Меню раздела

Фильтры


Масляные фильтры. Масляные фильтры при хорошем очищающем действии должны обладать малым гидравлическим сопротивлением при небольших размерах и работать без обслуживания длительные сроки, определяемые необходимым обслуживанием двигателя при остановках, или допускать таковое при работающем двигателе.
По принципу действия все применяемые фильтры делятся на механические, поглощающие, химические, гидродинамические и магнитные, а до степени очистки масла и способу включения в циркуляции-на грубые (полно-поточные), включаемые последовательно, и фильтры тонкой очистки, включаемые параллельно главной масляной магистрали. Через фильтры тонкой очистки пропускается 8-20% масла, подаваемого насосами.
В смазочных системах подшипников турбокомпрессоров наддува применяется полно-поточная очистка масла в фильтрах тонкой очистки независимо от того, является ли система частью смазочной системы двигателя или отдельной.
Механические фильтры. Эти фильтры делятся на сетчатые и щелевые.
Фильтрующие элементы сетчатых фильтров изготовляют из металлических сеток или набора перфорированных пластин. Степень очистки масла в них определяется размерами ячеек и количеством фильтрующих слоев на пути масла. В качестве предохранительных сеток и для пеногасителей используют сетки с числом отверстий до 100 на 1 см2; в качестве фильтрующих сеток-сетки с числом отверстий 200-50 000 на 1 см2. Засоренные сетчатые фильтры можно очищать только промывкой.
Для увеличения продолжительности непрерывной работы двигателя последовательно включенные фильтры грубой очистки делают сдвоенными, что позволяет выключать один из фильтров для очистки показан сдвоенный фильтр грубой очистки судового двигателя, состоящий из двух одинаковых секций, включаемых в работу или отдельно, или параллельно при помощи трехходового крана. В каждой секции установлено девять фильтрующих элементов 4, надетых на центральную трубу 2 с отверстиями и закрепленных диском 3. Фильтрующий элемент имеет две спаянные штампованные тарелки с отверстиями на наружной поверхности, закрытыми припаянными латунными сетками. Масло поступает в фильтр по каналу А, проходит через сетки внутрь фильтрующих элементов, а затем по трубе 2 выходит из фильтра по каналу Б. Секции закрыты легко открывающимися крышками, позволяющими вынимать элементы для очистки. Для выпуска воздуха при заполнении фильтров в крышках установлены краны 1.
Щелевые фильтры можно очищать при работающем двигателе; процесс очистки легко автоматизируется. Эти фильтры делятся на пластинчатые и проволочные. Ширина щелей между пластинами и витками проволоки равна 0,03-0,15 мм. Подобные фильтры применяют в качестве полно-поточных фильтров грубой очистки.
К механическим фильтрам относятся также фильтры, имеющие фильтрующий элемент из войлока, хлопчатобумажной пряжи, текстильных тканых материалов, картона, бумаги. Их используют как для грубой очистки, так и для тонкой.
Поглощающие фильтры. Эти фильтры не только задерживают механические примеси, но и поглощают свободные кислоты, щелочи, воду, обеспечивая более глубокую очистку масла. В качестве фильтрующих материалов используют бумагу, древесные опилки, пряжу, войлок и другие материалы со специальными пропитками, а также неорганические материалы, например, смеси из оксида алюминия (~ 30-35%), бокситов (~ ~ 50%), присадок марганца (1%), серы (~ 0,5%) и наполнителя-шлаковой ваты. При засорении фильтрующий элемент заменяют.
Гидродинамические фильтры. Принцип работы фильтра (центрифуги) основан на использовании центробежных сил. Во вращающемся потоке происходит отделение от масла примесей, имеющих большую, чем масло, плотность. Очищенное масло направляется в охладитель, картер двигателя или в главный бак. Примеси из центрифуги периодически удаляются. Привод ротора осуществляют от одного из валов двигателя, автономным электродвигателем (активный привод) или реактивными силами струй очищаемого масла, выбрасываемого из ротора через специальные сопла (реактивный привод).
Центрифуги обеспечивают хорошую очистку масла от частиц более 0,5-1 мкм при малом сопротивлении, поэтому их применяют в двигателях всех типов как при последовательном, так и при параллельном включении.
Центробежная очистка масла происходит также в полых шейках коленчатого вала, при этом масло в подшипники отбирается из слоев, расположенных как можно ближе к оси вращения вала.
При центробежной очистке отделяются наиболее плотные примеси, обладающие абразивными свойствами, поэтому изнашивание трущихся поверхностей при такой очистке сокращается в 3-4 раза.
Примером конструкции центробежного фильтра может служить фильтр двигателя 12ДН 23/30 (рис. 238), предназначенный для тонкой очистки масла и включаемый параллельно основному масляному потоку. Через обратный клапан 2, расположенный в корпусе 1, и отверстия а в оси 5 масло поступает в полость сварного корпуса 9 ротора, далее через зазор между осью 5 и козырьком 8-в полость литой крышки 6 ротора. Отсюда масло вытекает через клапан 11 двух сопел 7 в полость сварного кожуха 4 фильтра. Возникающие при этом реактивные силы струй масла раскручивают ротор; под действием центробежных сил все примеси с большей, чем у масла плотностью, отбрасываются на внутреннюю цилиндрическую поверхность, откуда периодически удаляются при обслуживании двигателя. Из полости кожуха фильтра масло сливается в литой кронштейн 10 фильтра и затем в картер двигателя. Обратный клапан служит для отключения центробежного фильтра при понижении давления масла в смазочной системе ниже 0,25 МПа, так как при малых давлениях масла фильтр работает неэффективно, но способствует дальнейшему снижению давления масла в системе. Давление закрытия обратного клапана 2 регулируют прокладками, расположенными под пружиной клапана, а ход (и расход масла через фильтр)-шпинделем 3.
Магнитные фильтры. Эти фильтры устанавливают в двигателях не только на период обкатки, но и для дальнейшей эксплуатации, так как они хорошо удерживают частицы металлов вместе с обволакивающими их смолами и предохраняют масляные насосы и фильтры тонкой очистки от преждевременных износа и засорения. Такие фильтры представляют собой постоянные магниты, вмонтированные в пробки сливных или специальных отверстий в поддоне картера, полно-поточных фильтров, охладителей и баков.
При компоновке фильтров на двигателе или силовой установке и их конструировании следует обеспечить к ним легкий доступ во время эксплуатации для очистки и смены фильтрующих элементов.
Механические и поглощающие фильтры рассчитывают на начальный перепад давления 0,02-0,05 МПа, который повышается по мере засорения фильтра. Для обеспечения смазывания при засоренных фильтрах, включенных последовательно в круг циркуляции, или при загустевшем масле фильтры оборудуют перепускными клапанами, пропускающими масло в главную магистраль в обход фильтра и отрегулированными на разность давлений 0,08-0,25 МПа.
Пропускная способность фильтров, включаемых параллельно, определяется подбором сопротивлений фильтра и маслопровода.
Расчет фильтров
Ориентировочно размеры механических фильтров могут быть определены по следующей формуле:
Vм = сГАр/р,     (101)
где пропускная способность фильтра, л/мин; Г - минимальная площадь фильтрующего элемента, см2; Ар-начальный перепад давлений до и после фильтра, МПа; ц-динамическая вязкость масла, Па-с; с-коэффициент, характеризующий пропускную способность фильтрующего материала.
Примерные значения коэффициента с приведены ниже.
Хлопчатобумажные ткани............ 0,0006-0,0088
Мягкий густой войлок чистой выделки толщиной 1 см..................0,0015
Густая металлическая сетка........ 0,0049
Металлический пластинчатый фильтр 0,0079
При выборе размеров щелевых и сетчатых фильтров исходят из значения скорости протекания масла в живом сечении фильтра (т.е. отношения объемного секундного расхода к площади отверстий в фильтрующих элементах). Ниже даны значения этих скоростей (в см/с) для фильтров:
сетчатых.............................2-4
проволочных..........................3-6
пластинчатых:
без скребков.....................6-8
со скребками.....................До 12
Для фильтров цилиндрической формы тракторных двигателей из волокнистых материалов удельная площадь наружной поверхности фильтрующего элемента при толщине слоя 30-50 мм составляет примерно 20 см2/кВт. Более точное соотношение пропускной способности фильтра Vм, площади фильтрующего элемента и перепада давления в сетчатых фильтрах можно отыскать, если рассматривать течение масла через живое сечение сетки площадью Г0 как ламинарное со средней скоростью
и=*>м/Г0.          (102)
Величину Р0 определяют из выражения
Ро = Р ф^с»       (ЮЗ)
где ^ф-площадь поверхности фильтрующей г сетки; кс-коэффициент живого сечения сетки.
Коэффициент
кс = 12/(1 + Л)2,              (104)
где /-сторона квадрата отверстия в сетке; Л-диаметр проволоки сетки.
Подставляя уравнение (102) в выражения (103) и (104), получим
и = {1 + Д)2ьы1 (12Рф).               (105)
Режим течения жидкости сквозь сетку характеризуется числом Рейнольдса
Яе = ий/V,
где V-кинематическая вязкость.
Процесс очистки масла в центробежных фильтрах можно описать, проанализировав движение частицы диаметром д. и плотностью р0 в цилиндрическом роторе. Пусть масса частицы
ш = я^3р0/6,     (123)
а V-вектор скорости частицы в цилиндрической системе координат, жестко связанной с ротором.
Составляющими вектора V будут радиальная скорость частицы V^, окружная скорость гф и осевая скорость г2. Уравнение движения частицы имеет вид
т& = /ц + Гк + Гс + Г а + Рт +
где РЦ9 Рк, Рс, Ръ, Гт, Гп-векторы сил соответственно центробежной, действующей на частицу, Кориолиса, вязкого сопротивления движению частицы, Архимеда, тяжести, подъемной. Вектор центробежной силы
Ри = - т (а> х со х Я),      (125)
где ш-вектор угловой скорости жидкости; Л-радиус-вектор, определяющий положение частицы относительно оси вращения ротора.
Вектор силы Кориолиса
Рк= — 2т (со х V).           (126)
Вектор силы вязкого сопротивления движению частицы
Гс= - 6ярЛ(17- г0),          (127)
где г0-вектор скорости жидкости относительно ротора. Вектор силы Архимеда
/а= (128)
или ввиду малости размера частицы
Ра = (т/р0) §га<1 Ар,    (129)
где р- давление жидкости в роторе; К-объем частицы. Вектор силы тяжести
Гт — тд,               (130)
где д-ускорение свободного падения.
Вектор подъемной силы, возникающей при обтекании частицы потоком масла,
Ги = кр (г0 - г) го1 у0.    (131)
Допуская, что жидкость вращается вместе с ротором без проскальзывания как твердое тело, можно считать, что вектор г0 имеет одну доминирующую осевую составляющую г02, которую можно рассматривать как среднюю по сечению ротора осевую скорость движения жидкости. Тогда можно полагать, что Гп = 0. Проектируя векторы из (124) на оси цилиндрической системы координат, получим, обеспечивающих получение необходимой величины со, если известны коэффициенты Ь и ес. Если они неизвестны, то более определенные связи между конструктивными и режимными параметрами могут быть получены методом, изложенным применительно к расчетам внешней смазочной системы.
Найдя глобальный минимум функции (166) методом Нелдера-Мида можно определить значения р* и ш*, соответствующие значениям г)м и выбранным конструктивным параметрам ротора. Метод позволяет анализировать влияние конструктивных параметров ротора на скоростные характеристики центрифуги в возможном диапазоне изменения давления масла на входе в ротор и, следовательно, оценивать тонкость очистки и коэффициент фильтрации масла.
В систему (165) конструктивные параметры ротора не входят, так как они выбираются предварительно и, следовательно, являются заданными.