Вплив конструкції проточної частини на ефективність гравітаційного очисника робочих рідин

Abstract

UA: Статтю присвячено дослідженню процесів очищення робочих рідин від твердих механічних домішок із використанням гравітаційних очищувачів. Актуальність роботи зумовлена необхідністю підвищення надійності та ресурсу гідравлічних систем промислового обладнання і самохідної техніки, ефективність яких значною мірою визначається чистотою робочих рідин. Наявність твердих частинок у робочому середовищі призводить до інтенсивного зношування елементів гідроагрегатів і погіршення їх експлуатаційних характеристик. Виконано аналіз конструкцій гравітаційних очищувачів, які класифіковано за кінематичним станом очищуваної рідини на очищувачі статичної, періодичної та динамічної дії. Показано, що гравітаційні методи очищення характеризуються простотою конструкції та низькою енергоємністю, однак їх ефективність знижується при очищенні в’язких робочих рідин. Основну увагу приділено дослідженню руху твердої частинки у в’язкій рідині під дією гравітаційного поля з урахуванням сил тяжіння, Архімеда та в’язкісного опору. Отримано аналітичні залежності для визначення швидкості усталеного осідання та часу неусталеного руху частинок. Показано, що час розгону частинки є незначним порівняно із загальним часом осадження, що дозволяє використовувати швидкість усталеного руху при інженерних розрахунках. На основі розрахункових даних встановлено вплив розмірів і густини частинок, а також в’язкості робочої рідини на тривалість осадження та продуктивність гравітаційних очищувачів. Сформульовано рекомендації щодо підвищення якості очищення шляхом зменшення висоти шару рідини, збільшення площі осаджувальної поверхні та оптимізації конструкції очищувачів. /// EN: This article explores the process of removing hard mechanical impurities from hydraulic fluids using gravity-fed purifiers of various designs. The relevance of this work stems from increasing demands on the reliability and durability of hydraulic systems in industrial equipment and self-propelled vehicles, whose efficiency largely depends on the purity of the hydraulic fluids. The presence of solid particles in hydraulic fluids leads to intensive wear of hydraulic unit components, reducing their service life and degrading their performance. An analysis of existing gravity-based purifier designs was conducted, categorizing them based on the kinematic state of the fluid being purified into static, intermittent, and dynamic purifiers. The gravity-based purifier methods discussed combine simple design, low energy consumption, and environmental safety, but are characterized by reduced efficiency when purifying viscous working fluids. The focus is on studying the motion of a solid particle in a viscous fluid under the influence of a gravitational field, taking into account gravity, Archimedes' forces, and viscous drag. Based on classical principles of fluid mechanics, analytical relationships are derived for determining the particle's steady-state velocity, acceleration time, and the distance traveled before reaching a stable velocity. It is established that the time of unstable particle motion and the corresponding distance are insignificant compared to the total settling time, allowing the steady-state settling velocity to be used in engineering calculations. The results of calculations of the sedimentation parameters of particles of various natures and sizes in working fluids with significantly different viscosities are presented. The influence of the physical and mechanical properties of the particles and the working fluid on the duration of the sedimentation process and the performance of gravity cleaners is determined. The role of particle coagulation as a factor contributing to increased cleaning efficiency is substantiated. Based on the research results, recommendations were formulated for improving the quality of gravity cleaning of working fluids by reducing the liquid layer height, increasing the sedimentation surface area, reducing the viscosity of the medium, and optimizing the design of the cleaner's flow path. The obtained results can be used in the design and improvement of dynamic gravity cleaners as part of multi-stage cleaning systems for working fluids.