Гидравлические фильтры: виды, принцип работы, фильтрация и правильный подбор

Гидравлические фильтры предназначены для очистки рабочей жидкости от пыли, абразивных частиц, продуктов износа, коррозии и других загрязнений, способных повредить насос, клапаны, гидроцилиндры, гидромоторы и другие компоненты гидросистемы. Правильно организованная фильтрация помогает поддерживать необходимую чистоту гидравлического масла, уменьшает износ деталей и повышает надежность гидравлического оборудования.

Гидрофильтры применяются в строительной, дорожной, сельскохозяйственной, складской, промышленной и специальной технике. В зависимости от конструкции системы они могут устанавливаться во всасывающей, напорной или сливной магистрали, непосредственно в гидравлическом баке или в отдельном автономном контуре очистки.

Как работает гидравлическая система

Гидравлический привод передает энергию от двигателя к рабочему механизму с помощью потока жидкости под давлением. Такой принцип позволяет создавать значительные рабочие усилия без сложной системы механических шестерен, валов и рычагов.

Двигатель приводит в действие гидравлический насос. Насос создает поток рабочей жидкости, а сопротивление нагрузки формирует давление в системе. Через трубопроводы, клапаны и распределители жидкость поступает к исполнительному механизму - гидроцилиндру или гидромотору. Там гидравлическая энергия преобразуется в линейное или вращательное механическое движение.

После выполнения работы жидкость возвращается по обратной магистрали в гидравлический бак, откуда снова поступает к насосу. Таким образом рабочая жидкость постоянно циркулирует внутри системы.

Зачем гидравлической системе нужна фильтрация

Компоненты современных гидросистем имеют точные рабочие поверхности и небольшие зазоры. Даже микроскопические твердые частицы способны попадать между трущимися поверхностями, вызывать абразивный износ, повреждение уплотнений, заклинивание клапанов и ухудшение работы насосов.

Особенно опасен цепной процесс износа. Посторонняя частица повреждает поверхность детали, после чего в масле появляются новые металлические частицы. Они продолжают циркулировать по системе и ускоряют износ других компонентов.

Основная задача гидравлического фильтра - удалять загрязнения из потока рабочей жидкости и поддерживать уровень чистоты, необходимый для безопасной работы оборудования.

Какие загрязнения встречаются в гидравлической жидкости

В процессе работы в гидравлическом масле могут накапливаться различные виды загрязнений:

• дорожная и промышленная пыль;
• песок и другие минеральные абразивные частицы;
• металлические продукты износа насосов, клапанов, гидроцилиндров и гидромоторов;
• частицы ржавчины и другие продукты коррозии;
• волокна, краска, остатки герметиков и уплотнительных материалов;
• частицы резины и полимеров из шлангов и уплотнений;
• продукты старения и окисления гидравлического масла;
• шлам и лаковые отложения;
• вода в свободном, эмульгированном или растворенном состоянии;
• воздух и пена;
• микробиологические загрязнения в водосодержащих рабочих жидкостях.

Для обычной фильтрации наибольшее значение имеют твердые частицы. Однако состояние гидравлической жидкости определяется не только ее механической чистотой. Вода, воздух и продукты окисления также могут негативно влиять на ресурс и стабильность работы системы.

Откуда берутся загрязнения в гидросистеме

Загрязнения после производства и сборки

В новых трубопроводах, баках и компонентах могут оставаться металлическая стружка, заусенцы, пыль, абразив после механической обработки, остатки уплотнительных материалов и другие технологические загрязнения. Поэтому новая система также требует контроля чистоты.

Новое гидравлическое масло

Свежее масло из бочки или другой транспортной тары не обязательно имеет уровень чистоты, необходимый конкретному оборудованию. В требовательных гидросистемах при заправке применяется дополнительная фильтрация рабочей жидкости.

Загрязнения из внешней среды

Пыль, песок и влага могут проникать через сапун гидравлического бака, уплотнения штоков, негерметичные соединения, а также во время ремонта и технического обслуживания.

Продукты внутреннего износа

Насосы, гидромоторы, гидроцилиндры, клапаны и другие компоненты постепенно изнашиваются. В жидкость попадают металлические и неметаллические микрочастицы, которые необходимо своевременно удалять из циркуляции.

Вода и конденсат

Из-за суточных и сезонных изменений температуры внутри гидравлического бака может образовываться конденсат. Вода способствует коррозии, ухудшает свойства масла и может ускорять его деградацию.

Шланги, уплотнения и полимерные материалы

Под действием температуры, давления, времени и рабочей жидкости резиновые и полимерные материалы постепенно стареют. Частицы материала могут отделяться от шлангов, уплотнений и других элементов и попадать в гидравлическое масло.

Как очищают гидравлическую жидкость

Механическая фильтрация

Основной способ очистки заключается в пропускании рабочей жидкости через пористый фильтрующий материал. В зависимости от конструкции элемент задерживает загрязнения определенного размера.

Удаление воды

Для удаления воды применяют специальные водопоглощающие фильтрующие элементы, коалесцентные системы и установки вакуумного обезвоживания. Конкретный способ зависит от количества воды, типа рабочей жидкости и требований оборудования.

Удаление продуктов старения масла

В специализированных системах кондиционирования могут использоваться адсорбционные материалы для снижения концентрации продуктов окисления, смолистых и лаковых отложений.

Удаление воздуха

Правильная конструкция бака и обратной магистрали должна способствовать отделению воздуха от масла. Чрезмерная аэрация может вызывать шум, пенообразование, нестабильную работу исполнительных механизмов и ухудшение условий работы насоса.

Материалы фильтрующих элементов

Металлическая сетка

Сетчатые фильтрующие элементы преимущественно используются для грубой очистки. Они отличаются высокой механической прочностью, небольшим сопротивлением потоку и в некоторых конструкциях могут очищаться и использоваться повторно, если это допускается производителем.

Целлюлоза

Целлюлозный фильтрующий материал широко применяется в стандартных гидравлических фильтрах. Он обеспечивает приемлемую эффективность очистки при относительно невысокой стоимости.

Синтетическое и стекловолокно

Многослойные синтетические материалы и стекловолокно обеспечивают высокую грязеемкость и стабильное удержание мелких частиц. Для повышения механической прочности фильтрующий пакет может дополнительно армироваться металлической сеткой.

Специальные фильтрующие материалы

Для отдельных задач применяются водопоглощающие, коалесцентные и адсорбционные материалы, предназначенные не только для задержания твердых частиц, но и для кондиционирования рабочей жидкости.

Основные виды гидравлических фильтров

Гидрофильтры классифицируют прежде всего по месту установки в гидравлическом контуре. Условия работы на разных участках системы существенно отличаются, поэтому фильтры имеют различные требования к прочности корпуса, пропускной способности, тонкости очистки и допустимому перепаду давления.

Фильтр гидравлический всасывающий

Всасывающий фильтр устанавливается между баком и входом гидравлического насоса либо непосредственно внутри резервуара. Его задача - защитить насос от относительно крупных загрязнений.

Для всасывающей линии критически важно небольшое сопротивление потоку. Чрезмерно тонкий, загрязненный или неправильно подобранный элемент может ограничивать подачу жидкости к насосу и создавать условия для кавитации.

Фильтр гидравлический напорный

Напорный фильтр устанавливается после гидравлического насоса в магистрали высокого давления. Он очищает рабочую жидкость перед клапанами, распределителями, сервокомпонентами, гидромоторами и другими чувствительными узлами.

Корпус напорного фильтра должен быть рассчитан на максимальное рабочее и пиковое давление конкретной системы. Напорный и сливной фильтры нельзя считать взаимозаменяемыми только из-за сходного внешнего вида.

Фильтр гидравлический сливной

Сливной, или возвратный, гидрофильтр устанавливается на линии возврата рабочей жидкости в бак. Он задерживает продукты износа и другие загрязнения, попавшие в масло во время его прохождения через компоненты системы.

Сливные фильтры могут устанавливаться непосредственно в трубопроводе либо монтироваться в гидробаке. При подборе необходимо учитывать возможный пиковый расход жидкости в обратной магистрали.

Автономные и off-line фильтры

Автономная, или off-line, фильтрация работает независимо от основного гидравлического контура. Отдельный насос забирает жидкость из бака, пропускает ее через фильтр и возвращает обратно в резервуар.

Такая схема позволяет выполнять постоянную тонкую очистку рабочей жидкости, а при соответствующей комплектации - удалять воду и другие нежелательные компоненты.

Фильтры-сапуны гидравлического бака

Во время работы уровень масла в гидробаке изменяется, поэтому резервуар постоянно принимает и выпускает воздух. Вместе с нефильтрованным воздухом внутрь могут попадать пыль и влага.

Фильтр-сапун очищает поступающий в резервуар воздух. Для техники, работающей во влажной среде, могут применяться осушающие сапуны с влагопоглощающим материалом.

Что означает тонкость фильтрации в микронах

Тонкость фильтрации указывается в микрометрах - мкм. Однако само число, например 5, 10 или 25 мкм, не всегда дает полное представление об эффективности фильтрующего элемента.

Необходимо различать номинальную и абсолютную тонкость фильтрации. Для технической оценки современных гидравлических фильтров используют показатели эффективности удержания частиц, определенные стандартизованными испытаниями.

Поэтому два фильтра с одинаковым указанным размером пор могут иметь различную фактическую эффективность очистки и разную грязеемкость.

Перепад давления и индикатор загрязнения

По мере накопления загрязнений сопротивление фильтрующего элемента постепенно увеличивается. Разность давления до и после фильтра называется перепадом давления.

Многие гидравлические фильтры оснащаются визуальным или электрическим индикатором загрязнения. Он сигнализирует о достижении установленного уровня сопротивления и необходимости проверки или замены фильтрующего элемента.

В некоторых конструкциях предусмотрен перепускной клапан - bypass. Если перепад давления становится чрезмерным, клапан открывает обходной канал. Это позволяет сохранить поток жидкости, однако часть масла может проходить без необходимой очистки, поэтому причину срабатывания байпаса необходимо устранить.

Как правильно подобрать гидравлический фильтр

Подбирать гидрофильтр только по внешнему виду или геометрическим размерам неправильно. Даже похожие по конструкции фильтры могут иметь разный класс давления, тонкость очистки, пропускную способность и характеристики клапанов.

При подборе необходимо учитывать:

• оригинальный каталожный номер фильтра или фильтрующего элемента;
• тип фильтра и место его установки;
• тип и вязкость рабочей жидкости;
• необходимую тонкость и эффективность фильтрации;
• максимальный расход жидкости;
• рабочее и пиковое давление;
• допустимый перепад давления;
• рабочую температуру;
• материал уплотнений;
• геометрические и присоединительные размеры;
• тип резьбы;
• параметры перепускного клапана;
• наличие индикатора загрязнения.

Наиболее надежный вариант - подбор по оригинальному каталожному номеру с последующей проверкой всех технических параметров аналога. Если артикул неизвестен, необходимо определить тип фильтра, место установки, размеры и характеристики гидросистемы.

Почему не всегда нужно устанавливать максимально тонкий фильтр

Правило «чем меньше микрон, тем лучше» нельзя применять без учета конструкции гидросистемы. Более тонкий фильтрующий материал может создавать большее сопротивление потоку, особенно при высокой вязкости масла или низкой температуре.

Если элемент не рассчитан на необходимый расход, возникает чрезмерный перепад давления. Во всасывающей магистрали это может ухудшить подачу жидкости к насосу и способствовать возникновению кавитации.

Тонкость фильтрации должна соответствовать требованиям производителя гидросистемы и чувствительности ее компонентов.

Когда нужно менять гидравлический фильтр

Интервал замены зависит от конструкции оборудования, условий эксплуатации, типа фильтрующего элемента, состояния рабочей жидкости и регламента производителя.

Основаниями для проверки или замены могут быть:

• срабатывание индикатора загрязнения;
• достижение регламентного интервала технического обслуживания;
• ремонт или разрушение насоса, гидромотора или другого компонента;
• повышенное количество продуктов износа в масле;
• значительное загрязнение или деградация рабочей жидкости;
• попадание воды или посторонних веществ;
• промывка системы после аварийной неисправности.

После серьезного повреждения насоса или другого компонента недостаточно просто установить новую деталь. Металлическая стружка и другие продукты разрушения могут остаться в баке, трубопроводах, клапанах и теплообменнике, поэтому гидросистема может потребовать комплексной очистки.

Типичные ошибки при эксплуатации гидрофильтров

• подбор аналога только по размерам;
• игнорирование допустимого рабочего давления;
• использование неподходящей тонкости фильтрации;
• недостаточная пропускная способность фильтра;
• игнорирование индикатора загрязнения;
• длительная работа системы с открытым байпасом;
• установка несовместимых уплотнений;
• заливка загрязненного масла без предварительной фильтрации;
• попадание пыли в систему при техническом обслуживании;
• повторное использование одноразового фильтрующего элемента.

Почему состояние гидравлического фильтра важно для ресурса оборудования

Фильтрующий элемент стоит значительно меньше, чем гидравлический насос, гидромотор, распределитель или прецизионный клапан. При этом чистота рабочей жидкости напрямую влияет на условия работы этих компонентов.

Эффективная система фильтрации должна соответствовать конструкции оборудования, необходимому уровню чистоты, расходу жидкости, рабочему давлению, температуре и условиям эксплуатации. Поэтому гидравлический фильтр следует рассматривать как важный функциональный элемент системы, а не просто как очередной расходный материал.

Часто задаваемые вопросы о гидравлических фильтрах

Для чего нужен гидравлический фильтр?

Гидравлический фильтр удаляет из рабочей жидкости загрязнения, способные повреждать насос, клапаны, гидроцилиндры, гидромоторы и другие компоненты системы.

Где устанавливается гидравлический фильтр?

В зависимости от конструкции системы фильтр может находиться во всасывающей линии, после насоса в напорной магистрали, на линии возврата перед баком или в отдельном автономном контуре.

Какой гидравлический фильтр лучше - 5 или 10 мкм?

Универсального ответа нет. Необходимая тонкость очистки определяется требованиями конкретной гидросистемы. Также нужно учитывать эффективность фильтрующего элемента, расход жидкости, ее вязкость и допустимый перепад давления.

Почему быстро забивается гидравлический фильтр?

Причиной может быть значительное внешнее загрязнение, деградация масла, нормальное накопление продуктов износа или неисправность одного из компонентов, генерирующего чрезмерное количество частиц.

Можно ли промывать гидравлический фильтр?

Это зависит от конструкции. Некоторые сетчатые металлические элементы допускают очистку, если это предусмотрено производителем. Бумажные и большинство тонких синтетических фильтрующих элементов предназначены для одноразового использования.

Чем напорный фильтр отличается от сливного?

Напорный фильтр работает после насоса под высоким давлением и имеет соответствующую прочность корпуса. Сливной фильтр устанавливается в магистрали возврата жидкости в гидробак, где условия работы и требования к конструкции отличаются.

Для чего нужен фильтр-сапун?

Сапун обеспечивает поступление и выход воздуха из гидравлического резервуара и одновременно защищает его от попадания пыли. Осушающие сапуны дополнительно уменьшают поступление влаги.

Вывод

Правильно подобранный гидравлический фильтр поддерживает необходимую чистоту рабочей жидкости, уменьшает абразивный износ компонентов и помогает продлить ресурс гидросистемы. При выборе необходимо учитывать не только размеры фильтра, но и место установки, расход, рабочее давление, тонкость и эффективность очистки, тип рабочей жидкости и конструктивные характеристики конкретного оборудования.