2.2.8. Filtry.doc

2.2.8. Filtry.

              Podczas użytkowanie urządzeń hydraulicznych konieczne jest utrzymanie odpowiedniej czystości cieczy roboczych. Z tego względu trzeba okresowo lub w sposób ciągły filtrować ciecz roboczą w układzie hydraulicznym.              

              Obecnie instalacje hydrauliczne wyposaża się w różnego rodzaju filtry cieczy roboczych, o odpowiednio dobranej klasie dokładności filtrowania (oczyszczania).

Klasa dokładności filtrowania charakteryzuje zdolność filtru do oddzielania (zatrzy­mywania) z cieczy zawartych w niej stałych ciał obcych o określonych rozmiarach i większych. Z uwagi na różnorodność kształtów i rozmiarów cząstek zanieczysz­czeń mechanicznych, na ogół charakteryzuje się je podając ich ziarnistość lub średni wymiar zewnętrzny cząstek.

Zdolność filtrowania (oczyszczania) jest to określony procentowo stosunek liczby zatrzymywanych w filtrze cząstek zanieczyszczeń do liczby cząstek zanieczyszczeń

o ziarnistości odpowiadającej danej klasie dokładności oczyszczania:

e = · 100 %

gdzie:

w1 – liczba cząsteczek zanieczyszczeń w cieczy doprowadzonej do filtru,

w2 - liczba cząsteczek zanieczyszczeń w cieczy odprowadzonej z filtru po jednorazowym

       przepuszczeniu przez filtr.

Każda ciecz robocza do układu hydraulicznego już w chwili pobierania od do­stawcy zawiera mniejszą lub większą ilość zanieczyszczeń, która nie powinna jednak przewyższać ilości dopuszczalnej – określonej warunkami technicznymi. Jako przy­kład – zgodnie

z normami dopuszczalna zawartość domieszek mechanicznych w olejach ogólnego przeznaczenia wynosi do 0,005% ciężarowe, a w olejach do przemysłowych układów hydraulicznych – 0,00088 ... 0,0013% ciężarowe.

Podczas pracy układu hydraulicznego krążąca w nim ciecz robocza zanieczyszcza się coraz bardziej, głównie pyłem atmosferycznym, cząstkami tlenków metali i nie­kiedy ścieranymi cząstkami metali. Pył atmosferyczny przedostaje się do zbiornika cieczy podczas jego napełniania oraz przez wywietrznik. Jednocześnie ciecz zanie­czyszczają cząstki tlenków odrywające się od wewnętrznych ścianek zbiornika. Cząstki pyłu atmosferycznego

i substancji mineralnych przylegające do ruchomych elementów urządzeń stosunkowo łatwo przedostają się do ich wnętrza, a tym sa­mym do cieczy. Ponadto ciecz może ulegać zanieczyszczeniu cząstkami farb, lakie­rów i innych powłok na wewnętrznych ściankach elementów układu. Do cieczy roboczej przedostają się również cząstki metali ścierane ze współpracu­jących części – głównie w pompach. Ciecz odprowadzaną z pompy należy więc filtrować jeszcze przed przetłoczeniem do zbiornika.               .

Odrębną grupę zanieczyszczeń cieczy roboczej stanowią produkty jej utleniania się

i starzenia. Substancje takie, w znacznej części o charakterze kwasów, powstają wskutek przemian chemicznych i rozpadu cząstek składników cieczy. Zawarte w cieczy twarde zanieczyszczenia powodują rozmaite zakłócenia w dzia­łaniu urządzeń hydraulicznych, zwłaszcza elementów sterowniczych (suwak-tuleja i dysza-przesłona itd.), a ponadto mechaniczne zużycie ich części. Natomiast pro­dukty starzenia się i rozpadu cieczy roboczej wywołują korozję metalowych części i wydzielając się w postaci osadów często powodują nieprawidłowości w działaniu urządzeń.

Ogólnie przyjmuje się, że filtrowanie jest zadowalające, jeżeli średnice kanałów ka­pilarnych (włoskowatych) przegrody odsączającej są równe najmniejszym luzom pomiędzy współpracującymi ślizgowo elementami urządzeń hydraulicznych, zasila­nych filtrowaną cieczą.

Ujmując poglądowo, wpływ zanieczyszczeń cieczy na opory tarcia oraz intensywność zużycia części urządzeń hydraulicznych jest taki sam, jak wpływ odpowiadających im nierówności powierzchniowych, pozostających po obróbce wiórowej tych części. Zanieczyszczenia

o ziarnistości 1 μm lub drobniejsze łatwo przedostają się pomię­dzy współpracującymi częściami i w praktyce nie przyczyniają się do ich mecha­nicznego zużycia. Natomiast stałe ciała obce o ziarnistości ponad 1 μm przeważnie mogą już zakleszczać się między współpracującymi powierzchniami i powodować ich uszkodzenia.

Zanieczyszczenia cieczy roboczej.

Zanieczyszczenia cieczy roboczej są to obce wtrącenia znajdujące się w stanie rozproszonym w całej jego objętości, jaką zawiera układ. Z e   w z g l ę d u   n a   s t a n          s k u p i e n i a   można je podzielić na zanieczyszczenia stałe i ciekłe. Zanieczyszczenia stałe przyspieszają zużycie ścierne współpracujących powierz­chni wszystkich części pozostających w ruchu względnym, a w skrajnych przypadkach mogą spowodować ich zatarcie. Zanieczyszczenia ciekłe mogą występować jako rozpuszczalne i zmieniać istotne własności czynnika, takie jak lepkość lub smarność oraz zwiększać agresywność chemiczną w stosunku do metali lub materiałów, z których są wykonane uszczelnienia. Zanieczyszczenia ciekłe nierozpuszczalne w olejach, najczęściej cząstki smoły lub inne nieroz­puszczalne produkty utleniania, osadzają się w szczelinach ruchowych powodu­jąc ich zarastanie (obliterację), zwiększenie tarcia, a nawet zawieszenie rucho­mych części zaworów sterujących

i regulatorów.

Z badań osadów w filtrach stosowanych w hydraulicznych układach napędowych wynika, że zanieczysz­czenia stałe stanowią 75 ¸ 80% wszystkich zanieczyszczeń. Są to

w większości cząstki minerałów (kwarc, szpat) oraz metali i ich tlenków o nieregularnym kształcie i ostrych krawędziach. Twardość cząstek jest z reguły większa od twardości materiałów, z których są wykonane elementy hydrauliczne. Do zanieczyszczeń stałych należą także cząstki farb i lakierów stosowanych jako powłoki ochronne oraz gumy i włókien służących do produkcji uszczelnień.

Z e   w z g l ę d u   n a   p o c h o d z e n i e   zanieczyszczeń można je podzielić

na zanieczyszczenia pierwotne i wtórne. Pierwotne, zwane także bezpośrednimi, powstają

w czasie produkcji, magazynowania, przechowywania i transportu czynnika roboczego. Zanieczyszczenia wtórne, nazywane również pośrednimi, powstają w czasie pracy czynnika w układzie w wyniku procesu starzenia się olejów, ściernego i erozyjnego zużycia współpracujących części, a także na skutek zapylenia instalacji.

Z doświadczeń eksploatacji maszyn i urządzeń wynika, że większość cząstek największych, a więc najniebezpieczniejszych dla poprawnej pracy elementów, zostaje doprowadzona do układu wraz z czynnikiem lub w wyniku niestarannego oczyszczenia układu przed jego napełnieniem. Nawet najstaranniejsze oczyszczenie wszystkich urządzeń,

z których jest zmontowany układ oraz najdokładniejsza filtracja czynnika w czasie jego zalewania wymaga ciągłego filtrowania czynnika i usuwania w ten sposób zanieczyszczeń wtórnych. Chodzi o to, aby nie dopuścić do wzrostu ich koncentracji w cieczy. Zwiększona koncentracja zanieczyszczeń zwiększa bowiem prawdopodobieństwo aglomera­cji cząstek drobnych i powstawania w ten sposób cząstek o większych wymia­rach, wpływających zasadniczo na zużycie części, obniżających sprawność lub powodujących zniszczenie albo czasowe unieruchomienie elementów, z których zmontowano układ.

Z punktu widzenia eksploatacji układów napędowych i sterujących jest niezbędna znajomość poziomu zanieczyszczeń cieczy, zarówno ilościowa jak i jakościowa. Na jej podstawie możliwa będzie ocena przydatności cieczy do układu oraz skuteczności filtrów, których zadaniem jest zatrzymać cząstki zanieczyszczeń i nie dopuścić do ich szkodliwego oddziaływania na elementy układu. Nie jest to technicznie łatwe, tym bardziej, że kryteria oceny nie zostały, jak dotąd, ujednolicone. Istnieje wiele dokumentów normalizacyjnych (NAS 1638-1964 r., SAE 7490-1963 r., MIL-STD-1246-1967 r., NAV AIR 10-1A-17,

RN Class, GOST 17216-1971 r.), które takie kryteria proponują. Wszystkie wykorzystują statystyczne metody pomiarów liczby cząstek zanie­czyszczeń w określonej objętości cieczy oraz ustalenie ich wymiarów. Odnosi się to zarówno do zanieczyszczeń naturalnych,

w warunkach normalnej eksploatacji układów, jak i testowych, tzn. wprowadzanych specjalnie do cieczy w symulacyj­nych badaniach laboratoryjnych w celu ustalenia wrażliwości elementu hydra­ulicznego na zanieczyszczenia lub określenia skuteczności filtracji.

Jednym z najstarszych dokumentów normalizacyjnych jest amerykań­ska norma

NAS 1638, dzieląca ciecze robocze wg klas zależnie od liczby cząstek znajdujących się

w 100 cm3 cieczy i ich wymiarów. Na rys. 110 podano wynikową interpretację graficzną ustaleń, które wprowadza. Wynika z niej, że im mniejsze są wymiary cząstek, tym większa jest ich liczba. Szczególnie liczne są cząstki o wymiarach ≤10 mm.

Rys. 110. Klasy zanieczyszczeń cieczy wg NAS 1638.

Ostatnio wprowadza się normę ISO 4406 (tabl. 1) proponującą dwuczło­nowy kod oznaczenia rozkładu zanieczyszczeń cieczy dla dwu wyróżnionych przedziałów wymiarowych cząstek zanieczyszczeń, a mianowicie 5 i 15 mm. Przyjmując dla przykładu oznaczenia poziomu zanieczyszczeń 18/14 (klasa 18/klasa 14) zakłada się, że w 100 cm3 cieczy znajduje się od 13´104 do 25´104 cząstek większych od 5 mm oraz od 8´103 do 16´103 cząstek większych od 15 mm.

Tablica 1. Wyciąg z projektu normy ISO-4406.