Spadek ciśnienia na filtrach hydraulicznych

Podstawowym parametrem informującym o konieczności wymiany wkładu filtracyjnego jest pomiar różnicy ciśnień na filtrze.

Dobór filtra hydraulicznego uzależniony jest od podstawowej funkcji, jaką będzie taki filtr pełnił.

W uproszczeniu filtry hydrauliczne dzieli się na:

  • filtry ciśnieniowe, tzw. liniowe (ang. „pilot”, „in line”)
  • filtry powrotne, z reguły montowane na zbiorniku oleju hydraulicznego (ang. „return filter”)
  • filtry ssawne, montowane przed pompą hydrauliczną, w zbiorniku, na zbiorniku lub na linii (ang. „suction filter”)
  • filtry off-line – całkowicie osobna grupa filtrów pracujących w układzie bocznikowym, służąca do dokładnego oczyszczania oleju, względnie wychwytywania wody z oleju.

 

Każda grupa filtrów pracuje przy innej standardowej różnicy ciśnień.

Maksymalne ciśnienie różnicowe (bar) z by-pass bez by-pass
Filtry ciśnieniowe 5-6 8
Filtry powrotne 1,25-1,75 2
Filtry ssawne 0,2-0,3 (podciśnienie) 0,3 (podciśnienie)

 

Zasada nadrzędna przy projektowaniu filtrów dotyczy koniecznego uwzględnienia aspektu starzenia się filtra  – zmniejszania się przepływu przy stałym ciśnieniu różnicowym (czy też zwiększania się ciśnienia różnicowego przy stałym przepływie), związana przede wszystkim z narastaniem warstwy zanieczyszczenia na wkładzie filtracyjnym.

Przyjmuje się, że kalkulacja obliczeniowa powinna być wykonywana dla ciśnienia różnicowego na filtrze i wkładzie nowym w wysokości 10-15% wartości docelowej.

Stąd otrzymujemy sugerowane parametry kalkulacyjne, konieczne do zaprojektowania/doboru filtra :

Maksymalne ciśnienie różnicowe przeliczeniowe dla nowego filtra (bar)
Filtry ciśnieniowe 0,5-0,8
Filtry powrotne 0,15-0,2
Filtry ssawne 0,02-0,03 (podciśnienie)

Parametry te odnosimy do kalkulowanej maksymalnej przepustowości filtra przy zadanej maksymalnej lepkości oleju.

 

Kalkulację spadku ciśnienia na filtrze hydraulicznym można rozdzielić na analizę:

  • spadku ciśnienia na obudowie filtra
  • spadku ciśnienia na wkładzie.

 

Wpływ efektu starzenia (zabrudzenia) na spadek ciśnienia na:

obudowie filtra praktycznie nieistotny
wkładzie bardzo istotny

 

Wyznaczanie charakterystyki spadku ciśnienia na obudowie filtracyjnej.

W celu wyznaczenia realnej charakterystyki spadku ciśnienia na obudowie filtracyjnej bezwzględnie konieczne jest zbudowanie stoiska pomiarowego.

Przy projektowaniu obudowy filtracyjnej warto pamiętać o istotnej kalkulacji minimalnej średnicy wlotu i wylotu w obudowie filtra. Niedomiar na kalkulacji średnicy przyłącza znacząco wpływa na tłumienie przepływu.

Poniżej przedstawiono typowe spadki ciśnienia na obudowach uzależnione od wielkości wejścia.

Filtry ciśnieniowe 150-250 bar. Olej testowy 30 cSt.Filtry powrotne. Olej testowy 30 cSt.Filtry ssawne. Olej testowy 30 cSt.
typ wejścia/wyjścia przepływ (l/min) przy spadku ciśnienia 0,5bar
1/2″ BSP 60-80

3/4″ BSP

70-110
1″ BSP 80-180
1 1/4″ BSP 200-280
1 1/2″ BSP 280-360
typ wejścia/wyjścia przepływ (l/min) przy spadku ciśnienia 0,15bar
3/8″ BSP 25-35
1/2″ BSP 35-45

3/4″ BSP

50-70
1″ BSP 70-100
1 1/4″ BSP 90-120
1 1/2″ BSP 130-160
typ wejścia/wyjścia przepływ (+/- 20%) (l/min) przy spadku ciśnienia 0,03bar
3/8″ BSP 20
1/2″ BSP 30

3/4″ BSP

55
1″ BSP 85
1 1/4″ BSP 130
1 1/2″ BSP 180
2″ BSP 300
2 1/2″ BSP 450

 

Wyznaczanie charakterystyki spadku ciśnienia na wkładzie filtracyjnym.

W celu wyznaczenia realnej charakterystyki spadku ciśnienia na wkładzie filtracyjnym bezwzględnie konieczne jest zbudowanie stoiska pomiarowego.

Na wartość pomiaru ma wpływ wiele czynników, takich jak typ materiału filtracyjnego, jego ułożenie, kierunek przepływu, typ rdzenia, kształt wkładu filtracyjnego.

 

Dobór wkładu filtracyjnego do zastosowania w nowych aplikacjach.

Projektant może dobrać wielkość wkładu filtracyjnego wg dwóch metod:

  • projektant projektuje własny wkład filtracyjny
  • projektant wybiera jeden wkład z puli istniejących wkładów producenta.

 

Projektowanie własnego wkładu filtracyjnego, w szczególności z uwzględnieniem wymogów przestrzennych klienta docelowego.

Do oszacowania wielkości wkładu konieczne jest zebranie podstawowych parametrów pracy wkładu, jak maksymalnym przepływ, maksymalna lepkość oleju.

Na podstawie niżej podanych współczynników możliwe jest wstępne zaprojektowanie wkładu. Należy pamiętać, że są to wartości szacunkowe, wynikające z pomiarów laboratoryjnych.

 

Tabela oporów dla 1m2 próbnika splisowanego materiału filtracyjnego, olej testowy 30cSt:

Typ materiału filtracyjnego przepływ l/min przy oporze 0,1 bar przepływ l/min przy oporze 0,2 bar przepływ l/min przy oporze 0,5 bar
włóknina szklana 3µm 55 110 275
włóknina szklana 6µm 91 182 455
włóknina szklana 10µm 149 298 745
włóknina szklana 15µm 171 342 855
włóknina szklana 20µm 208 416 1040
siatka chromoniklowa 10µm 1200 2400 6000
siatka chromoniklowa 20µm 2800 5600 14000
siatka chromoniklowa 40µm 6200 12400 31000
siatka chromoniklowa 63µm 11000 22000 55000

 

Wybór wkładu z puli istniejących wkładów producenta.

Stosując nieistotne dla kalkulacji uproszenia, w szczególności linearyzując krzywą spadku ciśnienia w zależności od przepływu, każdy typowy wkład filtracyjny można opisać następującym wzorem:

Δp  = (Q/1000) • K • (current_viscosity/30)
gdzie:

Δp – spadek ciśnienia (bar)

Q – przepływ (l/min)

current_viscosity – aktualna lepkość oleju w trakcie pracy

K – współczynnik uzyskiwany w trakcie badań laboratoryjnych, zależny w szczególności od wielkości wkładu i zastosowanego materiału filtracyjnego.

      Współczynnik K:

         – maleje wraz ze wzrostem wielkości wkładu

         – rośnie wraz ze wzrostem dokładności materiału filtracyjnego

         – rośnie wraz ze wzrostem współczynnika kształtu wkładu (stosunek wysokości do średnicy wkładu)

Dla pracy układu hydraulicznego w oleju wzorcowym 30cSt wzór ulega uproszczeniu: Δp  = (Q/1000) • K .

 

Skąd wziąć współczynnik K dla wybranego wkładu filtracyjnego?

Współczynnik K jest dostępny u producenta wkładów dla wybranych dystrybutorów jego produktów.

 

Poniżej przedstawiono wartości współczynnika K dla typowych wkładów.

Włóknina szklana 3µmWłóknina szklana 6µmWłóknina szklana 10µmWłóknina szklana 20/25µm
kod WFZD wysokość (mm) średnica zewnętrzna (mm) powierzchnia filtracyjna (m2) K
ZD03800 94 35 0,035 92
ZD70655 72 56 0,04 48
ZD75501 118 55 0,08 25
ZD07432 84 47 0,04 59
ZD25943 152 47 0,08 26
ZD50430 193 47 0,1 20
ZD10321 120 70 0,12 17
ZD89356 173 69 0,15 10,8
ZD92928 355 69 0,34 5,8
ZD61131 162 90 0,25 7,8
ZD38627 253 90 0,42 4,3
ZD75287 328 90 0,55 3,4
ZD65003 487 90 0,83 2,2
ZD52447 651 90 1,11 1,6
ZD55389 100 52 0,075 15
ZD45548 160 52 0,12 9,5
ZD82897 250 58 0,2 7
ZD43410 160 99 0,4 3,7
ZD86158 250 99 0,55 2,9
ZD03504 250 129 0,85 2,3
ZD04071 400 129 1,4 2,1
ZD92285 400 154 1,65 0,7
kod WFZD wysokość (mm) średnica zewnętrzna (mm) powierzchnia filtracyjna (m2) K
ZD06519 94 35 0,035 52
ZD40926 72 56 0,04 29
ZD87006 118 55 0,08 15
ZD91349 84 47 0,04 33
ZD27767 152 47 0,08 15
ZD77007 193 47 0,1 11,5
ZD95105 120 70 0,12 10,5
ZD03151 173 69 0,15 7
ZD80754 355 69 0,34 3,5
ZD32370 162 90 0,25 4,5
ZD25591 253 90 0,42 2,7
ZD27475 328 90 0,55 2
ZD84757 487 90 0,83 1,3
ZD97659 651 90 1,11 1
ZD45216 100 52 0,075 8
ZD95257 160 52 0,12 5,3
ZD28339 250 58 0,2 3,4
ZD05399 160 99 0,4 1,9
ZD39325 250 99 0,55 1,5
ZD42034 250 129 0,85 1,3
ZD05548 400 129 1,4 1,2
ZD49470 400 154 1,65 0,5
kod WFZD wysokość (mm) średnica zewnętrzna (mm) powierzchnia filtracyjna (m2) K
ZD29072 94 35 0,035 38
ZD45825 72 56 0,04 17
ZD16418 118 55 0,08 9
ZD30060 84 47 0,04 18
ZD48076 152 47 0,08 9
ZD78131 193 47 0,1 8
ZD75782 120 70 0,12 6
ZD33249 173 69 0,15 4
ZD92445 355 69 0,34 2
ZD36107 162 90 0,25 2,8
ZD55205 253 90 0,42 1,5
ZD91825 328 90 0,55 1
ZD07862 487 90 0,83 0,8
ZD92693 651 90 1,11 0,6
ZD46051 100 52 0,075 5
ZD05100 160 52 0,12 3,5
ZD42342 250 58 0,2 2,4
ZD48930 160 99 0,4 1,3
ZD13547 250 99 0,55 1,1
ZD60256 250 129 0,85 1
ZD16323 400 129 1,4 0,9
ZD07999 400 154 1,65 0,4
kod WFZD wysokość (mm) średnica zewnętrzna (mm) powierzchnia filtracyjna (m2) K
ZD59142 94 35 0,035 20
ZD82608 72 56 0,04 11
ZD16369 118 55 0,08 6
ZD65447 84 47 0,04 13
ZD48430 152 47 0,08 6
ZD13976 193 47 0,1 4,5
ZD43896 120 70 0,12 4,4
ZD81113 173 69 0,15 3
ZD06548 355 69 0,34 1,7
ZD36267 162 90 0,25 2
ZD61136 253 90 0,42 1,2
ZD00825 328 90 0,55 0,9
ZD13703 487 90 0,83 0,6
ZD64745 651 90 1,11 0,4
ZD96614 100 52 0,075 2,6
ZD98550 160 52 0,12 1,9
ZD87188 250 58 0,2 1,3
ZD04689 160 99 0,4 1
ZD22463 250 99 0,55 0,8
ZD26077 250 129 0,85 0,8
ZD37849 400 129 1,4 0,7
ZD17947 400 154 1,65 0,3