Материал: 2008
Охлаждение рабочей жидкости. В процессе работы гидропривода рабочая жидкость нагревается, так как непроизводительная мощность, т. е. разность между расходуемой приводным двигателем гидропривода мощностью и полезной мощностью, превращается в тепло. В гидросистемах небольшой мощности при достаточно больших объемах бака процесс охлаждения рабочей жидкости осуществляется за счет теплового излучения и конвекционного переноса тепла окружающим воздухом. Улучшения теплоотдачи можно достигнуть увеличением поверхности гидробака, или за счет увеличения его объема, или за счет выполнения на его внешней поверхности специальных ребер. В последнем случае обеспечивается выигрыш в весе. Увеличению теплоотдачи способствует также принудительный обдув бака специальным вентилятором. Еще более эффективным охлаждение будет, если на охлаждаемую поверхность разбрызгивать воду, так как вода при испарении поглощает много тепла. Одним из способов охлаждения рабочей жидкости гидросистемы является установка в ее гидробаке змеевика, по которому пропускается какая-либо охлаждающая жидкость, например вода. В гидросистемах мощностью, превышающей 10–15 кВт, охлаждение рабочей жидкости обычно осуществляется с помощью специальных теплообменников, вынесенных за пределы бака. Эти теплообменники принято называть радиаторами. На транспортных и различных самоходных машинах для охлаждения рабочей жидкости гидросистем применяются воздушные радиаторы. Схема воздушного радиатора приведена на рисунке 35, а. Он выполняется в виде змеевика из трубы 2, к которой привариваются ребра 1. Нагретая жидкость, проходя через трубу 2, отдает тепло ребрам 1, через которые проходит поток воздуха. Благодаря большой поверхности ребер радиатора и принудительному обдуву их воздухом обеспечивается интенсивная теплоотдача. Охлажденная рабочая жидкость поступает в гидробак. В стационарных установках обычно для охлаждения рабочей жидкости применяются водяные радиаторы, в которых переносчиком тепла служит вода. Схема водяного радиатора приведена на рисунке 35, б. В его корпусе 5 размещается змеевик в виде трубы 2 или пучок труб. Холодная вода, или охлаждающая жидкость, поступает в радиатор через штуцер 4 и, проходя по лабиринту, образованному перегородками 3, забирает тепло у рабочей жидкости, проходящей по трубе 2, и выходит из радиатора через штуцер. Для увеличения теплоотдачи и большего понижения температуры рабочей жидкости движение охлаждающей жидкости должно быть направлено навстречу движению рабочей жидкости гидросистемы. В этом случае на всем пути между охлаждаемой и охлаждающей жидкостями будет обеспечена достаточно большая разность температур. Радиаторы охлаждения обычно врезаются в сливную гидролинию гидропривода. Однако такой способ подключения имеет недостатки, обусловленные увеличением давления на сливе, особенно в моменты пуска гидропривода в холодных условиях.
56
Рис. 35. Схемы радиаторов для охлаждения рабочей жидкости гидросистем
Для исключения указанных недостатков радиаторы охлаждения снабжаются дополнительным насосом, который осуществляет принудительную циркуляцию через него рабочей жидкости, забираемой непосредственно из гидробака и возвращаемой в него после охлаждения. Для более точного поддержания температуры в гидробаке устанавливаются датчики температуры, которые позволяют регулировать расход охлаждаемой жидкости. В некоторых случаях требуется не охлаждение, а нагрев рабочей жидкости, например в испытательных стендах для проверки работы гидропривода при повышенных температурах. В этом случае устанавливаются различные нагреватели рабочей жидкости, в основном электрические.
На принципиальных схемах охладители и нагреватели обозначаются условно, как показано на рисунке 36, а – г. Общее обозначение охладителя показано на рисунке 36, а, нагревателя – на рисунке 36, б. Условное обозначение устройства, сочетающего в себе охладитель и нагреватель, показано на рисунке 36, в. На рисунке 36, г показано условное изображение охладителя с испарителем.
Рис. 36. Условное изображение охладителей и нагревателей рабочей жидкости
Фильтры – это устройства для отделения от рабочей жидкости твердых загрязняющих примесей. Загрязнения в жидкости могут появиться извне, в результате износа деталей гидромашин и гидроаппаратов, а также вследствие окисления как материалов, применяющихся для изготовления гидравлических устройств, так и компонентов самой жидкости. Отделители твердых частиц характеризуются качеством (тонкостью) фильтрации, под которым понимают способность задерживать (отделять) в рабочей жидкости частицы соответствующих размеров. По качеству фильтрации отделители твердых частиц бывают грубой очистки, задерживающие частицы с условным
57
диаметром до 100 мкм; нормальной очистки – до 10 мкм; тонкой очистки – до 5 мкм и особо тонкой очистки – 1 мкм.
Одной из самых распространенных причин отказа гидросистем является попадание механических частиц или каких-либо других загрязнений в элементы, имеющие малые проходные сечения, или в зазоры трущихся пар. Для очистки от твердых и вязких загрязняющих римесей, попадающих в гидросистему из окружающей среды, образующихся в результате износа деталей гидроаппаратов и гидромашин, в результате старения и разрушения рабочей жидкости, а также для защиты от частиц технологического характера, попадающих в гидросистему в процессе обработки деталей и сборки, применяютПопринципуфильтрыдействия. фильтры делят на щелевые, в которых очистка жидкости происходит при ее прохождении через щели в фильтрующем элементе, сетчатые, в которых жидкость очищается, проходя через ячейку сетки фильтрующего элемента, и пористые, в которых жидкость очищается, проходя через поры фильтрующего элемента. Щелевые фильтрующие элементы представляют собой или набор пластин, между зазорами которых проходит очищаемая жидкость, или поверхность из проволоки, намотанной на стакан с винтообразными канавками на его образующих – выступах, определяющими шаг намотки и величину щелей между витками. Сетчатые фильтрующие элементы представляют собой конструкции из сетки различных способов плетения металлической проволоки или текстильных материалов. К фильтрующим элементам пористых фильтров относятся керамика и металлокерамика, а также различные нетканые материалы из волокон бумаги, текстиляРазличаютметаллфильтрыческойместныепроволоки,линейные. К местным относят фильтры, встраиваемые в отдельные элементы гидроагрегатов для защиты их от попадания загрязнений, как, например, фильтры у сопл. Линейные фильтры выполняются обычно в отдельном корпусе и устанавливаются в какой-либо гидролинии всасывающей, напорной, сливной и т. д.
Основными показателями, характеризующими фильтры, являются тонкость очистки, пропускная способность, грязеемкость и миграция материала. Тонкость очистки характеризуется максимальным размером частиц, которые пропускает фильтр. Пропускная способность фильтра характеризуется величиной расхода, который может пропускать фильтр при заданном перепаде давления и вязкости рабочей жидкости. Грязеемкость фильтров характеризуется максимальным количеством или весом загрязнений, удерживаемых фильтроэлементом без разрушения и закупоривания его ячеек. Миграция материала характеризуется выделением частиц материала, из которого изготовлен фильтроэлемент, проходящим через него потоком рабочей жидкоУсловноети. обозначение фильтра приведено на рисунке 37, а. На рисунке 37, б приведено условное изображение схемы простейшего линейного фильтра. Он содержит два фильтроэлемента: фильтр тонкой очистки 1 и фильтр грубой очистки 3. При увеличении перепада давления на фильтроэлементе 1 за счет засорения его ячеек жидкость начинает проходить через перепускной
58
(предохранительный) клапан 2, который предохраняет фильтроэлемент фильтра тонкой очистки 1 от разрушения.
Рис. 37. Условное изображение фильтров
При выборе типа фильтра стремятся обычно, чтобы его тонкость очистки была соизмерима с зазорами трущихся пар или проходными сечениями отверстий, которые фильтр должен защищать от загрязнений.
Гидробаки
Гидробаком называется гидроемкость, предназначенная для питания объемного гидропривода рабочей жидкостью. Наиболее простым баком является гидробак открытого типа, схема которого приведена на рисунке 38, а. В корпус 7 бака заливается через горловину 1 с сеткой рабочая жидкость. Ее уровень регистрируется с помощью уровнемера 5. Жидкость попадает в насос из бака через насадок 4, а отработанная жидкость из гидропривода попадает в бак через насадок 6. Перегородки 2 и 3 служат для успокоения жидкости, чтобы взвешенные механические частицы успели опуститься на дно, а пузырьки газа – всплыть на поверхность. Объем над свободной поверхностью жидкости сообщается с окружающим воздухом через сапун 3, содержащий фильтр для защиты внутреннего объема бака от попадания грязи из окружающей бак среды. Иногда для сбора ферромагнитных частиц, содержащихся в рабочей жидкости, внутри гидробака устанавливаются постоянные магниты. Для периодической очистки бака на его стенках иногда делаются крышки-люки.
Недостатком рассмотренной схемы бака является то, что над свободной поверхностью жидкости постоянно обновляется воздух, содержащий влагу. Это происходит из-за изменения объема жидкости, участвующей в работе гидропривода. Воздух входит в бак и выходит из него через сапун. Рабочая жидкость в результате работы гидропривода нагревается и имеет температуру выше, чем температура окружающей среды. Воздух над свободной
59
поверхностью также нагревается, а поскольку температура стенок бака, соприкасающихся с этим воздухом, ниже, то на стенках бака оседает конденсат воды, который, скапливаясь, образует крупные капли воды. Вода, попадая в рабочую жидкость, ухудшает ее свойства и приводит к уменьшению времени между моментами замены жидкости. Кроме того, фильтр сапуна не гарантирует исключения попадания грязи в гидробак.
Рис. 38. Схемы гидробаков
Мелкие и тонкие волокнистые частицы все-таки проходят через него и скапливаются в гидросистеме. Указанных недостатков не имеет гидробак, схема которого приведена на рисунке 38, б. Он также содержит насадок 2, через который жидкость из гидросистемы попадает в бак, и насадок 3, через который жидкость поступает к насосу. Корпус 5 бака герметичен и закрывается крышкой 4, через которую бак перед работой заполняется рабочей жидкостью. Основной особенностью рассматриваемого гидробака является наличие избыточного давления над свободной поверхностью жидкости. Это давление обеспечивается за счет подачи инертного газа, например азота, через штуцер 1. При этом достигается изоляция рабочей жидкости от окружающего воздуха и облегчается работа насоса, если его конструкция требует обеспечения избыточного давления на входе во всасывающую гидролинию.
К недостаткам такого гидробака следует отнести необходимость заправки инертным газом и контакт рабочей жидкости с газом, находящимся под давлением (~0,3 МПа), в результате чего происходит более интенсивное растворение газа в рабочей жидкости со всеми вытекающими отсюда последствиями. Отсутствует контакт рабочей жидкости с газом и обеспечивается избыточное давление жидкости в гидробаке, схема которого приведена на рисунке 38, в. В его корпусе 1 цилиндрической формы размещен поршень 2, снабженный дополнительным плунжером, к торцу которого рабочая
60