Efektywność energetyczna i niezawodność: filtry powrotno-ssawne

W maszynach mobilnych, wyposażonych w napęd hydrostatyczny i złożony system sterowania hydraulicznego istnieje konieczność zapewnienia odpowiedniej filtracji w kilku punkach układu. Dokładność filtracji musi być dobierana tak, aby zostały osiągnięte klasy czystości, wymagane przez producentów napędów – 20/18/15 … 19/17/14 (wg. ISO 4406).

Dwie najczęściej spotykane kombinacje układów to:  - układ zamknięty z filtrem ssawnym w połączeniu z układem otwartym z filtrem powrotnym – rys.1. - układ zamknięty z filtrem ciśnieniowym w połączeniu z układem otwartym z filtrem powrotnym – rys. 2. Wymienione wyżej systemy posiadają szereg istotnych wad.      

Wady kombinacji układów: zamkniętego z filtrem ssawnym i otwartego z filtrem powrotnym: problemy ze ssaniem (podciśnienie) w fazie zimnego startu wynikające z wysokiej lepkości płynu hydraulicznego w niskich temperaturach.

Wady kombinacji układów: zamkniętego z filtrem ciśnieniowym i otwartego z filtrem powrotnym: filtr ciśnieniowy służy jako ochrona pompy zmiennego wydatku w układzie zamkniętym, jednak pompa uzupełniająca nie jest chroniona. Pojawiają się problemy ze ssaniem w fazie zimnego startu.

Koncepcja filtra powrotno-ssawnego

ARGO-HYTOS proponuje zupełnie nowe podejście do problemu filtracji w maszynach. Zastosowanie innowacyjnego filtra powrotno-ssawnego gwarantuje wiele korzyści funkcjonalnych i ekonomicznych. Filtr powrotno-ssawny zastępuje w maszynach mobilnych filtr powrotny układu otwartego i jednocześnie filtr ssawny lub ciśnieniowy zamkniętego napędu hydrostatycznego. Zastąpienie kilku elementów jednym – spełniającym kilka funkcji - pozwala na obniżenie kosztów. Jednocześnie produkt ten rozwiązuje opisane powyżej problemy występujące w maszynach mobilnych. Zastosowany w aplikacjach przemysłowych gwarantuje doskonałą filtrację na powrocie i jednocześnie ochronę wrażliwych na zanieczyszczenia
i podciśnienie pomp (np. pomp wielotoczkowych)

Zalety

• Tylko jeden filtr dla ochrony dwóch niezależnych układów
• Zapewnienie filtracji całej objętość oleju - zarówno układu zamkniętego jak i otwartego
• Zapewnienie naddatku oleju w przewodzie ssawnym
• Zapewnienie nadciśnienia oleju w przewodzie ssawnym
• Zapewnienie przefiltrowanego oleju w przewodzie ssawnym

Każdy podukład maszyny działa niezależnie z oddzielnymi elementami sterowniczymi i filtrami. Połączenie dwóch obwodów poprzez filtr powrotno-ssawny powoduje jednak interakcję pomiędzy oddzielnymi fragmentami maszyny. Wpływa to na poprawę pracy całego urządzenia. Jeżeli właściwie zostaną uwzględnione kryteria konstrukcyjne opisane poniżej, możliwe jest pełne korzystanie z zalet jakie oferuje filtr powrotno-ssawny.

Wymagany naddatek oleju w układzie

W celu utrzymania nadciśnienia o wartości ok. 0,5 bar na ssaniu pompy zasilającej, natężenie przepływu w linii powrotnej musi przekraczać natężenie przepływu w przewodzie ssawnym
w każdych warunkach pracy.

Dopuszczalna wydajność pompy uzupełniającej

• W temperaturze roboczej i przy prędkości znamionowej silnika, wydajność pompy uzupełniającej nie powinna przekroczyć 50 % maksymalnego natężenia przepływu filtra (np. w przypadku filtra powrotno-ssawnego o maksymalnym przepływie 200 l/min, wydajność pompy nie powinna przekroczyć 100 l/min).
• Przy ekstremalnie zimnym starcie (ν = 1000 mm²/s) i nieznacznie podwyższonych obrotach biegu jałowego (n = 1000 min-1) wydajność pompy uzupełniającej powinna być 20 % mniejsza niż maksymalne natężenie przepływu filtra.

Zasada działania w standardowych warunkach pracy

Olej hydrauliczny wracający z układu (A) przepływa przez wkład filtracyjny (1), i zawór zwrotny (2), generujący nadciśnienie około 0,5bar. Następnie podawany jest do przewodu ssawnego pompy uzupełniającej napędu hydrostatycznego (B). Nadmiar oleju pomiędzy linią powrotną
i ssawną przepływa do zbiornika w postaci przefiltrowanej. Nadciśnienie 0,5 bar w przewodzie ssawnym pompy minimalizuje ryzyko podciśnienia i kawitacji. Pozwala na pewną pracę, nawet podczas krytycznej fazy zimnego startu. W normalnym trybie pracy nie występuje ryzyko niedoboru oleju. Wbudowany zawór zwrotny (3) (tzw. bypass) zabezpiecza filtr przed nadmiernym wzrostem ciśnienia na kanale spływowym T1 w wyniku zabrudzenia wkładu. Awaryjny zawór ssawny (4) z filtrem siatkowym (5) zasila przewód ssawny pompy w przypadku krótkotrwałego braku oleju (np. zimny start).

Straty ciśnienia w przewodzie ssawnym

W przypadku zimnego startu, spadek ciśnienia na przewodzie ssawnym nie może przekroczyć 0,4 bar. Dzięki temu do pompy dostarczana jest odpowiednia ilość oleju, nawet w przypadku częściowo zanieczyszczonego wkładu filtra.

Ciśnienie wsteczne w linii powrotnej systemu

W celu ochrony podzespołów przed uszkodzeniem należy przestrzegać dopuszczalnego ciśnienia oleju w linii odprowadzenia przecieków. Zwłaszcza jeżeli ten fragment napędu hydrostatycznego jest wpięty do filtra powrotno-ssawnego. Oprócz ciśnienia wstecznego w linii powrotnej (powstałego np. na skutek zabrudzenia wkładu) należy wziąć pod uwagę straty ciśnienia np. na przewodach lub chłodnicy. Zaleca się stosowanie chłodnicy w połączeniu
z zaworem zwrotnym tzw. bypassem.

Dokładność filtracji i poziomy czystości oleju

Standardowo dla wszystkich filtrów powrotno-ssawnych produkcji ARGO-HYTOS dostępne są dwie dokładności filtracji: 10 μm oraz 16 μm. Oba wkłady wykonane są z materiału filtracyjnego EXAPOR^®MAX2. Pozwala to na uzyskanie następujących klas czystości wg. ISO 4406:

10EX2    18/15/11 … 14/11/7

16EX2        20/17/12 … 17/14/10

Producenci elementów napędów hydrostatycznych rekomendują dla normalnych warunków pracy klasy czystości w granicach 20/18/15, natomiast w przypadku podwyższonych wymagań 19/17/14 (t > 90 °C).

Widać zatem, że nawet przy dokładności filtracji 16 μm, wymagania są spełnione w 100 %.

Struktura opatentowanego, specjalnie opracowanego, 3-warstowego materiału filtracyjnego, łączy włókna szklane i poliestrowe o różnej dokładności wraz z ulepszonym materiałem rdzenia, stworzonym ze stali nierdzewnej i poliestru. Taka struktura wpływa korzystnie na:

• Spadki ciśnienia
• Zdolność zatrzymywania zanieczyszczeń
• Wytrzymałość zmęczeniową

Plastikowa siatka zastosowana na zewnątrz wkładu filtracyjnego:

• Pozwala na drukowanie etykiety/logo klienta na wkładzie
• Chroni włókna filtracyjne przed uszkodzeniami
• Poprawia wytrzymałość zmęczeniową wkładu

Te i inne udoskonalenia gwarantują następujące korzyści dla użytkownika:

• Dłuższe okresy pomiędzy pracami konserwacyjnymi
• Niezawodność działania
• Lepszą czystość oleju
• Podwyższoną wydajność maszyny
• Ochronę przed uszkodzeniem elementów sterowniczych
• Mniejsze koszty eksploatacyjne i serwisowe

Na życzenie klienta dostępna jest alternatywa dla wkładu EXAPOR^®MAX2 w postaci tańszego wkładu filtra EXAPOR^®Light. Jest to element łączący wysoką jakość z bardzo dobrą ceną.
W związku ze zmniejszoną pojemnością zanieczyszczeń, wkład filtra  EXAPOR^®Light jest dedykowany szczególnie dla układów o mniejszej częstotliwości pracy (np. ok. 500 godzin roboczych / rok).  

Dostępne serie filtrów

W zależności od sposobu montażu i nominalnego natężenia przepływu, ARGO-HYTOS oferuje następujące filtry powrotno - ssawne:

Sposób montażu	Seria	Max. natężenie przepływu
Montaż rurowy	E 068 / E 088	Do 100 l/min
Montaż rurowy	E 178 / E 258	Do 250 l/min
Montaż w zbiorniku	E 084	Do 80 l/min
Montaż w zbiorniku	E 158 / E 198 / E 248	Do 250 l/min
Montaż w zbiorniku	E 328 / E 498	Do 600 l/min
Montaż w zbiorniku	E 598 / E 998	Do 850 l/min

W zależności od typu filtra dostępne są wersje z i bez zaworu bocznikowego (bypass). Modułowa konstrukcja umożliwia realizację specjalnych wymagań klienta, takich jak np. inna niż katalogowa, konfiguracja przyłączy.

Podsumowanie

Dzięki swej wielofunkcyjnej konstrukcji filtry powrotno-ssawne pozwalają na uproszczenie układu hydraulicznego maszyny. Równocześnie bardzo dobrze zabezpieczają system przed zabrudzeniem cząstkami stałymi oraz podciśnieniem na kanale ssawnym, które może powodować obniżenie sprawności oraz kawitację.

Zalety maszyny z filtrem powrotno–ssawnym:

• Doskonałe właściwości zimnego startu, ze względu na zasilanie pompy olejem
  z nadciśnieniem (mniejsze ryzyko kawitacji)
• Ochrona pompy przed zabrudzeniami – olej w przewodzie ssawnym przefiltrowany
  z dużą dokładnością
• Mniejsza ilość komponentów w układzie dzięki zastosowaniu filtra wielofunkcyjnego
• Mniejsza ilość części zamiennych, niższe koszty serwisowe

Zastosowanie innowacyjnych rozwiązań ARGO-HYTOS gwarantuje maksymalną efektywność energetyczną nawet w ekstremalnie ciężkich warunkach pracy.

 

DANE TECHNICZNE