабочих жидкостей с относительно высокой скоростью и с малым содержанием загрязняющих примесей — с постоянным закупориванием пор или фильтрование промежуточного вида. Фильтрование с полным закупориванием пор практически встречается крайне редко.

В современном гидравлическом приводе во многих случаях предусматривается полнопоточное фильтрование рабочей жидкости, т. е. вся рабочая жидкость, подаваемая насосом в гидросистему, проходит через фильтровальную перегородку. Заслуживает отдельного рассмотрения вид фильтрования с постепенным закупориванием пор при постоянном расходе через пористую перегородку, т. е. случай, при котором в процессе фильтрования возрастает перепад давления на пористой перегородке, что необходимо для поддержания постоянного расхода через нее.

Скорость потока рабочей жидкости через единицу поверхности пористой перегородки в начальный момент:

где С”’ = p / (8*l_п) - постоянная величина; r_п — радиус  поперечного сечения поры; N — количество сквозных пор на единице поверхности пористой перегородки. Отсюда:

В процессе фильтрования величина v_нач остается постоянной за счет возрастания перепада давления рнач до величины р. Радиус поры r_п после осаждения в ней загрязняющих частиц уменьшается  до величины r_п1. По аналогии получим:

Объем рабочей жидкости, прошедший через пористую перегородку:

где l_п — длина одной поры; х₀— отношение объема осадка к объему рабочей жидкости, пропущенной через пористую перегородку.

Подставив значения радиусов,получим:

Рассматривая   единицу   поверхности   фильтровальной   перегородки,  можем записать:

Тогда:    ,    где    

Это уравнение  представляет  собой  линейную  зависимость в  координатах

Причём, прямая линия проходит через начало координат проходит через начало координат. Это положение может быть использовано, при исследовании различных фильтровальных перегородок. Если в процессе лабораторных испытаний при постоянном расходе рабочей жидкости через фильтр получаем линейную зависимость в указанных координатах и прямая линия проходит через начало координат, то это означает, что фильтрование осуществляется при постепенном закупоривании пор, т. е. можно применить все математические зависимости, выведенные для этого вида  фильтрования. Из этой формулы можно определить время фильтрования до полного закупоривания пор пористой перегородки, т. е. при р -> :

Задаваясь допустимым перепадом давления на пористой перегородке, можно определить теоретически время бесперебойной работы фильтра и тем самым рассчитать периодичность смены или регенерации фильтровального элемента.