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

Гідравлічні фільтри призначені для очищення робочої рідини від пилу, абразивних частинок, продуктів зношування, корозії та інших забруднень, здатних пошкодити насос, клапани, гідроциліндри, гідромотори та інші компоненти гідросистеми. Правильно організована фільтрація допомагає підтримувати необхідну чистоту гідравлічної оливи, зменшує зношування деталей і підвищує надійність гідравлічного обладнання.

Гідрофільтри використовують у будівельній, дорожній, сільськогосподарській, складській, промисловій та спеціальній техніці. Залежно від конструкції системи вони можуть встановлюватися на всмоктувальній, напірній або зливній магістралі, безпосередньо в гідравлічному баку або в окремому автономному контурі очищення.

Як працює гідравлічна система

Гідравлічний привід передає енергію від двигуна до робочого механізму за допомогою потоку рідини під тиском. Такий принцип дозволяє створювати значні робочі зусилля без складної системи механічних шестерень, валів і важелів.

Двигун приводить у дію гідравлічний насос. Насос створює потік робочої рідини, а опір навантаження формує тиск у системі. Через трубопроводи, клапани та розподільники рідина надходить до виконавчого механізму - гідроциліндра або гідромотора. Там гідравлічна енергія перетворюється на лінійний або обертальний механічний рух.

Після виконання роботи рідина повертається зворотною магістраллю до гідравлічного бака, звідки знову надходить до насоса. Таким чином робоча рідина постійно циркулює всередині системи.

Навіщо гідравлічній системі потрібна фільтрація

Компоненти сучасних гідросистем мають точні робочі поверхні та невеликі зазори. Навіть мікроскопічні тверді частинки можуть потрапляти між поверхнями тертя, викликати абразивне зношування, пошкодження ущільнень, заклинювання клапанів та погіршення роботи насосів.

Особливо небезпечним є ланцюговий процес зношування. Стороння частинка пошкоджує поверхню деталі, після чого в оливі з'являються нові металеві частинки. Вони продовжують циркулювати системою та прискорюють зношування інших компонентів.

Основне завдання гідравлічного фільтра - вилучати забруднення з потоку робочої рідини та підтримувати рівень чистоти, необхідний для безпечної роботи обладнання.

Які забруднення зустрічаються у гідравлічній рідині

У процесі роботи в гідравлічній оливі можуть накопичуватися різні типи забруднень:

• дорожній і промисловий пил;
• пісок та інші мінеральні абразивні частинки;
• металеві продукти зношування насосів, клапанів, гідроциліндрів і гідромоторів;
• частинки іржі та інші продукти корозії;
• волокна, фарба, залишки герметиків та ущільнювальних матеріалів;
• частинки гуми й полімерів зі шлангів та ущільнень;
• продукти старіння та окиснення гідравлічної оливи;
• шлам і лакові відкладення;
• вода у вільному, емульгованому або розчиненому стані;
• повітря та піна;
• мікробіологічні забруднення у водовмісних робочих рідинах.

Для звичайної фільтрації найбільше значення мають тверді частинки. Водночас стан гідравлічної рідини визначається не лише її механічною чистотою. Вода, повітря та продукти окиснення також можуть негативно впливати на ресурс і стабільність роботи системи.

Звідки беруться забруднення у гідросистемі

Забруднення після виробництва та складання

У нових трубопроводах, баках і компонентах можуть залишатися металева стружка, задирки, пил, абразив після механічної обробки, залишки ущільнювальних матеріалів та інші технологічні забруднення. Тому нова система також потребує контролю чистоти.

Нова гідравлічна олива

Свіжа олива з бочки або іншої транспортної тари не обов'язково має рівень чистоти, необхідний конкретному обладнанню. У вимогливих гідросистемах під час заправлення застосовують додаткову фільтрацію робочої рідини.

Забруднення із зовнішнього середовища

Пил, пісок і волога можуть проникати через сапун гідравлічного бака, ущільнення штоків, негерметичні з'єднання, а також під час ремонту та технічного обслуговування.

Продукти внутрішнього зношування

Насоси, гідромотори, гідроциліндри, клапани та інші компоненти поступово зношуються. У рідину потрапляють металеві та неметалеві мікрочастинки, які необхідно своєчасно вилучати з циркуляції.

Вода та конденсат

Через добові та сезонні зміни температури всередині гідравлічного бака може утворюватися конденсат. Вода сприяє корозії, погіршує властивості оливи та може прискорювати її деградацію.

Шланги, ущільнення та полімерні матеріали

Під дією температури, тиску, часу та робочої рідини гумові й полімерні матеріали поступово старіють. Частинки матеріалу можуть відокремлюватися від шлангів, ущільнень та інших елементів і потрапляти в гідравлічну оливу.

Як очищують гідравлічну рідину

Механічна фільтрація

Основний спосіб очищення полягає у пропусканні робочої рідини через пористий фільтрувальний матеріал. Залежно від конструкції елемент затримує забруднення певного розміру.

Видалення води

Для видалення води застосовують спеціальні водопоглинальні фільтроелементи, коалесцентні системи та установки вакуумного зневоднення. Конкретний спосіб залежить від кількості води, типу робочої рідини та вимог обладнання.

Видалення продуктів старіння оливи

У спеціалізованих системах кондиціювання можуть використовуватися адсорбційні матеріали для зменшення концентрації продуктів окиснення, смолистих і лакових відкладень.

Видалення повітря

Правильна конструкція бака та зворотної магістралі повинна сприяти відділенню повітря від оливи. Надмірне аерування може викликати шум, пінення, нестабільну роботу виконавчих механізмів і погіршення умов роботи насоса.

Матеріали фільтрувальних елементів

Металева сітка

Сітчасті фільтроелементи переважно використовують для грубого очищення. Вони відрізняються високою механічною міцністю, невеликим опором потоку та в окремих конструкціях можуть очищуватися і використовуватися повторно, якщо це дозволено виробником.

Целюлоза

Целюлозний фільтрувальний матеріал широко застосовується у стандартних гідравлічних фільтрах. Він забезпечує прийнятну ефективність очищення за відносно невисокої вартості.

Синтетичне та скловолокно

Багатошарові синтетичні матеріали та скловолокно забезпечують високу грязеємність і стабільне затримання дрібних частинок. Для підвищення механічної міцності фільтрувальний пакет може додатково армуватися металевою сіткою.

Спеціальні фільтрувальні матеріали

Для окремих завдань застосовують водопоглинальні, коалесцентні та адсорбційні матеріали, призначені не лише для затримання твердих частинок, а й для кондиціювання робочої рідини.

Основні види гідравлічних фільтрів

Гідрофільтри класифікують насамперед за місцем встановлення в гідравлічному контурі. Умови роботи на різних ділянках системи суттєво відрізняються, тому фільтри мають різні вимоги до міцності корпусу, пропускної здатності, тонкості очищення та допустимого перепаду тиску.

Всмоктувальні гідравлічні фільтри

Всмоктувальний фільтр встановлюється між баком і входом гідравлічного насоса або безпосередньо всередині резервуара. Його завдання - захистити насос від відносно великих забруднень.

Для всмоктувальної лінії критично важливий невеликий опір потоку. Надмірно тонкий, забруднений або неправильно підібраний елемент може обмежувати подачу рідини до насоса та створювати умови для кавітації.

Напірні гідравлічні фільтри

Напірний фільтр встановлюється після гідравлічного насоса у магістралі високого тиску. Він очищає робочу рідину перед клапанами, розподільниками, сервокомпонентами, гідромоторами та іншими чутливими вузлами.

Корпус напірного фільтра повинен бути розрахований на максимальний робочий і піковий тиск конкретної системи. Напірний і зливний фільтри не є взаємозамінними лише через схожий зовнішній вигляд.

Зливні гідравлічні фільтри

Зливний, або поворотний, гідрофільтр встановлюється на лінії повернення робочої рідини до бака. Він затримує продукти зношування та інші забруднення, що потрапили в оливу під час її проходження через компоненти системи.

Зливні фільтри можуть встановлюватися безпосередньо в трубопроводі або монтуватися в гідробаку. Під час підбору необхідно враховувати можливу пікову витрату рідини у зворотній магістралі.

Автономні та off-line фільтри

Автономна, або off-line, фільтрація працює незалежно від основного гідравлічного контуру. Окремий насос забирає рідину з бака, пропускає її через фільтр і повертає назад у резервуар.

Така схема дозволяє здійснювати постійне тонке очищення робочої рідини, а за відповідної комплектації - видаляти воду та інші небажані компоненти.

Фільтри-сапуни гідравлічного бака

Під час роботи рівень оливи у гідробаку змінюється, тому резервуар постійно приймає та випускає повітря. Разом із нефільтрованим повітрям усередину можуть потрапляти пил та волога.

Фільтр-сапун очищає повітря, що надходить до резервуара. Для техніки, яка працює у вологому середовищі, можуть застосовуватися осушувальні сапуни з вологопоглинальним матеріалом.

Що означає тонкість фільтрації в мікронах

Тонкість фільтрації вказують у мікрометрах - мкм. Однак саме число, наприклад 5, 10 або 25 мкм, не завжди дає повне уявлення про ефективність фільтроелемента.

Необхідно розрізняти номінальну та абсолютну тонкість фільтрації. Для технічної оцінки сучасних гідравлічних фільтрів використовують показники ефективності затримання частинок, визначені стандартизованими випробуваннями.

Тому два фільтри з однаковим зазначеним розміром пор можуть мати різну фактичну ефективність очищення та різну грязеємність.

Перепад тиску та індикатор забруднення

Під час накопичення забруднень опір фільтрувального елемента поступово збільшується. Різниця тиску перед фільтром і після нього називається перепадом тиску.

Багато гідравлічних фільтрів оснащуються візуальним або електричним індикатором забруднення. Він сигналізує про досягнення встановленого рівня опору та необхідність перевірки або заміни фільтроелемента.

У деяких конструкціях передбачено перепускний клапан - bypass. Якщо перепад тиску стає надмірним, клапан відкриває обхідний канал. Це дозволяє зберегти потік рідини, але частина рідини може проходити без необхідного очищення, тому причину спрацювання байпаса потрібно усунути.

Як правильно підібрати гідравлічний фільтр

Підбирати гідрофільтр лише за зовнішнім виглядом або геометричними розмірами неправильно. Навіть схожі за конструкцією фільтри можуть мати різний клас тиску, тонкість очищення, пропускну здатність та характеристики клапанів.

Під час підбору потрібно враховувати:

• оригінальний каталожний номер фільтра або фільтроелемента;
• тип фільтра та місце його встановлення;
• тип і в'язкість робочої рідини;
• необхідну тонкість та ефективність фільтрації;
• максимальну витрату рідини;
• робочий і піковий тиск;
• допустимий перепад тиску;
• робочу температуру;
• матеріал ущільнень;
• геометричні та приєднувальні розміри;
• тип різьби;
• параметри перепускного клапана;
• наявність індикатора забруднення.

Найнадійніший варіант - підбір за оригінальним номером із подальшою перевіркою всіх технічних параметрів аналога. Якщо артикул невідомий, необхідно визначити тип фільтра, місце встановлення, розміри та характеристики гідросистеми.

Чому не завжди потрібно встановлювати максимально тонкий фільтр

Правило «чим менше мікронів, тим краще» не можна застосовувати без урахування конструкції гідросистеми. Тонший фільтрувальний матеріал може створювати більший опір потоку, особливо за високої в'язкості оливи або низької температури.

Якщо елемент не розрахований на необхідну витрату, виникає надмірний перепад тиску. На всмоктувальній магістралі це може погіршити подачу рідини до насоса та сприяти виникненню кавітації.

Тонкість фільтрації повинна відповідати вимогам виробника гідросистеми та чутливості її компонентів.

Коли потрібно міняти гідравлічний фільтр

Інтервал заміни залежить від конструкції обладнання, умов експлуатації, типу фільтроелемента, стану робочої рідини та регламенту виробника.

Підставами для перевірки або заміни можуть бути:

• спрацювання індикатора забруднення;
• досягнення регламентного інтервалу обслуговування;
• ремонт або руйнування насоса, гідромотора чи іншого компонента;
• підвищена кількість продуктів зношування в оливі;
• значне забруднення або деградація робочої рідини;
• потрапляння води або сторонніх речовин;
• промивання системи після аварійної несправності.

Після серйозного пошкодження насоса або іншого компонента недостатньо просто встановити нову деталь. Металева стружка та інші продукти руйнування можуть залишитися в баку, трубопроводах, клапанах і теплообміннику, тому гідросистема може потребувати комплексного очищення.

Типові помилки під час експлуатації гідрофільтрів

• підбір аналога тільки за розмірами;
• ігнорування допустимого робочого тиску;
• використання невідповідної тонкості фільтрації;
• недостатня пропускна здатність фільтра;
• ігнорування індикатора забруднення;
• тривала робота системи з відкритим байпасом;
• встановлення несумісних ущільнень;
• заливання забрудненої оливи без попередньої фільтрації;
• потрапляння пилу в систему під час технічного обслуговування;
• повторне використання одноразового фільтроелемента.

Чому стан гідравлічного фільтра важливий для ресурсу обладнання

Фільтрувальний елемент коштує значно менше, ніж гідравлічний насос, гідромотор, розподільник або прецизійний клапан. Водночас чистота робочої рідини безпосередньо впливає на умови роботи цих компонентів.

Ефективна система фільтрації повинна відповідати конструкції обладнання, необхідному рівню чистоти, витраті рідини, робочому тиску, температурі та умовам експлуатації. Саме тому гідравлічний фільтр потрібно розглядати як важливий функціональний елемент системи, а не просто як черговий витратний матеріал.

Поширені запитання про гідравлічні фільтри

Для чого потрібен гідравлічний фільтр?

Гідравлічний фільтр видаляє з робочої рідини забруднення, які можуть пошкоджувати насос, клапани, гідроциліндри, гідромотори та інші компоненти системи.

Де встановлюється гідравлічний фільтр?

Залежно від конструкції системи фільтр може знаходитися на всмоктувальній лінії, після насоса на напірній магістралі, на лінії повернення перед баком або в окремому автономному контурі.

Який гідравлічний фільтр кращий - 5 чи 10 мкм?

Універсальної відповіді немає. Необхідна тонкість очищення визначається вимогами конкретної гідросистеми. Також потрібно враховувати ефективність фільтроелемента, витрату рідини, її в'язкість та допустимий перепад тиску.

Чому швидко забивається гідравлічний фільтр?

Причиною може бути значне зовнішнє забруднення, деградація оливи, нормальне накопичення продуктів зношування або несправність одного з компонентів, який генерує надмірну кількість частинок.

Чи можна промивати гідравлічний фільтр?

Це залежить від конструкції. Деякі сітчасті металеві елементи допускають очищення, якщо це передбачено виробником. Паперові та більшість тонких синтетичних фільтроелементів призначені для одноразового використання.

Чим напірний фільтр відрізняється від зливного?

Напірний фільтр працює після насоса під високим тиском і має відповідну міцність корпусу. Зливний фільтр встановлюється на магістралі повернення рідини до гідробака, де умови роботи та вимоги до конструкції інші.

Для чого потрібен фільтр-сапун?

Сапун забезпечує надходження та вихід повітря з гідравлічного резервуара й одночасно захищає його від потрапляння пилу. Осушувальні сапуни додатково зменшують надходження вологи.

Висновок

Правильно підібраний гідравлічний фільтр підтримує необхідну чистоту робочої рідини, зменшує абразивне зношування компонентів і допомагає продовжити ресурс гідросистеми. Під час вибору потрібно враховувати не лише розміри фільтра, а й місце встановлення, витрату, робочий тиск, тонкість та ефективність очищення, тип робочої рідини й конструктивні характеристики конкретного обладнання.