Гідравлічні фільтри: види, принцип роботи, фільтрація та правильний підбір

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

Гідравлічний фільтр очищає робочу рідину від пилу, абразиву, продуктів зношування, корозії та інших забруднень, які пошкоджують насос, клапани, гідроциліндри й гідромотори. Такі фільтри використовують у будівельній, дорожній, сільськогосподарській, складській і промисловій техніці. Нижче розглянуто, звідки береться забруднення, які бувають фільтри, що означають мікрони, коефіцієнт β і перепад тиску та як підібрати фільтр без помилок.

Головне правило TESMA: гідравлічний фільтр підбирають не за виглядом чи розмірами, а за місцем установки в контурі, робочим тиском, витратою, ефективністю фільтрації, типом рідини та каталожним номером. Чистота оливи важить не менше, ніж сам фільтр.

Як працює гідросистема і навіщо їй фільтр

У гідроприводі двигун обертає насос, насос створює потік рідини, а тиск виникає через опір навантаження. Трубопроводами, розподільниками та клапанами рідина надходить до гідроциліндра чи гідромотора, виконує роботу й повертається в гідробак, звідки знову потрапляє до насоса. Так робоча рідина постійно циркулює контуром.

Деталі гідроагрегатів мають точно оброблені поверхні та малі зазори. Тверда частинка між ними діє як абразив: вона пошкоджує поверхню, і в оливі з'являються нові частинки металу. Вони циркулюють контуром і руйнують інші деталі, тож зношування прискорюється саме по собі. Завдання гідравлічного фільтра - вилучати частинки з потоку й тримати чистоту рідини на рівні, який потрібен обладнанню.

Звідки береться забруднення

Забруднення потрапляє в гідросистему не лише ззовні, а й утворюється всередині. Основні джерела:

Виробництво й монтаж. У нових баках, трубопроводах і вузлах можуть лишатися стружка, задирки, абразив і залишки ущільнювальних матеріалів, тож навіть нова система потребує контролю чистоти.
Нова олива. Свіжа олива з бочки чи іншої тари не завжди відповідає чистоті, якої потребує конкретна гідросистема, тому в чутливих системах її фільтрують під час заправлення.
Зовнішнє середовище. Пил і вологу впускають сапун бака, ущільнення штоків, нещільні з'єднання та роботи під час ремонту й обслуговування.
Внутрішнє зношування. Насоси, гідромотори, гідроциліндри й клапани поступово зношуються, і металеві та неметалеві частинки потрапляють у рідину.
Старіння оливи. Під дією температури й часу утворюються продукти окиснення, шлам і лакові відкладення.
Вода й конденсат. Через зміни температури в баку може конденсуватися волога; вода сприяє корозії й погіршує властивості оливи.
Шланги й ущільнення. З часом гума й полімери старіють, а їхні частинки потрапляють в оливу.

До забруднень належать також повітря й піна. Для звичайної фільтрації головне - тверді частинки, але вода, повітря й продукти окиснення теж скорочують ресурс системи, тому чистоту рідини оцінюють комплексно.

Як очищають гідравлічну рідину

Механічна фільтрація. Рідина проходить крізь пористий матеріал, який затримує частинки певного розміру. Це основний спосіб очищення.
Видалення води. Використовують водопоглинальні елементи, коалесцентні системи та вакуумне зневоднення. Вибір залежить від кількості води, типу рідини й вимог обладнання.
Видалення продуктів старіння. У спеціалізованих установках застосовують адсорбційні матеріали, які зменшують кількість продуктів окиснення, смол і лакових відкладень.
Відділення повітря. Тут допомагає правильна конструкція бака й зливної магістралі. Надмірне аерування спричиняє шум, пінення, нестабільну роботу виконавчих механізмів і погіршує умови роботи насоса.

З чого виготовляють фільтрувальні елементи

Металева сітка. Здебільшого для грубого очищення: висока механічна міцність і малий опір потоку. Деякі сітчасті елементи можна очищати й використовувати повторно, якщо це дозволяє виробник.
Целюлоза. Поширений матеріал стандартних фільтрів: прийнятна ефективність за невисокої вартості.
Синтетичні волокна та скловолокно. Багатошарові матеріали мають більшу брудоємність і стабільніше затримують дрібні частинки. Для міцності пакет можуть армувати металевою сіткою.
Спеціальні матеріали. Водопоглинальні, коалесцентні й адсорбційні матеріали призначені не лише для затримання твердих частинок, а й для кондиціювання рідини.

Види гідравлічних фільтрів за місцем установки

Гідрофільтри класифікують насамперед за місцем установки в контурі. Умови на різних ділянках різні, тому відрізняються вимоги до міцності корпусу, пропускної здатності, тонкості очищення й допустимого перепаду тиску.

Всмоктувальний фільтр

Стоїть між баком і входом насоса або всередині бака й захищає насос від великих частинок. На всмоктувальній лінії критично важливий малий опір потоку: надто тонкий, забруднений чи неправильно підібраний елемент обмежує подачу рідини до насоса й може спричинити кавітацію. Тому такі фільтри зазвичай грубіші за інші.

Напірний фільтр

Стоїть за насосом на магістралі високого тиску й очищає рідину перед клапанами, розподільниками, сервокомпонентами та іншими чутливими вузлами. Корпус має бути розрахований на робочий і піковий тиск системи, тому напірний і зливний фільтри не взаємозамінні лише через схожий вигляд.

Зливний (поворотний) фільтр

Стоїть на лінії повернення рідини в бак і затримує частинки, що потрапили в оливу, поки вона проходила компоненти системи. Може бути в трубопроводі або в самому баку. Під час підбору враховують реальну витрату на зливі: вона може перевищувати подачу насоса, зокрема через різницю площ поршня й штока гідроциліндра.

Автономний (off-line) фільтр

Окремий насос забирає рідину з бака, пропускає її крізь фільтр і повертає в бак незалежно від основного контуру. Така схема дає змогу постійно й тонко очищати рідину, а за відповідної комплектації - видаляти воду. Її можна використати й для очищення нової оливи перед заправленням.

Фільтр-сапун гідробака

Рівень оливи в баку змінюється, тож бак постійно вдихає й видихає повітря, а разом із ним можуть потрапляти пил і волога. Сапун очищає повітря, що надходить у бак. Для техніки, яка працює у вологому середовищі, застосовують осушувальні сапуни з вологопоглиначем.

Що означають показники в описі фільтра

У каталогах і специфікаціях трапляються поняття, без яких складно порівнювати фільтри:

Тонкість фільтрації - розмір частинок у мікрометрах (мкм), які затримує елемент. Розрізняють номінальну тонкість (затримується переважна частина частинок такого розміру) й абсолютну (заявлено затримання практично всіх частинок такого розміру й більших). Виробники визначають ці величини по-різному, тому корисніше дивитися на результати стандартизованих випробувань.
Коефіцієнт β (beta ratio) - відношення кількості частинок певного розміру перед фільтром і після нього. Наприклад, β = 100 означає, що зі ста частинок цього розміру після фільтра лишається одна, тобто ефективність становить 99 %. Ефективність фільтрувальних елементів визначають багатопрохідним випробуванням за ISO 16889.
Брудоємність - кількість забруднень, яку елемент утримує до досягнення заданого перепаду тиску. Від неї залежить, як довго елемент працюватиме до заміни. Два фільтри з однаковою заявленою тонкістю можуть мати різну ефективність і брудоємність.
Перепад тиску та індикатор забруднення - перепад - це різниця тиску перед фільтром і після нього. У міру накопичення забруднень опір елемента зростає, а багато фільтрів мають візуальний або електричний індикатор, що сигналізує про досягнення встановленого рівня. На холодній в'язкій оливі перепад вищий навіть у чистого фільтра, тому показання індикатора в холодній системі можуть бути оманливими.
Перепускний клапан (байпас) - клапан, що відкривається за надмірного перепаду тиску й пропускає рідину повз елемент. Він зберігає потік, але частина рідини проходить неочищеною, тож причину спрацювання байпаса потрібно усунути.
Клас чистоти за ISO 4406 - код, яким описують кількість твердих частинок у рідині гідросистеми. Виробник обладнання може вимагати певного класу чистоти, і фільтр підбирають так, щоб його забезпечити.

Як підібрати гідравлічний фільтр

Схожий вигляд чи розмір ще не означає придатності: фільтри однакового типорозміру можуть мати різний клас тиску, тонкість, пропускну здатність і клапани. Найнадійніше - підбір за каталожним номером оригінального фільтра чи елемента з наступною перевіркою параметрів аналога. Як читати таблиці відповідників, розповідає стаття «Cross reference list: що це таке й як користуватися ним під час підбору фільтрів», а про вибір між оригіналом і аналогом - стаття «Оригінальні запчастини чи якісний аналог: що вибрати».

Під час підбору враховують:

Каталожний номер оригінального фільтра чи елемента.
Тип фільтра й місце установки: всмоктувальний, напірний, зливний, автономний чи сапун.
Рідину: її тип і в'язкість.
Фільтрацію: потрібну тонкість, ефективність і клас чистоти, який вимагає виробник обладнання.
Витрату рідини та допустимий перепад тиску.
Робочий і піковий тиск.
Температуру та матеріал ущільнень.
Розміри, тип приєднання й різьби.
Перепускний клапан і наявність індикатора забруднення.

Якщо артикул невідомий, спершу визначають тип фільтра, місце його установки, розміри та характеристики гідросистеми, а підібраний варіант звіряють з документацією виробника техніки.

Чому не завжди потрібен найтонший фільтр

Правило «чим менше мікронів, тим краще» без урахування конструкції системи не працює. Тонший матеріал створює більший опір потоку, особливо за високої в'язкості оливи чи низької температури. Якщо елемент не розрахований на потрібну витрату, перепад тиску зростає: на всмоктувальній лінії це погіршує подачу до насоса й підвищує ризик кавітації, а на інших ділянках призводить до передчасного спрацювання байпаса. Тонкість фільтрації має відповідати вимогам виробника гідросистеми та чутливості її компонентів.

Коли перевіряти й міняти гідравлічний фільтр

Інтервал залежить від конструкції обладнання, умов експлуатації, типу елемента, стану рідини й регламенту виробника. Підставами для перевірки чи заміни можуть бути:

спрацювання індикатора забруднення (на прогрітій системі);
досягнення регламентного інтервалу обслуговування;
ремонт або руйнування насоса, гідромотора чи іншого вузла;
збільшена кількість продуктів зношування в оливі;
помітне забруднення чи деградація рідини;
потрапляння води або сторонніх речовин;
промивання системи після аварійної несправності.

Після серйозного пошкодження насоса недостатньо просто поставити нову деталь. Стружка й інші продукти руйнування можуть лишитися в баку, трубопроводах, клапанах і теплообміннику, тож гідросистема може потребувати комплексного очищення.

Типові помилки під час експлуатації

підбір аналога лише за розмірами;
ігнорування допустимого робочого тиску;
невідповідна тонкість фільтрації або недостатня пропускна здатність;
ігнорування індикатора забруднення й тривала робота з відкритим байпасом;
несумісні ущільнення;
заливання забрудненої оливи без попередньої фільтрації;
потрапляння пилу в систему під час обслуговування;
повторне використання одноразового елемента.

Гідравлічні фільтри в легкових автомобілях

Гідравлічні фільтри є й в автомобілі, хоча не завжди мають вигляд окремої деталі. У багатьох автоматичних коробках передач крізь фільтрувальний елемент проходить трансмісійна рідина, про заміну такого фільтра розповідає сторінка «Заміна фільтра автоматичної коробки передач». У системі рульового керування з гідропідсилювачем фільтр захищає насос і рульову рейку від твердих частинок, але є не в кожній системі як змінна деталь. Тип фільтра, рідину й інтервал заміни визначає виробник автомобіля.

Чому чистота рідини важлива для ресурсу обладнання

Фільтрувальний елемент коштує значно менше, ніж насос, гідромотор, розподільник чи прецизійний клапан, а чистота рідини безпосередньо впливає на умови їхньої роботи. Тому гідравлічний фільтр варто розглядати як функціональну частину системи, а не як звичайний витратний матеріал: його добирають під конструкцію обладнання, необхідну чистоту, витрату, тиск, температуру й умови експлуатації.

Товари та супутні матеріали TESMA

Гідравлічні фільтри - підбір за каталожним номером, типом установки та параметрами гідросистеми.
Гідравлічні оливи - робоча рідина, чистоту й в'язкість якої контролюють разом із фільтром.
Трансмісійно-гідравлічні оливи - для техніки, де виробник передбачає таку оливу.

Пов'язані сторінки бази знань TESMA

Що ще почитати на цю тему

Часті запитання

Для чого потрібен гідравлічний фільтр?

Він видаляє з робочої рідини частинки, які пошкоджують насос, клапани, гідроциліндри й гідромотори, та допомагає тримати чистоту рідини на рівні, потрібному обладнанню.

Який фільтр кращий - 5 чи 10 мкм?

Універсальної відповіді немає. Потрібну тонкість задає виробник гідросистеми, а саме число мікрометрів без ефективності, витрати, в'язкості оливи й допустимого перепаду тиску мало що каже. Тонший фільтр не завжди кращий, бо створює більший опір потоку.

Чому гідравлічний фільтр швидко забивається?

Причиною може бути сильне зовнішнє забруднення, деградація оливи, інтенсивне зношування вузла, який дає багато частинок, або елемент, не розрахований на потрібну витрату чи брудоємність. Якщо фільтр забивається помітно швидше, ніж зазвичай, варто шукати причину, а не лише міняти елемент.

Чи можна промивати гідравлічний фільтр?

Це залежить від конструкції. Деякі металеві сітчасті елементи допускають очищення, якщо це передбачив виробник. Паперові й більшість тонких синтетичних елементів призначені для одноразового використання.

Чим напірний фільтр відрізняється від зливного?

Напірний працює після насоса під високим тиском, тому має міцніший корпус і захищає чутливі вузли. Зливний стоїть на лінії повернення рідини в бак, де умови роботи й вимоги до конструкції та витрати інші. Вони не взаємозамінні.

Для чого потрібен фільтр-сапун?

Сапун пропускає повітря в бак і з нього, коли змінюється рівень оливи, та водночас затримує пил. Осушувальні сапуни додатково зменшують надходження вологи.

Практичний висновок: гідравлічний фільтр підтримує чистоту рідини й береже найдорожчі вузли системи. Підбирайте його за каталожним номером і параметрами гідросистеми, стежте за перепадом тиску й індикатором, не ставте надто тонкий елемент без урахування витрати, а також не забувайте про чистоту нової оливи та сапун гідробака.