Фильтры и прочие технологии очистки гидравлических масел

Лучшие способы фильтрации гидравлических масел

Несмотря на постоянное совершенствование бортовых систем фильтрации современной спецтехники, на долю отказов, вызванных загрязненностью рабочей жидкости, по разным данным, до сих пор приходится свыше 60% от общего количества неисправностей. Это происходит потому, что штатные фильтры часто не справляются с высокой эксплуатационной нагрузкой. Если проверки гидравлического масла показывают, что одной только фильтрации недостаточно, какие еще существуют способы и технологии очистки гидравлических масел от загрязнений, помимо масляных фильтров?

Можно использовать такие технологии, как центробежная очистка (позволяет задерживать частицы намного меньше 1 мкм, а эффективность центрифуги остается постоянной в течение всего срока службы), магнитная фильтрация (задерживающая ферромагнитные частицы независимо от их размера). Частицы этих типов часто составляют до 90% от всех частиц, содержащихся в масле.

Щелевые (пластинчатые) фильтры применяются в гидравлических системах при давлении до 65 бар и температуре 10–55 °С и предназначены для предварительной фильтрации минеральных масел. Состоят из корпуса, крышки и набора основных и промежуточных пластин на оси. Загрязненное масло поступает в фильтр, проходит через щели между пластинами, загрязнения задерживаются в щелях. Тонкость отсева определяется толщиной промежуточной пластины. Очистка фильтрующего пакета производится поворотом оси.

Для увеличения ресурса современных систем гидрооборудования в сочетании с перечисленными выше технологиями полезно периодически применять внешние портативные мобильные заправочные фильтрационные установки (иногда называемые «искусственная почка» или фильтровально-заправочные станции, ФЗС). Они позволяют промывать гидросистему и очищать гидравлическую жидкость перед заправкой в гидросистему. Как известно, при вскрытии бочки перед заправкой класс чистоты масла падает, как минимум, на один пункт. Применение портативных фильтрационных установок позволяет устранить проблемы, возникающие в ходе эксплуатации гидросистем наиболее дешевым способом и обеспечить очистку жидкости до класса частоты 16/14 (ISO).

Немаловажным преимуществом использования ФЗС является то, что в конструкцию техники при этом не требуется вносить изменений. Поэтому настоятельно рекомендуется использовать ФЗС, чтобы сохранить класс чистоты масла и не увеличить количество грязевых частиц в гидросистеме. Если речь идет о стационарном промышленном оборудовании, то для применения мобильной внешней очистной системы можно даже не останавливать рабочий процесс. Мобильные системы очистки гидравлических жидкостей способны удалять из рабочей среды воздух, инородные частицы и частично загрязнения масла. Такие мобильные заправочные фильтрационные установки выпускают не только зарубежные фирмы, но и ряд отечественных предприятий.

Фирма «АРГИС-Инжиниринг» (Санкт-Петербург) предлагает линейку портативных мобильных заправочных фильтрационных установок марки PFU (Portable Filtration Units), предназначенных для очистки гидравлических жидкостей после транспортировки и хранения при заправке гидросистем машин, а также для периодической очистки рабочей жидкости непосредственно на месте эксплуатации техники.

Установка представляет собой компактную и легкую конструкцию, состоящую из мотор-насоса и пары фильтров, сменных или одноразовых неразборных. Встроенный индикатор давления показывает, когда нужно заменять фильтры. Предлагается два варианта организации фильтрации: одно- и двухступенчатая. При одноступенчатой фильтрации два фильтра располагаются параллельно. Одного комплекта фильтров хватает для очистки 1500–1700 л масла до уровня 12-го класса чистоты по ГОСТу 17216–2001 (17/15 по ISO4406). При двухступенчатой схеме фильтры располагаются последовательно. Одного комплекта достаточно для очистки 1200–1500 л масла до уровня 10-го класса чистоты (16/14 по ISO).

Установки PFU могут работать от сети электропитания с напряжением 220 и 380 В, а также от бортовой сети машины с напряжением 12 или 24 В.

Компания «Гидростат» (Санкт-Петербург) производит мобильные заправочно-фильтрационные станции МЗФС, сочетающие в себе сразу несколько функций: удаление из рабочей жидкости различных загрязнений и перекачка гидравлического масла из резервуаров в гидросистемы машин, а также в обратном направлении. Большой ассортимент фильтров с различными значениями фильтрации позволяет на выходе получить необходимое качество очистки. Станции могут быть выполнены как в мобильном (на раме, на тележке), так и в стационарном исполнении. Рабочий диапазон температур окружающей среды – от –30 до +80 °С, производительность установок – от 20 до 60 л/мин, напряжение питания от общей электросети – 220 или 380 В. По заказу возможна разработка станций производительностью до 1000 л/мин и с возможностью питания от бортовой системы машины с напряжением 12 или 24 В. Количество степеней очистки – по желанию заказчика.

Также выпускают ФЗС фирмы Parker (США), STAUFF (Германия) и такие отечественные компании, как ООО «КВАНТА» (Московская обл.), АО «Энерпред-Гидравлик» (Москва), ООО «Орион» (Ижевск), ООО «Глоубкор» (Курск) и другие.

Как электростатические сепараторы помогают бороться с лаковыми отложениями

В развитии современного промышленного оборудования, и в том числе мобильной спецтехники, прослеживается отчетливая тенденция: повышение производительности и удельной мощности (т. е. приходящейся на единицу массы машины). В связи с этим в гидросистемах машин повышается рабочее давление. У современной мобильной спецтехники рабочее давление в гидросистеме в среднем составляет 350–380 бар, соответственно увеличились нагрузки на трущиеся детали, а зазоры между ними уменьшились. Значительно изменилась конструкция гидравлических систем машин, и существенно ужесточились требования к ним.

Специалисты отмечают, что в ближайшем будущем можно ожидать повышения данного давления до 500 бар, а некоторые китайские производители разрабатывают гидросистемы с давлением до 600 бар. Однако, чем выше рабочее давление в гидросистеме, тем выше и рабочие температуры жидкости. А после 60 °С при повышении температуры гидравлической жидкости на каждые 10 °С процессы окисления жидкости ускоряются в 2 раза. В результате окисления из жидкости выпадают твердые вещества, образующие лаки и твердые отложения на деталях гидроагрегатов, засоряющие фильтры и блокирующие клапаны.

Таким образом, для сохранения высоких качеств масла и продления срока его службы крайне важно на самых ранних стадиях очищать масло от электрически заряженных и дипольных частиц загрязнителей размером до субмикронного уровня, а также удалять из масла влагу. Нерастворимые продукты разложения масла в результате теплового воздействия и окисления, а также субмикронные твердые частицы, которые слишком малы, чтобы их могли задержать обычные механические фильтры, удаляют с помощью электростатических сепараторов. Что же такое электростатические сепараторы и чем они отличаются от обычных фильтров?

Сверхмалые твердые частицы способны электризоваться и притягиваться к другим электризующимся поверхностям. Частицы, образующие лаковые отложения, обычно электризуются в результате тех тепловых и окислительных процессов, при которых они и возникают. Поэтому, когда электризующиеся частицы попадают в электростатическое поле высокого напряжения (поле с высоким напряжением и отсутствием электрического тока), они притягиваются к отрицательному или положительному электродам. Практика показывает, что такие очистительные установки работают очень хорошо, если размеры и рабочие характеристики установки подобраны правильно.

Природа сил, действующих в электростатическом поле, такова, что скорости и расходы потока масла в таких системах должны быть очень низкими. Поэтому в электростатических сепараторах поток гидравлического масла многократно медленно проходит между электродами по каналу-лабиринту. Из масла предварительно удаляют воду (до низкого уровня содержания), т. к. вода проводит электрический ток и за счет этого ослабляет электростатическое поле. Также масло не должно содержать моющих и диспергирующих присадок, которые удерживают загрязнения в форме суспензии. Электростатическая сепарация – не «однопроходная» технология. Чтобы поддерживать низкий уровень содержания загрязнений в масле, весь объем масла, содержащегося в системе, должен проходить сепарацию не реже одного раза каждые 24 часа.

Главная особенность и преимущество электростатических очистительных установок заключается в их способности удалять из масла не только твердые частицы, но и «полужидкие» загрязнения, такие как продукты разложения масла. Если продукты разложения масла не удалять, они оседают на поверхностях ответственных деталей машины, таких как клапаны, трубопроводы, подшипники и радиаторы, и образуют лаковые отложения и шлам. Метод фильтрации с помощью внешних электростатических очистительных установок приобретает все большую популярность по мере того, как появляется положительный опыт их использования и распространяются сведения о нем. Раньше этот метод считался дорогим, но в настоящее время соотношение цена-качество у электростатического очистительного оборудования становится более доступным.

Несмотря на то, что эти внешние системы не могут использоваться непосредственно в составе гидросистемы вместо штатного механического фильтра высокого давления, они могут работать очень эффективно в сочетании с обычными фильтрами, помогая задерживать твердые и «полужидкие» загрязнения, предотвращая образование шлама и лаковых отложений. Больше всего это относится к гидросистемам с высоким рабочим давлением и другим системам циркуляции масла, в которых имеются такие усложняющие условия работы факторы, как нагрев масла в результате сжатия, и иные воздействия, способствующие интенсивной деградации масла.

Электростатические заряды в гидросистемах

В современных гидросистемах все чаще применяются не содержащие цинка и беззольные гидравлические жидкости, а также биомасла с пониженным уровнем электропроводности. В результате трения жидкого и твердого тел-диэлектриков, например гидравлического масла, о стенки трубопровода, о фильтрующий элемент фильтра или о стенку гидробака появляются электростатические искровые разряды, что выражается в образовании искр, например, на фильтрующих элементах или в баках. Искры могут вызвать вспышку или взрыв паров в гидробаке, стать причиной повреждения оборудования, пожаров и даже гибели людей. Очень опасны режимы, когда гидросистема работает в условиях постоянной кавитации и повышенной температуры. Разряды и повышение температуры приводят к химическим реакциям в масле, в результате которых ускоряется старение масла и образуются продукты деградации. При кавитации возникают масляно-воздушные пузырьки, риск вспышки которых увеличивается в условиях накопления электростатического заряда в жидкости. Сервоклапаны – высоконагруженный узел гидросистемы. Золотники перемещаются с высокими скоростями, поток масла дросселируется с увеличением температуры. Дросселирование также способствует возникновению масляно-воздушных пузырьков. При накапливании электростатических зарядов в масле происходят микровзрывы масляно-воздушных пузырьков в зонах дросселирования потока, в результате золотники покрываются липким налетом коричневого цвета из продуктов разложения масла, и дорогостоящие сервоклапаны выходят из строя.

Некоторые из опрошенных нами специалистов уже сталкивались с этим опасным явлением на практике. Имеются ли средства борьбы с ним? Некоторые компании разработали фильтры с компонентами, рассеивающими электростатические заряды.

Инженерами компании HYDAC International (Германия) разработана специальная технология StatFree, препятствующая образованию заряда в гидросистемах. Она представляет собой систему оборудования, обеспечивающего эффективное предотвращение накопления электростатического заряда не только в фильтрующем элементе, но и в масле. В противном случае масло с электростатическим зарядом могло бы циркулировать по системе и существовала бы опасность неконтролируемого возникновения электростатического разряда, например, в гидробаке, со взрывом паров жидкости. В фильтре StatFree совмещаются способность предотвращать накопление электростатического заряда и отличные характеристики фильтрации. В состав фильтра StatFree входят крышки с электропроводящими уплотнениями и электропроводящие внутренние трубки-обечайки фильтрующего элемента. Фильтры StatFree предлагаются с целым рядом фильтрующих материалов с абсолютной тонкостью отсева от 1 до 20 мкм. Рабочие температуры – до +100 °С.

Как продлить срок службы фильтра

Фильтры могут быть весьма дорогими, и по этой причине, конечно, владельцы машин хотели бы увеличить срок службы гидравлического фильтра, чтобы уменьшить затраты, связанные с его заменой. Срок службы фильтра определяется его грязеемкостью и прочностью конструкции.

Один из самых простых способов увеличить интервал замены фильтра – использовать фильтр с большей грязеемкостью. Существуют разные способы увеличения грязеемкости: за счет использования другого фильтрующего материала или другой конструкции либо за счет физического увеличения размеров фильтра. Очевидно, такие фильтры будут стоить дороже прежнего.

Экспериментально доказано: увеличьте вдвое площадь фильтрующего элемента фильтра – и вы втрое увеличите его грязеемкость (срок службы). Но иногда, чтобы разместить фильтр большего размера в гидравлической системе, может потребоваться внесение изменений в конструкцию оборудования. А это не всегда возможно. В таком случае можно попробовать поставить два фильтра параллельно. Таким образом вы удвоите площадь фильтрующей поверхности, с которой контактирует масло, и уменьшите скорость набегающего потока (давление масла на поверхность фильтрующего материала). В результате увеличится срок службы фильтрующего узла: ведь его грязеемкость увеличится, фильтры придется менять реже, хотя в итоге количество замененных фильтров (например, за год) останется тем же, что и при использовании одного.

Если конструкция машины не позволяет проложить дополнительные трубопроводы для устройства параллельного контура циркуляции, можно вдвое увеличить длину фильтра с фильтрующим элементом, расположив фильтры последовательно один над другим, в результате давление набегающего потока на поверхность фильтрующего элемента также уменьшится. Однако для этого придется изменять конструкцию корпуса и некоторых других деталей фильтра.

Заметим: правильно подобрать фильтр с высокой грязеемкостью – это только половина дела. Его еще нужно правильно эксплуатировать. Только тогда он прослужит долго.

Еще один путь увеличения срока службы гидравлического фильтра: регенерация, т. е. «очистка вместо замены». Однако регенерировать можно далеко не все фильтры. Например, фильтрующие элементы поверхностного типа с сеткой из нержавеющей стали в качестве фильтрующего материала могут быть очищены в ультразвуковой ванне и повторно использованы. Но следует учитывать, что такая очистка не дает 100%-ного результата, фильтрующий элемент все же постепенно засоряется, с каждой последующей очисткой перепад давления на фильтроэлементе будет неминуемо расти, наступает усталость металла, он начинает разрушаться, и рано или поздно (например, после 10 чисток) фильтрующий элемент все же придется заменить новым.

Fleetguard – бренд Cummins Filtration Inc. (США). Гидравлические фильтры Fleetguard Duramax1 серии HF предназначены для очистки масла в гидросистемах спецтехники, в том числе работающих под высоким давлением. Конструкция типичного гидравлического фильтра включает в себя: алюминиевый корпус, пластиковую колбу, фильтрующий элемент – одноразовый (с материалом StrataPore) или многоразовый (с возможностью очистки ультразвуком или продувкой), опциональный указатель заполнения со светодиодным индикатором, перепускной клапан. Гидрофильтры Fleetguard Duramax1 рассчитаны на рабочее давление до 450 бар, а также на пульсацию давления в системе. Обладают повышенной пропускной способностью – до 500 л/мин. Cummins Filtration предлагает полную линию сменных элементов для гидравлических фильтров мобильной спецтехники и промышленного оборудования, в том числе для фильтров других брендов.

Очистка объемных фильтрующих элементов из синтетических волокон (стекловолокна, нетканого композитного материала, целлюлозных волокон и т. п.), даже с металлическим полотном, невозможна, так как загрязнения из глубины материала ультразвуком не выводятся и материал при очистке просто разрушается.

Кроме того, очистка занимает определенное время, и если машину нужно быстро ввести в строй, проще и быстрее просто заменить фильтр.

Компания Vickers (США) специализируется в области производства гидравлического оборудования, и в том числе фильтров. Исследования и разработки Vickers в сфере гидравлического оборудования поддерживаются всеми ресурсами глобальной компании Eaton (США), в состав которой Vickers входит с 1999 г. Компания предлагает широчайшую гамму гидравлических фильтров всех типов, для низкого, среднего и высокого давления (30–160 бар), дополнительное оборудование для фильтров (индикаторы загрязнения, системы подогрева и охлаждения и т. д.), фильтрующие элементы из микростекловолокна, целлюлозы (армированные полиэфирными волокнами), а также из проволоки нержавеющей стали. Проволочные фильтры обладают исключительной прочностью и могут очищаться. Обеспечивают тонкость отсева 25, 40 и 80 мкм, по заказу возможны исполнения проволочных фильтров с другими значениями тонкости отсева.