Filtru hidraulic

Filtrul hidraulic este un element al sistemelor hidraulice care elimină din lichidul hidraulic impuritățile, precum particule solide, reziduuri de uzură, apă și produse secundare ale oxidării. Astfel, acesta protejează pompele, supapele și cilindrii hidraulici împotriva uzurii și defecțiunilor. Până la 80% din toate defecțiunile hidraulice pot fi atribuite uleiului contaminat, ceea ce subliniază importanța filtrării.

Noțiuni de bază și funcționarea filtrelor hidraulice

Filtrele hidraulice funcționează pe principiul separării mecanice. Lichidul hidraulic trece prin mediul de filtrare, care reține particulele mai mari decât o anumită dimensiune. Tipurile de construcție variază semnificativ în funcție de poziția filtrului în circuit, de tipul mediului de filtrare și de clasa de puritate necesară. Cu toate acestea, funcția de bază a fiecărui filtru hidraulic rămâne aceeași: îmbunătățirea purității uleiului într-o măsură care să permită funcționarea fiabilă a componentelor sensibile ale sistemului, cu o uzură minimă.

Particulele sunt eliminate prin diverse mecanisme. Particulele mari sunt reținute prin cernere la suprafața materialului filtrant. Particulele mai mici aderă la fibrele materialului de filtrare prin adsorbție sau sub acțiunea forțelor de inerție. Combinația acestor mecanisme determină eficiența de separare a filtrului și capacitatea acestuia de a reține impuritățile.

Tipuri de filtre și amplasarea lor în circuitul hidraulic

Alegerea filtrului hidraulic depinde în mare măsură de poziția sa în circuit. Fiecare poziție impune cerințe diferite în ceea ce privește rezistența la presiune, gradul de filtrare și debitul.

Filtre de aspirație

Filtrele de aspirație sunt amplasate în conducta de aspirație, între rezervor și pompă. Rolul lor principal este de a proteja pompa împotriva impurităților de dimensiuni mari, care ar putea fi aspirate din rezervor. Deoarece funcționează în condiții de vid, căderea de presiune în acestea trebuie să fie minimă, pentru a preveni apariția unei diferențe de presiune în pompă. Precizia tipică de filtrare variază între 25 și 100 µm. Filtrele de aspirație sunt adesea concepute ca simple filtre cu plasă sau cu bandă, iar modelele multor producători permit curățarea acestora.

Filtre de refulare

Filtrele de refulare sunt instalate pe partea de refulare a pompei și protejează cele mai sensibile componente ale sistemului, precum servovalvele și valvele proporționale. Acestea funcționează la presiunea maximă a sistemului și, prin urmare, trebuie să aibă o carcasă deosebit de rezistentă, realizată din oțel sau fontă. Gradul de precizie al filtrării variază între 3 și 25 µm, iar filtrele de înaltă presiune pot funcționa la o presiune de până la 420 bari. Filtrele sub presiune sunt de obicei proiectate ca filtre tubulare, cu flanșă sau interschimbabile și sunt echipate cu supape de by-pass integrate.

Filtre de retur

Filtrele de retur sunt amplasate în conducta de retur înaintea rezervorului și curăță uleiul înainte ca acesta să se întoarcă în rezervor. Acestea constituie ultima barieră împotriva impurităților și împiedică pătrunderea în rezervor a particulelor de uzură și a impurităților din circuit. Valorile nominale tipice ale filtrelor variază între 3 și 10 µm. Filtrele de retur funcționează în intervalul de presiune scăzută, până la aproximativ 20–63 bari, și sunt adesea disponibile în configurații montate în interiorul rezervorului sau în sistem dublu, ceea ce permite înlocuirea filtrelor în timpul funcționării.

Filtre de bypass

Filtrele de derivare, cunoscute și sub denumirea de filtre cu flux lateral, sunt instalate în paralel cu circuitul principal. Acestea deviază o mică parte a debitului — aproximativ 5 până la 10 la sută din debitul total — și o trec printr-o etapă de filtrare deosebit de fină. Datorită gradelor de precizie de filtrare cuprinse între 1 și 5 µm și separării suplimentare a apei, acestea asigură o purificare continuă a uleiului, care depășește capacitatea filtrului principal. Filtrele de derivare sunt indispensabile, în special în sistemele cu cerințe ridicate privind puritatea uleiului, cum ar fi sistemele servohidraulice.

Filtre de aerisire

Adesea trecute cu vederea, dar la fel de importante: filtrele de dezerare împiedică pătrunderea aerului atmosferic, care conține praf și umiditate, în uleiul hidraulic în timpul dilatării și contracției rezervorului. Acestea funcționează pasiv și filtrează aerul de intrare cu o precizie de obicei între 1 și 10 µm.

Materiale de filtrare: filtre de suprafață și filtre de adâncime

Materialul de filtrare reprezintă inima fiecărui filtru hidraulic. În principiu, există două principii de funcționare, care diferă semnificativ în ceea ce privește construcția, randamentul și posibilitatea de reutilizare.

Filtrele de suprafață

Filtrele de suprafață rețin particulele pe o suprafață specifică, asemănătoare unei site. De obicei, acestea sunt alcătuite dintr-o plasă de sârmă din oțel inoxidabil sau din materiale nețesute din fibre metalice cu pori definiți geometric. Avantajul lor constă în limita clară de separare și în posibilitatea de curățare. Acestea pot fi spălate prin retrolavare și reutilizate de mai multe ori. Cu toate acestea, capacitatea lor de reținere a impurităților este limitată, deoarece particulele se acumulează la suprafață sub formă de depunere de filtrare, ceea ce restricționează din ce în ce mai mult debitul. Precizia tipică de filtrare variază între 10 și 250 µm.

Filtrele de adâncime

Filtrele de adâncime sunt alcătuite dintr-o rețea tridimensională de fibre, realizată de obicei din fibră de sticlă, celuloză sau poliester. Acestea rețin particulele în interiorul materialului de filtrare, nu doar la suprafața acestuia. Ca urmare, acestea ating o capacitate mult mai mare de reținere a impurităților și o creștere mai graduală a diferenței de presiune. Filtrele de adâncime sunt elemente de unică folosință și trebuie înlocuite după saturare. Datorită preciziei de filtrare cuprinsă între 2 și 25 µm, acestea acoperă intervalul critic pentru protecția componentelor hidraulice sensibile. Materialele de filtrare din fibră de sticlă ating valori beta de peste 200 conform standardului ISO 16889, ceea ce corespunde unei eficiențe de separare de peste 99, 5%.

Granulometria filtrului și eficiența separării

Precizia filtrării în sine nu spune prea multe despre performanța reală a filtrului hidraulic. Factorul cheie este eficiența de separare — adică procentul de particule de o anumită dimensiune care sunt reținute de mediul de filtrare. Standardul ISO 16889 definește în acest scop coeficientul beta: o valoare beta de 200 pentru particule de 10 µm înseamnă că, din 200 de particule de această dimensiune, doar una trece prin filtru. Cu cât valoarea beta este mai mare, cu atât separarea este mai fiabilă.

Trebuie făcută distincția între precizia nominală și cea absolută a filtrării. Precizia nominală descrie o valoare orientativă, în timp ce precizia absolută determină dimensiunea particulelor la care mediul de filtrare atinge valoarea beta definită. La proiectarea unui filtru hidraulic, factorul decisiv este întotdeauna precizia absolută a filtrării, conform standardului ISO 16889.

Clasele de contaminare conform standardului ISO 4406

Puritatea uleiului hidraulic se clasifică conform standardului ISO 4406. Acest standard specifică numărul de particule pe mililitru în trei clase de dimensiuni: peste 4 µm, peste 6 µm și peste 14 µm. De exemplu, un ulei cu clasa 18/16/13 conține un număr de particule corespunzător nivelurilor acestor clase. Cu cât numerele sunt mai mici, cu atât uleiul este mai curat.

Clasa de puritate necesară depinde de sensibilitatea componentelor din sistem. Servovalvelele și valvelele proporționale necesită clase precum 16/14/11 sau mai bune, în timp ce sistemele hidraulice standard pot funcționa cu clasa 18/16/13. Acționările de înaltă precizie pot necesita clase de puritate 15/13/10 sau mai mici. Filtrul hidraulic trebuie proiectat astfel încât să mențină în mod fiabil clasa țintă în condiții de funcționare.

Supapa de by-pass și monitorizarea presiunii diferențiale

Supapa de by-pass din filtrul hidraulic se deschide atunci când diferența de presiune la nivelul elementului filtrant depășește un prag prestabilit. Acest lucru se întâmplă atunci când mediul filtrant se saturează cu particule, iar rezistența la curgere devine prea mare. Supapa deviază uleiul pe lângă filtru, împiedicând astfel creșterea presiunii în sistem la un nivel inacceptabil sau cavitația pompei. Dezavantaj: uleiul curge fără a fi filtrat, de aceea deschiderea supapei de by-pass este un semnal clar că filtrul trebuie înlocuit.

Monitorizarea diferenței de presiune este, prin urmare, un instrument esențial pentru monitorizarea stării tehnice. Comutatoarele manuale sau electronice de diferență de presiune indică gradul de contaminare al cartușului de filtrare. Indicatorii vizuali de contaminare, cu elemente care își schimbă culoarea sau care ies în afară, oferă personalului de întreținere informații vizuale rapide. Senzorii electronici pot transmite valoarea diferenței de presiune către sistemul de control, permițând astfel întreținerea predictivă.

Defecțiuni cauzate de o filtrare insuficientă

O filtrare necorespunzătoare provoacă defecțiuni cumulative, care se agravează pe parcursul lunilor și duc apoi brusc la o avarie. Contaminarea cu particule solide blochează orificiile de reglare de precizie din supapele proporționale, determină o uzură crescută a pompelor și a cilindrilor și poate duce la blocarea supapelor. Apa din ulei accelerează degradarea aditivilor, favorizează coroziunea și modifică vâscozitatea. Produsele secundare ale oxidării formează rășini și depuneri care înfundă canalele de răcire și orificiile de reglare.

Consecințele variază de la un consum crescut de energie și mișcări necontrolate până la oprirea completă a sistemului. Un filtru hidraulic ales corespunzător reduce semnificativ frecvența defecțiunilor și scade costurile pe durata de viață a sistemului.

Întreținere și service

Întreținerea regulată a filtrelor hidraulice este esențială pentru fiabilitatea sistemului. Cartușele filtrante trebuie înlocuite la timp, înainte ca supapa de by-pass să se deschidă. Frecvența înlocuirii depinde de specificațiile producătorului, de numărul de ore de funcționare și de gradul real de contaminare. Monitorizarea diferenței de presiune ajută la determinarea momentului optim de înlocuire.

Pe lângă înlocuirea filtrelor, analiza periodică a uleiului face parte din întreținerea corespunzătoare. Aceasta oferă informații privind conținutul de particule solide, conținutul de apă, vâscozitatea și starea aditivilor. De asemenea, trebuie acordată atenție carcaselor filtrelor: dopurile de evacuare a condensului de pe filtrele de presiune trebuie acționate periodic, iar filtrele de aerisire de pe rezervor trebuie verificate la fiecare schimb de ulei.

Standarde privind filtrele hidraulice

Există câteva standarde care reglementează testarea, clasificarea și utilizarea filtrelor hidraulice:

• ISO 16889: Stabilește testul cu cicluri multiple utilizat pentru determinarea capacității filtrului și a coeficientului beta. Este standardul de bază privind evaluarea elementelor de filtrare.
• DIN ISO 11170: Stabilește procedurile de testare pentru elementele de filtrare și completează standardul ISO 16889 cu cerințe privind efectuarea testelor.
• ISO 4406: Clasifică gradul de puritate al fluidelor hidraulice și constituie baza pentru stabilirea valorilor țintă în proiectarea filtrelor.
• DIN ISO 4413: Stabilește cerințele de siguranță pentru sistemele hidraulice, inclusiv specificațiile privind filtrarea și puritatea uleiului.