ст. преп., к.т.н. Дымочкин Д.Д., асп. Грищенко В.И.
ЛЕКЦИЯ №9
ТЕМА: Очистка рабочих жидкостей в силовых полях
Гравитационная очистка. В гравитационном поле осаждение загрязняющей частицы происходит под действием силы тяжести. Кроме того, на частицу действует сила лобового сопротивления. Формула Стокса для определения сопротивления, встречаемого шаром, движущимся равномерно под действием постоянной силы в неограниченной несжимаемой вязкой жидкости, имеет следующий вид:
где Р - сопротивление, испытываемое шарообразной загрязняющей частицей при движении её в рабочей жидкости;
- коэффициент абсолютной вязкости; vч - скорость движения частицы; 
ч — диаметр частицы.
Объемную силу осаждающейся в гравитационном поле сферической частицы находим по формуле:
где F0— объемная сила осаждающейся в поле сферической частицы; pч — плотность частицы; pж — плотность рабочей жидкости; g— ускорение свободного падения.
Конечная скорость движения загрязняющей частицы определяется из условия равенства Р =F0. Тогда конечную скорость осаждения загрязняющей частицы в рабочей жидкости можно найти по формуле:
Применимость закона сопротивления Стокса обусловливается отношением сил инерции к силам трения, возникающим при движении частицы, характеризуется числом Рейнольдса, величина которого должна быть меньше единицы:
По экспериментальным данным различных авторов, при Re = 0,2 закон Стокса выполняется с точностью до 0,5—1%; при Re = 0,5 отклонение от закона Стокса не превышает 2%, а при Re = 1 ошибка менее 7%. Приняв Re = 1, можно определить максимальный диаметр загрязняющей частицы, осаждение которой будет осуществляться в соответствии с законом Стокса:
Если принять = 0,2 П, pж = 0,9 г/см3, то получим для органических частиц (pч = 1,2 г/см3), ч мах = 0,3 мм; для минеральных частиц - песок, кварц и т. п. (pч = 2,6 г/см3), ч мах =0,17 мм; для металлических частиц (рч = 8,0 г/см3), ч мах = 0,1 мм.
Основная масса загрязняющих частиц (80—85%) имеет форму, весьма близкую к шару. Это позволяет с достаточной степенью точности пользоваться зависимостями, полученными для частиц, имеющих форму правильного шара. Отстойником в гидравлических системах является масляный бак, в котором под действием гравитационного силового поля происходит очистка рабочих жидкостей.
Бак служит для размещения рабочей жидкости, используемой в гидравлической системе. Минимальная емкость бака определяется изменением емкости агрегатов гидравлической системы, в процессе работы:
где
W1 - изменением емкости гидросистемы в процессе зарядки и разрядки аккумулятора, равное количеству жидкости в аккумуляторах при максимальной их зарядке; W2 - изменениеобъема при работе силовых цилиндров, обусловленное разностью их рабочих объемов при подаче жидкости в полости со стороны штоков и в полости, противоположные штоку;W3 – изменение объема жидкости в гидросистеме, обусловленное температурным ее расширением: 
(где bt - коэффициент температурного расширения жидкости; WЖ - объем жидкости в гидросистеме;
t- изменение температуры); помимо этого, необходим некоторый запас W3жидкости для компенсации утечек, а также создания некоторого превышения уровня жидкости над заборным каналом, для того чтобы при максимальном расходе не могла образоваться воронка у заборного канала (практически это превышение уровня должно быть не менее 50 мм); Wа - некоторый воздушный объем бака при максимальном его заполнении, необходимый для предотвращения попадания жидкости в дренажную систему и в воздушный фильтр (обычно выбирается 10—15% объема жидкости).
Всасывающую и сливную полости гидробака должна разделять перегородка, желательно сетчатая, с ячейками размером не более 0,25 мм. Перегородка способствует выделению воздуха, оседанию твердых примесей и не допускает сливные турбулентные потоки в сторону всасывания. Размер сливной полости обычно составляет 25 - 50% объема всасывающей. В ней наверху устанавливают заливную горловину с постоянно установленным фильтром, а внизу - кран для слива отстоя или опорожнения гидробака.
Ввод жидкости в бак не должен вызывать вспенивания и завихрения ее; для этого ввод должен быть осуществлен ниже уровня жидкости в баке. На вводном канале рекомендуется устанавливать сетчатое устройство для дробления струи жидкости. Для нормального всасывания жидкости насосом всасывающие трубопроводы должны быть расположены в зоне, удаленной от дна, стенок или других конструктивных элементов гидробака на расстоянии не менее трех диаметров трубопроводов и находиться ниже уровня свободной поверхности рабочей жидкости не менее чем на расстоянии, равном трем диаметрам всасывающего трубопровода.
Бак должен иметь в верхней части дренажное отверстие диаметром 2—5 мм. Для устранения попадания в бак пыли вместе с воздухом, поступающим в него при изменениях уровня жидкости, дренажные отверстия должны быть снабжены воздушными фильтрами (сапунами) (рис. 25).
Баки также должны комплектоваться датчиком уровня рабочей жидкости (рис. 26) и датчиком температуры рабочей жидкости.
Поплавок, опускающийся вместе с уровнем жидкости до нижней точки, воздействует на индуктивный электрический выключатель и подает сигнал на контрольную лампочку на пульте управления машиной или на звуковой прибор. Визуальные датчики устанавливают на боковой поверхности бака. Они действуют по принципу сообщающихся сосудов.
Датчики температуры рабочей жидкости выполняются в виде термометра или термопары. Термометр часто устанавливается в одном блоке с визуальным датчиком уровня рабочей жидкости. Термопара, при достижении максимально допустимой температуры, подает электрический сигнал на контрольную лампу на пульте управления или на звуковой прибор.
Для обеспечения рационального теплового режима работы гидропривода без принудительного охлаждения определяют необходимый объем рабочей жидкости в гидробаке. При известной площади поверхности S6 превышение установившейся температуры масла Ту в баке над температурой окружающей среды Т0 составляет Т= Ту-Т0:
где N – потери мощности в гидроприводе технологического оборудования [кВт]; Кт - коэффициент теплопередачи от бака в атмосферу (при отсутствии интенсивной циркуляции воздуха вблизи стенок бака Кт =17 Вт/(м2 * оС); при обдуве стенок бака струей воздуха от вентилятора Кт = 23 Вт/( м2 * оС)); S6 – площадь поверхности бака в см2
Для определения S6 можно принимать: 
где V6 - объем масла в баке.
Электростатическая очистка. Для тонкой очистки диэлектрических жидкостей применяют электрические методы. Жидкость пропускается в электрическом поле, создаваемом электродами, в результате чего содержащиеся в ней механические частицы, имеющие электрический заряд, притягиваются к противоположному по знаку заряда электроду. Частицы загрязнителя получают заряд статическим электричеством при их движении в диэлектрической жидкости в результате электризации трением или заряжаются искусственными способами.
Принципиальная схема устройства подобного очистителя показана на рис. 27.
В корпусе 2 помещены два изолированных друг от друга электрода 3 и 4, на которые подается постоянное электрическое напряжение 300…500 В и выше (до 15000 В). Предельно допустимая разность потенциалов зависит от расстояния s между электродами и не должна превышать 90—95% напряжения пробоя жидкости. Практически расстояние sмежду электродами равно примерно 0,1— 0,3 мм.
Между пластинами электродов пропускается загрязненная жидкость, частицы 1 загрязнителя которой, попадая в электрическое поле, притягиваются к тому или другому электроду в зависимости от знака электрического заряда.
При контакте заряженной частицы с противоположно заряженным электродом они утрачивают заряд, потому необходимо устранить их разрядку. Для этой цели применяют различные изоляционные средства (покрытия). В качестве изолятора используется также наполнитель из пористого пенополиуретана с открытыми порами, которым заполняется все межэлектродное пространство. Этот заполнитель отфильтровывает крупные частицы, а также замедляет скорость движения частиц загрязнителя в межэлектродном пространстве, вследствие чего увеличивает продолжительность воздействия электростатического поля на эти частицы и обеспечивает перемещение их к одному из электродов.
Очистители рассматриваемого типа выполняют в виде набора 12-16 шт. изолированных друг от друга плоских прямоугольных или дисковых стальных электродов толщиной 3-5 ммзазор между ними 0,1-0,2 мм. Жидкость подводится к очистителю под давлением 8—10 кГ/см2 через сетчатый фильтр, задерживающий крупные частицы загрязнителя. По зарубежным литературным данным жидкость за 10 циклов (проходов) очищается примерно на 98% от твердых частиц практически любого происхождения и размеров.