О гидросистемах начистоту (Часть 1)

Фильтры и прочие технологии очистки гидравлических масел

Настоятельно рекомендуем: не экономьте на фильтрах, не прельщайтесь низкой ценой, приобретайте фильтры проверенных брендов у проверенных дистрибьюторов, следите за общим состоянием гидросистемы, в конечном итоге это обойдется дешевле, чем большой ремонт и простой машины.

Часть 1 Часть 2

Чем отличаются гидравлические и масляные фильтры?

Прежде всего давайте разберемся, чем отличаются фильтры, используемые в гидросистемах, от фильтров систем смазки? Можно ли использовать гидравлические фильтры для фильтрации смазочного масла?

Хотя фильтры обоих типов созданы на основе одних и тех же принципов, имеются некоторые различия, связанные с разным назначением данных фильтров. Как правило, в гидросистемах устанавливается несколько фильтров, выполняющих разные функции. Поэтому существует несколько типов гидравлических фильтров, отличающихся в зависимости от места установки фильтра в гидросистеме и по конструкции (и принципу действия).

Фильтры грубой очистки в баке изготавливаются из металлического волокна от 90 до120 мкм.

Всасывающие гидравлические фильтры обеспечивают очистку масла (т. е. защиту насоса) от сравнительно крупных фракций грязи, могут устанавливаться в гидробаке, на крышке бака либо перед насосом. Рассчитаны на среднее давление около 70 бар. Производятся из целлюлозы или стекловолокна с номинальной тонкостью отсева 5–25 мкм. Дополнительно оснащаются тонкой ячеистой сеткой из нержавеющей стали, задерживающей частицы диаметром от 25 до 60 мкм. Фильтруют гидромасла любых видов.

Напорные гидравлические фильтры располагаются после насоса в напорной магистрали гидросистем дорожной техники, защищая высокочувствительные компоненты системы. Рассчитаны на тяжелые условия работы и высокое давление (110–450 бар), с расходом до 1000 л/мин, полнопоточного типа, способные выдержать перепады давления до 210 бар, имеют повышенную прочность конструкции, что обычно отражается в более высокой цене, корпус выполняется из высокопрочного чугуна или стали, из-за чего заметно тяжелей остальных видов гидравлических фильтров. В них используются фильтрующие элементы из стекловолокна с абсолютной тонкостью отсева 3–25 мкм. Диапазон рабочих температур среды – от –40 до +80 °С.

Каждый год компания MANN+HUMMEL существенно расширяет свой ассортимент фильтров для гидросистем специальной строительной и сельскохозяйственной техники, как утверждается, один из самых больших в Европе. Этот ассортимент удовлетворяет потребности свыше 30 000 моделей техники.

Например, фильтр Mann-Hummel H13104 оснащен фильтрующим элементом плотной однообразной структуры из микростекловолокна, задерживающим 99,9% загрязняющих частиц из масла, проходящего сквозь фильтр. Также фильтр укомплектован уплотнительными кольцами Buna, специально разработанными, чтобы выдерживать нагрузки, возникающие при «холодных пусках» машины, когда остывшее масло создает чрезвычайно высокое давление на компоненты фильтра. Диапазон рабочих температур этих уплотнений – от –45 до +110 °С.

В мае 2016 г. компания MANN+HUMMEL купила компанию Affinia Group, которой принадлежали бренды фильтров FILTRON и WIX.

Сливные фильтры устанавливаются в сливную линию перед теплообменником и сливом масла в бак, после всех компонентов системы. Фильтры этого типа рассчитаны на рабочее давление до 10 бар и не оснащаются усиленными внутренними трубками-обечайками, фильтрующим материалом многослойной структуры или корпусом с утолщенными стенками, используются в тех системах, в которых нет возможности установить напорные и всасывающие фильтры, а также в оборудовании, в составе которого работают гидроцилиндры. Они служат для тонкой фильтрации: удаления из рабочей жидкости загрязнений, появляющихся в процессе износа машины, продуктов окисления и распада масла, ржавчины и пр. Фильтрующий элемент состоит из упрочняющей сетки с ячейками с абсолютной тонкостью отсева 60–90 мкм, основного стекловолоконного фильтра с абсолютной тонкостью отсева 10–25 мкм и фильтровальной бумаги с абсолютной тонкостью отсева 10–30 мкм. Рабочее давление корпуса – от 4 до 30 бар.

Такие фильтры часто имеют бóльшие (по сравнению с напорными) типоразмеры и благодаря этому более длительный срок службы, у них часто бывает более высокий β-коэффициент (коэффициент фильтрования), который характеризует способность фильтра задерживать загрязнения определенного размера. Обычно такие фильтры устанавливают парами, и если один из них засоряется, масляную магистраль можно временно переключить на второй фильтр, чтобы заменить засоренный, не прерывая работы оборудования.

Например, компания Parker выпускает серию фильтров PT для сливных линий гидросистем мобильной и стационарной спецтехники. Фильтры устанавливаются на входе линии в гидробак. Номинальная производительность фильтров достигает 400 л/мин, рабочее давление – до 10 бар. В конструкции Parker масло под действием давления проходит через фильтр в гидробак, а загрязнения задерживаются. Навинчиваемые фильтры серии PT имеют неразборную и очень компактную конструкцию, что важно в машинах, где пространство ограничено. Компания дает на эти фильтры увеличенную гарантию, чем защищает себя и потребителей от изготовителей контрафакта, которые не могут предоставить на свои подделки подобную гарантию.

Фильтры сапунов (воздушные) служат для предохранения масла в гидробаке от проникновения твердых частиц извне с наружным воздухом, засасываемым при изменении уровня жидкости или температуры в резервуаре.

Заливные (заправочные) фильтры удаляют загрязнения из гидравлической жидкости при заправке бака.

Английская компания Eppensteiner Ltd (EPE) выпускает обширную линейку фильтров практически всех типов для гидравлических систем, для величины воздушного потока до 3500 м³/ч. В том числе выпускается несколько воздушных фильтров для сапунов гидробаков. Предлагаются фильтры разного типа: навинчиваемые (неразборные), комбинированные (воздушный + заправочный), фильтры фланцевого соединения, фильтры с малым перепадом давления. Используется специальный фильтрующий материал, способный абсорбировать воду.

Подводя итог, отметим основные отличия фильтров гидравлического типа от масляных: гидравлические фильтры рассчитаны на большее рабочее давление (до 450 бар), больший перепад давления и больший поток жидкости (до 1000 л/мин). В некоторых гидравлических фильтрах используется в качестве фильтрующих материалов металлическая сетка (обеспечивает абсолютную тонкость отсева от 10 до 250 мкм, имеет преимущество – возможность очистки).

Sogefi Group (Франция) предлагает высококачественные фильтры под брендом Sogefi Pro. Компания разработала и запатентовала множество оригинальных технологий и компонентов фильтров. Новый бренд выпущен взамен всех брендов фильтров для тяжелой техники, выпускаемых ранее Sogefi: Purflux, FRAM®, CoopersFiaam и Tecnocar.

Усовершенствования гидравлических фильтров

Основные компании-производители постоянно ведут работы по усовершенствованию гидравлических фильтров. Назовем лишь некоторые из инновационных разработок в этой отрасли.

Компания Bosch Rexroth разработала линейку фильтрующих элементов Pure Power (PWR) для гидравлических фильтров. Тонкость отсева отдельных марок этого фильтрующего материала составляет от 1 до 20 мкм. Материал изготавливается из микростекловолокна и имеет 6-слойную структуру. Благодаря этому у него на 50% повышена грязеемкость по сравнению с материалами предыдущего поколения и выше коэффициент фильтрования (эффективность захвата частиц загрязнений). Имеется электропроводящий слой, рассеивающий электростатический заряд, возникающий при использовании беззольных масел и не содержащих цинка. Также фильтрующий элемент оснащается опорной сеткой-обечейкой из нержавеющей стали на чистой стороне. Как заявляется, за одинаковый период времени владельцу придется заменить всего два новых фильтра вместо трех прежнего выпуска, при том, что фильтры Pure Power имеют такую же стоимость, как и их предшественники.

Triboguard – одна из новейших разработок концерна Donaldson в области гидравлических фильтроматериалов. Это современный синтетический материал, позволяющий на 73% увеличить грязеемкость и на 47% снизить перепад давления в гидравлическом фильтре при размерах, одинаковых с прежними фильтрами. Triboguard имеет многослойную структуру. Для обеспечения прочности гидравлического фильтра при работе в жидкой среде под давлением, а также для сохранения равномерной структуры складок наружный и внутренний слои фильтрующего материала выполнены из мелкой металлической сетки с эпоксидным покрытием. Поддерживающий материал обеспечивает прочность и целостность основного материала, а также задерживает более крупные частицы загрязнений, повышая тем самым грязеемкость фильтра и снижая нагрузку на основной материал. Основной материал изготовлен на основе технологии Synteq с применением синтетических волокон круглого сечения с гладкой поверхностью, что снижает сопротивление потоку. В результате обеспечивается коэффициент отсева гидравлического фильтра 99,9% для частиц размером 4 мкм. Это достигается за счет особенностей конструкции, в которой помимо стандартного внешнего кольцевого фильтроэлемента есть внутренний фильтроэлемент, помещенный во внутренний канал. В результате фильтруемая жидкость поступает не только к внешним стенкам фильтроэлемента, но и через торцевое отверстие к его внутренним стенкам. Прошедшая оба слоя навстречу очищенная жидкость по кольцевому каналу между слоями поступает в систему.

Корпорация Pall (США) разработала фильтровальный материал SRТ из инертных неорганических волокон, который благодаря особой структуре с порами конической формы и типу укладки шторы серповидной формы обеспечивает низкий перепад давления в фильтре, высокую площадь фильтрующей поверхности в заданном объеме фильтра и более равномерный проход фильтруемой жидкости через элемент. Материал обладает большой выносливостью к воздействию пульсаций потока и засорению различными загрязнителями. Фильтрующий элемент не содержит металлических деталей и полностью утилизируется. Конструкция позволяет извлекать из корпуса фильтра Ultipleat SRТ фильтроэлемент с помощью устройства Auto-Pull, что очень удобно.

Американская компания WIX Filters еще в 2014 г. выпустила «молекулярный поглотитель воды из гидравлических масел» – шнур из абсорбирующего материала, заключенного в сетку. Он абсорбирует из любых гидравлических масел влагу в любой форме – эмульсии, раствора, свободной воды. Новый продукт также абсорбирует перекиси, нейтрализует кислоты, препятствует гидрогенному охрупчиванию (питтинг металла) и изменению вязкости масла, предотвращает гидролиз в синтетических эфирах, а также рост колоний бактерий и микроскопических водорослей. Поглотитель просто прикрепляется к внутренней части крышки заливной горловины гидробака (должна быть не менее 30 мм в диаметре), чтобы потом его можно было извлечь. Поглощающая способность составляет примерно 12 мл на 1 см. Предлагаются варианты поглотителя для гидробаков емкостью 75, 150 и 230 л. Периодичность замены абсорбера в тяжелых условиях эксплуатации или при высокой влажности составляет 30 дней. Если машина эксплуатируется периодически, то 120 дней, а если поглотитель используется в емкостях для хранения гидравлического масла, то 1 раз в год. WIX Filters с 2016 г. входит в состав MANN & HUMMEL.

Могут ли гидравлические фильтры задерживать присадки, содержащиеся в масле?

В состав гидравлических масел входит ряд присадок. Например, в эксплуатации гидравлических масел в России существует проблема: если масло достаточно маловязкое для работы при очень низких температурах, оно плохо работает при высоких температурах летом: вязкость понижается настолько, что масло не образует защитную пленку на поверхностях трущихся деталей гидросистемы. Следовало бы использовать летом и зимой разные гидравлические масла, но на практике этого никто не хочет делать из соображений экономии, и операторы иногда вынуждены летом останавливать машины, когда масло в гидросистеме прогревается до +95 °С. Поэтому ведущие производители стремятся создать гидравлические масла, у которых сочеталась бы малая вязкость при низких температурах и сохранялась достаточно высокая вязкость при высоких температурах. Например, в «зимнее» гидравлическое масло, имеющее малую вязкость при низких температурах, добавляется присадка-загуститель, представляющая собой мелкие скопления полимерных волокон. При низких температурах они никак не влияют на вязкость масла, но при прогреве эти полимерные волокна распрямляются, увеличиваются в размерах и образуют сеть, повышая таким образом вязкость масла при высоких температурах.

В связи с этим некоторые потребители высказывают сомнения: не задерживают ли фильтры, особенно имеющие высокую тонкость отсева (1 мкм или меньше), вместе с загрязнениями и полезные составляющие гидравлических масел – присадки?

Специалисты отвечают на этот вопрос так. Загрязнения из масел удаляются различными способами: с помощью поляризующихся присадок, воду удаляют вакуумным и тепловым способами, загрязнения удаляют путем центробежной сепарации и фильтрации с помощью объемного абсорбента, и при всех этих способах существует определенный риск, что вместе с загрязнениями будут частично удаляться и некоторые присадки. Существуют некоторые типы присадок, которые несомненно могут быть удалены при мелкодисперсной фильтрации фильтрующим материалом объемного типа. Например, противопенные присадки. Они представляют собой полутвердые вещества в виде суспензии, имеющие размер от 5 до 10 мкм, и могут быть задержаны фильтром. Фильтры с абсолютной тонкостью отсева 1 мкм потенциально способны задерживать противозадирные присадки (серные и фосфорные), которые не растворяются и находятся в масле в виде суспензии твердых частиц. Однако при правильной организации процесса удаления загрязнений этот риск может быть сведен к минимуму.

Под марками Luber-Finer и FRAM выпускается обширный ассортимент фильтров для гидросистем дорожно-строительной, сельскохозяйственной, горнодобывающей и другой спецтехники. Заявляется, что фильтры взаимозаменяемы с аналогичными продуктами других брендов.

Fram Filtration Group является частью UCI International и выпускает продукты под такими брендами, как FRAM, Luber-Finer и PetroClear. Champion Laboratories Inc. тоже входит в состав Fram Filtration Group. Европейское отделение Fram входит в Sogefi Group.

Не экономьте на фильтрах!

Для очистки гидравлического масла от твердых загрязняющих частиц до допустимого уровня обычно бывает достаточно фильтрации. Однако владельцы техники часто считают очистку масла от загрязнений чем-то вторичным по отношению к непосредственным функциям гидравлической системы и поэтому часто недооценивают ее значение как важной составляющей рабочего процесса. Иногда предприятие слишком увлекается экономией, начинает использовать дешевые фильтры, и от этого страдает качество фильтрации.

Характеристики фильтров могут не соответствовать таким рабочим параметрам гидросистемы, как, например, расход потока масла в системе, наличие вибрации, или может отсутствовать перепад давления в фильтре из-за неправильно выбранного места его расположения в системе. От каждого из этих факторов зависит эффективность работы фильтрующего оборудования. В результате фильтры плохо выполняют свои функции из-за нарушения герметичности конструкции, недостаточной грязеемкости или малого коэффициента отсева.

И кроме того, фильтрация только половина дела. Очистка масла подразумевает не только удаление частиц загрязнений, но и предотвращение попадания загрязнений в гидросистему. Например, если вентиляционные сапуны, крышки и уплотнения в гидросистеме будут негерметичными, масло в гидросистеме никогда не будет чистым.

Как могут повреждаться гидравлические фильтры. Работа фильтров гидравлического масла особенно сильно зависит от изменения температуры среды и связанного с этим изменения давления. Увеличение перепада давления в результате охлаждения масла (и увеличения его вязкости) при прохождении масла через фильтрующий элемент может вызвать деформацию фильтрующего материала или разрыв в местах крепления его складок. В результате эффективность фильтра упадет.

Когда на гидравлическое масло действует высокое давление, масло немного сжимается, приблизительно на 2% на каждые 70 бар. Если в подводящем трубопроводе объем масла составляет 100 cм³ и на него действует давление 70 бар, масло сжимается на 2 cм³. Когда откроется клапан гидрораспределителя, за ним на масло уже не будет воздействовать давление, масло расширится, и мгновенный расход потока резко увеличится, возникнет пульсация, которая может быть очень опасной и может привести к неисправности. Такие резкие скачки давления могут стать причиной разрыва фильтрующего элемента, особенно если качество фильтра невысокое.

Кроме того, машины и прочее оборудование во время работы обычно вибрируют. Под воздействием пульсаций потока и вибрации мельчайшие абразивные частицы могут отрываться от фильтрующего элемента и снова попадать в поток жидкости.

Подводя итог всему вышесказанному, настоятельно рекомендуем: не экономьте на фильтрах, не прельщайтесь низкой ценой, приобретайте фильтры проверенных брендов у проверенных дистрибьюторов, следите за общим состоянием гидросистемы, в конечном итоге это обойдется дешевле, чем большой ремонт и простой машины.

Компания Sofima (входит в UFI Filters Group, Италия) предлагает не только огромную номенклатуру гидравлических фильтров всех типов и не только фильтрующие, но и коалесцирующие (собирающие в крупные капли) фильтрующие элементы для гидравлической жидкости, а также для топлива и смазочных масел. При прохождении разделяемой суспензией узких мест (отверстий или пор фильтровальной перегородки) находящиеся в ней дисперсные частицы неизбежно сталкиваются, за счет чего происходит их объединение и укрупнение. При достижении определенного размера укрупненные капли под действием гравитации осаждаются из потока. В то же время фильтр по-прежнему может осуществлять очистку проходящей среды привычным способом, задерживая достаточно крупные твердые и жидкие частицы. Механические фильтрующие элементы со специальными перегородками из полимеров, обеспечивающими слияние капель, задерживают не только до 80% свободной воды, содержащейся в гидравлической жидкости, но и твердые частицы (β10>2, т. е. более 50% частиц размером свыше 10 мкм).

Часть 1 Часть 2