Фильтрация

С развитием современной гидравлики, специалисты всего мира пришли к выводу, что кроме самой главной движущей силы в системе немаловажную роль играет система фильтрации. 

Общей тенденцией современной гидро- и смазочной системы является то, что вне зависимости от передаваемой мощности и объекта использования  их надежность определяется уровнем очистки рабочей жидкости, как важнейшим фактором поддержания стабильных зазоров, например,  в поршневых и золотниковых парах и снижения  риска аварийного выхода из строя оборудования вследствие образования задиров или заклинивания прецизионных узлов.

Задача фильтрования рабочей жидкости заключается в её очистке до уровня, исключающего поломки, отказы в работе или интенсивное изнашивание деталей системы в течение всего срока эксплуатации.

Таким образом, для обеспечения безотказного функционирования смазочных и гидросистем необходимо добиться удаления не только крупных, но и мелких частиц загрязнения.

Выбор фильтрующих элементов и основные понятия

Безотказность и долговечность промышленного оборудования зависят от многих конструктивных, технологических, производственных и эксплуатационных факторов.

Существует причинно-следственная связь между эксплуатационными свойствами рабочей жидкости и параметрами фильтрации, которые в свою очередь зависят от режимов работы и условий эксплуатации смазочной системы и гидропривода.

После правильного выбора рабочей жидкости её очистка является основной практической задачей, которая решается конструкторами на стадии проектирования и обслуживающим персоналом в процессе эксплуатации.

При соблюдении необходимых требований по очистке рабочей жидкости от загрязнений можно снизить эксплуатационные расходы в среднем наполовину. Следовательно, чистота масла в смазочных и гидросистемах взаимосвязана с выбором системы фильтрации и применяемых фильтров, что оказывает решающее влияние на их средний ресурс и срок службы, но для этого необходимо выбрать тонкость фильтрации или класс чистоты рабочей жидкости для конкретного узла с учетом нормируемого давления и характера потока масла.

Затем выбирают параметры фильтра, грязеемкость и исполнение индикатора загрязненности фильтроэлемента.

Многие зарубежные компании в настоящее время предлагают усовершенствованные фильтрующие устройства, которые соответствуют сертификационной системе качества ISO 9001 и обеспечивают длительный ресурс смазочных и гидросистем. Для технически обоснованного применения фильтров необходимо понимать термины: «тонкость фильтрации» и «класс чистоты рабочей жидкости», которые собственно и характеризуют эффективность фильтрации.

Рассмотрим вышеперечисленные термины.

Под  абсолютной тонкостью фильтрации (в соответствии с ГОСТ 14066-68) следует понимать минимальный размер частиц загрязнений, полностью задерживаемых фильтрующим элементом. Или  другими словами, максимальный размер частиц загрязнений, пропускаемых фильтроэлементом.

Поскольку абсолютная тонкость фильтрации характеризует поперечный размер механических примесей, этот показатель соответствует максимальному диметру ячеек (пор) фильтроэлемента

Однако, нельзя дать гарантию, что фильтроэлемент задержит все загрязнения большей длины, т.к. возможен  проход нитеобразной частицы с меньшим диаметром, чем размер ячейки фильтрующего элемента.

Коэффициент отфильтровывания Фх=0,95

Под номинальной тонкостью фильтрации принято понимать минимальный размер частиц, задерживаемых фильтром, число которых составляет 90-95% частиц такого же размера, находящихся в нефильтрованной жидкости.

При выборе фильтрующего материала с  геометрически неправильной структурой рекомендовано пользоваться тремя критериями: коэффициентом эффективности фильтрования ß х (регламентированного нормами  ISO 4572), перепадом давлений Р и грязеемкостью. Коэффициент ß х  характеризует отношение числа частиц определенного размера х в пробе рабочей жидкости до и после фильтра.

Абсолютной фильтрацией называют  такую тонкость очистки (или степень фильтрации), при которой ß х больше или равно 75, таким образом фильтроэлемент задерживает 98,7% частиц загрязнений размером х. 

Все вышеперечисленные степени фильтрации рабочей жидкости соотносятся с требованиями российского ГОСТа. В зарубежной практике для оценки содержания частиц, загрязняющих рабочую жидкость, используют стандарты классов чистоты согласно нормам NAS 1638 и ISO.

Грязеемкость - масса искусственного загрязнителя заданного размерного состава, задержанная незагрязненным фильтрующим элементом за время, прошедшее до достижения максимального перепада давлений при номинальном расходе жидкости и заданном значении вязкости.

Конструкция фильтров и их классификация

Любой фильтр состоит из основных деталей: корпуса (головки), стакана-отстойника, переливного клапана и фильтрующего элемента, который задерживает загрязняющие частицы и пропускает очищенную рабочую жидкость, а также визуального или электрического индикатора перепада давления, сигнализирующего о загрязнении фильтроэлемента. Переливной клапан предназначен для защиты фильтроэлемента от повреждений и  для поддержания заданного давления путем непрерывного слива рабочей жидкости во время работы при загрязненном фильтроэлементе  или при существенном повышении вязкости масла.

Сменный фильтрующий элемент состоит из верхней крышки, нижнего донышка, металлического перфорированного или сетчатого каркаса, однослойного или многослойного фильтрующего материала  и нижней опоры.

Используются  следующие виды фильтров:

Существуют два основных принципа работы фильтров:

В зависимости от размера задерживаемых частиц (тонкость очистки) фильтры подразделяются  на типы:

В зависимости от мест установки:

Несмотря на огромное разнообразие фильтрующих элементов и систем, все они осуществляют схожие функции – это удаление механических примесей и, если есть такая необходимость, осушение (сепарация) масла, то есть процесс удаления свободной, эмульгированной и растворенной воды из масла.

Наиболее распространены простые по конструкции фильтры, данные фильтры условно разделяют на напорные и сливные.  К особенным вариантам исполнения таких фильтров относят сдвоенные фильтры, позволяющие фильтровать рабочую жидкость даже в процессе замены фильтроэлементов.

Еще одной разновидностью оборудования для фильтрации являются специальные системы, оснащенные помимо фильтрующих элементов различными датчиками и автоматическими системами управления. Такие системы позволяют осуществлять процессы фильтрации на высоких скоростях, контролируя состояние загрязненности рабочей жидкости. Также следует отметить наличие современных мобильных очистительных установок, которые можно перемещать от одного оборудования к другому. Такие установки могут быть оснащены датчиками загрязненности, датчиками температуры, фильтроэлементами повышенной грязеемкости и другим вспомогательным оборудованием.

В ходе эксплуатации гидравлических и смазочных систем  рабочие жидкости (масла) «стареют», и первым признаком старения масла является повышение кислотного числа. Чтобы их уменьшить, инженеры применяют так называемые ионные фильтры.

Важными параметрами являются размер ячеек и степень удерживания фильтра. Обозначение ß3 ›200 описывает фильтр с размером ячейки 3 мкм и степенью разделения 200, т.е. только одна частица из 200 сможет пройти через фильтр.

В качестве фильтровальных материалов используют фиброволокнистое стекло, металлические сетки, целлюлозную бумагу и другие конструкционные материалы.

Практика показывает, что короткий срок службы фильтра часто является результатом загрязнения  рабочего масла водой,  твердыми загрязнениями извне, неадекватного обслуживания системы и неправильного выбора фильтра.

Чистота и долговечность систем как результат

Применение высокоэффективной фильтрации позволяет достигнуть следующих результатов: