هیدرولیک و فیلتراسیون – تعیین تعداد و نوع فیلترهای موردنیاز در مدار

در بخش دهم و پایانی از سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» به جمع‌بندی فیلتراسیون سیستم‌های هیدرولیک و بررسی معیارهای انتخاب عامل صافی و محفظه فیلتر خواهیم پرداخت.

سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» در ده بخش و با هدف کمک به نشر آگاهی عمومی در زمینه فیلتراسیون سیستم‌های هیدرولیک منتشر می‌شود.


فیلترها در سیستم‌های هیدرولیک، عامل مهمی در بالابردن راندمان سیستم و طول عمر آن به شمار می‌روند. برای رسیدن به این هدف، باید در انتخاب نوع و تعداد فیلترهای موردنیاز در یک مدار هیدرولیک دقت زیادی شود. آنچه در قسمت‌های پیشین این مجموعه مقاله به آن پرداختیم، همگی برای درک بهتر فیلتراسیون و در نهایت انتخاب مناسب فیلتر بوده‌اند.

برای اینکه بتوان بصورت دقیق به فیلترهای مناسب به تعداد بهینه در یک سیستم رسید، فاکتورهای گوناگونی باید با دقت مورد بررسی قرار گیرند. برای این منظور، نرم‌افزارهایی طراحی شده‌است که می‌توان با استفاده از آن‌ها به یک ترکیب مناسب نزدیک شد. با این حال، با توجه به نقص معمولِ اطلاعاتی که در دسترس قرار دارد، معمولاً قواعد کلی که بر اساس داده‌های تجربی و موارد اثبات‌شده ایجاد شده‌اند، برای شروع این فرآیند تصمیم‌گیری استفاده می‌شوند.

یکی از مهم‌ترین معیارهای فیلتراسیون، سایز مجاز ذرات موجود در سیستم و حداقل اندازه ذراتی هستند که باید از سیال جدا شوند. این موضوع در انتخاب سایز روزنه‌ها و راندمان فیلتر اهمیت زیادی دارد. اندازه و تعداد ذرات موجود در سیال، میزان «تمیزی» سیال را مشخص می‌کند. پیش از این، در بخش «آنالیز سیال» به میزان تمیزی موردنیاز هریک از اجزای سیستم‌های هیدرولیک اشاره شده‌است. در بخش «راندمان و نسبت بتا» نیز راندمان فیلتر به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته‌است.

از فاکتورهای مهم در انتخاب فیلترها در مدار هیدرولیک می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • فشار کاری و میزان نوسان آن
  • شرایط محیطی
  • میزان حساسیت تجهیزات و نوع آن‌ها
  • عمر اسمی دستگاه
  • عمر مورد انتظار فیلتر
  • هزینه‌های تعمیر و نگهداری یا جایگزینی تجهیزات
  • میزان اهمیت تداوم کار دستگاه
  • میزان دبی مجاز و افت فشار متناظر با آن
  • هزینه‌های ایمنی

جدول زیر که بر اساس داده‌های تجربی و محاسباتی تهیه شده می‌تواند راهنمایی کاربردی برای تعیین نوع و تعداد فیلترهای موردنیاز در سیستم‌های هیدرولیک باشد. این جدول بر پایه راندمان المنت فیلتر طراحی شده‌است و در آن، انواع تجهیزات هیدرولیک به ترتیب از تجهیزات با بیشترین حساسیت تا تجهیزات با کمترین حساسیت فهرست شده‌اند.

نکاتی درمورد استفاده از این جدول:

  • در هر «استقرار»، ممکن است فیلترها بصورت تکی یا موازی (دوبل) استفاده شوند.
  • در حالتی که یکی از دو نوع فیلتر موردنیاز باشند، از علامت ممیز / استفاده شده‌است.
  • برای استفاده از تعداد فیلتر بیشتر از مقادیر پیشنهادی باید بر اساس تجربه کارشناس تصمیم‌گیری شود.
  • نماد P نشان‌دهنده فیلترهای خط فشاری (Pressure) است (یک استقرار به ازای هر عدد فیلتر خط فشاری)
  • نماد R نشان‌دهنده فیلترهای برگشتی (Return) است (یک استقرار به ازای هر عدد فیلتر برگشتی)
  • نماد O نشان‌دهنده فیلترهای جانبی (Off-line) است (نیم استقرار به ازای آهنگ جریانی برابر با ۱۰ درصد از حجم مخزن در دقیقه*)
    *توضیح: تعداد استقرار موردنیاز فیلترهای جانبی بر اساس فرمول زیر محاسبه شده‌است:
No = (0.5 Q) ÷ (0.1 V)

در این فرمول، No نشانگر تعداد استقرار فیلترهای جانبی، Q نشانگر آهنگ جریان یا «دبی» سیال بر حسب دقیقه و V نشان‌دهنده حجم مخزن است.

تعیین تعداد و انواع فیلترهای موردنیاز در مدار هیدرولیک برای β(x)>200

نوع تجهیزات فشار سیستم

(psi)

میزان تمیزی پیشنهادی سیال
(کد ISO 4406)
اندازه روزنه (x)
(میکرون)
حداقل تعداد «استقرار» فیلترها انواع فیلترهای موردنیاز در مدار
شیرهای سروو <1000 17/14/12 2 1 P
5 2 P + R
1000-3000 16/13/11 2 1.5 P + O
>3000 16/12/10 2 2 P + R
شیرهای تناسبی <1000 18/15/13 2 1 P
5 1.5 P + O
10 2.5 P + R + O
1000-3000 18/14/12 2 1 P
5 2 P + R
>3000 17/14/11 2 1.5 P + O
5 2.5 P + R + O
پمپ‌های حجم متغیر <1000 19/16/14 5 1 P/R
10 2 P + R
1000-3000 18/16/14 2 0.5 O
5 1.5 P/R + O
10 2.5 P + R + O
>3000 18/15/13 2 1 P/R
5 2 P + R
پمپ‌های پره‌ای،
پمپ‌های پیستونی ثابت،
شیرهای کارتریجی
<1000 20/17/15 5 0.5 O
10 1.5 P/R + O
1000-3000 19/17/14 5 1 P/R
10 2 P + R
>3000 19/16/13 5 1.5 P/R + O
10 2.5 P + R + O
پمپ‌های دنده‌ای،
جریان‌سنج‌ها،
سیلندرها
<1000 21/18/16 10 1 P/R
20 2.5 P + R + O
1000-3000 20/17/15 10 1.5 P/R + O
>3000 20/17/14 5 0.5 O
10 1.5 P/R + O

 

از این روش در انتخاب فیلتر برای سیستم‌های روان‌کاری نیز استفاده می‌شود. در جدول زیر، این کاربرد نشان داده شده‌است:

تعیین تعداد و انواع فیلترهای موردنیاز در مدار روان‌کاری برای β(x)>200

نوع تجهیزات میزان تمیزی پیشنهادی سیال
(کد ISO 4406)
اندازه روزنه (x)
(میکرون)
حداقل تعداد فیلترها انواع فیلترهای موردنیاز در مدار
بلبرینگ‌ها 16/13/11 2 1.5 P/R + O
2 1 P/R
یاتاقان‌های غلطکی (رول‌برینگ) 17/14/12 5 2 P + R
2 0.5 O
یاتاقان‌های لغزشی،
جعبه‌دنده‌ها
18/15/13 5 1.5 P/R + O
10 2.5 P + R + O

 

انتخاب عامل صافی

از آنجایی که فیلترهای هیدرولیک باید قادر به تحمل شرایط خاص کاری (فشارهای بالا) این سیستم‌ها باشند، عامل صافی در این فیلترها معمولاً از نوع الیاف میکروفایبرگلاس تقویت‌شده انتخاب می‌شود.

برای تعیین بازه اندازه روزنه‌های موردنیاز برای هر فیلتر در یک مدار هیدرولیک، می‌توان از روشی که در ادامه شرح داده شده‌است استفاده کرد. این روش بر اساس تعیین ضریب اهمیت برای ۷ فاکتور مربوط به سیستم و درنهایت جمع این ضریب‌ها عمل می‌کند. این فاکتورها عبارتند از:

  • فشار کار و سنگینی کار سیستم
  • شرایط محیطی کار
  • حساسیت دستگاه
  • عمر مورد انتظار از دستگاه
  • هزینه جایگزینی دستگاه
  • هزینه توقف دستگاه
  • هزینه‌های ایمنی مربوط به دستگاه

هریک از این ضریب‌ها از یک جدول مربوط به آن پارامتر استخراج می‌شوند. در ادامه، جدول‌های مربوط به این روش را می‌بینید:

 

جدول A – فشارو سنگینی کار سیستم

فشار سنگینی کار
PSI BAR سبک متوسط سنگین خیلی سنگین
0 – 1050 0 – 70 1 2 3 4
1050 – 2175 70 – 150 1 3 4 5
2175 – 3625 150 – 250 2 3 4 6
3625 – 5075 250 – 350 3 5 6 7
5075 + 350 + 4 6 7 8

درجات سنگینی کار ذکر شده در جدول بالا به شرح زیر تعریف شده‌اند:

  • سبک: کار مداوم در فشار تعیین‌شده یا کمتر
  • متوسط: تغییرات معتدل فشار تا فشار تعیین‌شده
  • سنگین: فشار صفر تا حداکثر
  • خیلی سنگین: فشار صفر تا حداکثر – با تناوب زیاد در زمان‌های کوتاه

 

جدول B – محیط کاری

وضعیت محیط ضریب
مطلوب 0
متوسط 1
نامطلوب 2
بسیار نامطلوب 3

مثال‌هایی از وضعیت‌های محیطی مذکور:

  • مطلوب: محیط‌های بسیار تمیز، آزمایشگاه ها
  • متوسط: کارگاه‌های ماشین‌کاری یا مونتاژ
  • نامطلوب: کارگاه‌های ساختمانی، محیط‌های روباز کاری و محل‌هایی که از دستگاه‌های فرز دستی استفاده می‌شود
  • بسیار نامطلوب: کارگاه‌های ریخته‌گری و ذوب فلزات و همچنین هر محلی که میزان نفوذ مورد انتظار آلاینده‌ها در آن بالا باشد

 

جدول C – حساسیت اجزاء

میزان حساسیت ضریب
خیلی زیاد 8
زیاد 6
بیشتر از متوسط 4
متوسط 3
کمتر از متوسط 2
حداقل 1

مثال‌هایی از تجهیزات با هریک از درجه‌های حساسیت تعریف‌شده:

  • خیلی زیاد: سروو شیرهای دارای دقت بسیار بالا
  • زیاد: سروو شیرهای صنعتی
  • بیشتر از متوسط: پمپ‌های پیستونی، شیرهای تناسبی، شیرهای کنترل جریان جبران‌کننده
  • متوسط: پمپ‌های پره‌ای و شیرهای اسپول‌ دار
  • کمتر از متوسط: پمپ‌های دنده‌ای، سوپاپ‌های مکش و شیرهای دستی
  • حداقل: رم‌پمپ‌ها (پمپ‌های قوچی) و سیلندرها

 

جدول D – عمر مورد انتظار

عمر (ساعت) ضریب
0 – 1,000 0
1,000 – 5,000 1
5,000 – 10,000 2
10,000 -20,000 3
20,000 + 5

 

جدول E – هزینه جایگزینی اجزاء

میزان هزینه ضریب
خیلی زیاد 4
زیاد 3
متوسط 2
کم 1

نمونه‌هایی از انواع تجهیزات برای هریک از درجات هزینه جایگزینی:

  • خیلی زیاد: پمپ‌های پیستونی بزرگ، موتورهای بزرگ با گشتاور بالا و سرعت پایین
  • زیاد: سیلندرها، سروو شیرها، موتورهای پیستونی
  • متوسط: شیرهای داخل مدار
  • کم: شیرهای ساب‌پلیت، موتورهای دنده‌ای ارزان‌قیمت

 

 جدول F – هزینه‌های توقف عملیات

میزان هزینه ضریب
خیلی زیاد 5
زیاد 3
متوسط 2
کم 1

نمونه‌هایی از انواع تجهیزات برای هریک از درجات هزینه‌های توقف عملیات:

  • خیلی زیاد: بعضی از دستگاه‌های فرز و تجهیزات متحرک
  • زیاد: تجهیزات تولید انبوه
  • متوسط: تجهیزات پراهمیت غیر مرتبط به تولید
  • کم: تجهیزات کم‌اهمیت‌تر

 

جدول G – هزینه‌های ایمنی

میزان هزینه ضریب
زیاد 3
متوسط 1
کم 0

نمونه‌هایی از تجهیزات و موقعیت‌های مختلف برای هریک از درجات هزینه ایمنی:

  • زیاد: دستگاه‌های گردنده بزرگ مانند دستگاه‌های حفاری معادن
  • متوسط: موقعیت‌هایی که در آن‌ها امکان بروز خطر بر اثر توقف یا اشکال در دستگاه وجود داشته باشد
  • کم: تجهیزات آزمایشگاهی

پس از تعیین ضریب اهمیت هریک از فاکتورهای بالا و محاسبه مجموع آن‌ها، می‌توان با استفاده از جدولی که در ادامه نشان داده شده‌است، حداقل و حداکثر اندازه مناسب روزنه برای شرایط موردنظر را به‌دست آورد.

انتخاب سایز روزنه صافی
انتخاب سایز روزنه عامل صافی بر اساس شرایط سیستم و راندمان β=200

برای درک بهتر مطلب، به مثال زیر توجه کنید:

شرح موقعیت فرضی:

برای این مثال، یک بیل مکانیکی هیدرولیکی بزرگ را درنظر می‌گیریم که در یک معدن سنگ مشغول به کار است. این ماشین مجهز به پمپ‌های پیستونی یدکی جبران فشار و سیلندرهای بالابر بسیار بزرگ است.

پارامترهای شرایط سیستم:

بر اساس موقعیت تعریف شده، هفت پارامتر مربوط به شرایط این سیستم را بر اساس جدول‌های بالا به شرح زیر تعیین می‌کنیم:

۱- فشار و سنگینی کار سیستم (جدول A):

سیستم مورد بحث، در فشار ۲۴۵ بار فعالیت می‌کند و در چرخه‌ای که حدوداً چهار بار در دقیقه تکرار می‌شود، حداقل و حداکثر نوسانات فشار و جریان را تجربه می‌کند. با این شرایط، فشار کار سیستم در رده «سنگین» قرار می‌گیرد.

ضریب این پارامتر بر اساس جدول: ۴

۲- محیط کاری (جدول B):

محیطی که این دستگاه در آن فعالیت می‌کند در فصل‌های خشک معمولاً بسیار کثیف و پراز ذرات معلق است. درنتیجه، محیط کاری «نامطلوب» در نظر گرفته می‌شود.

ضریب این پارامتر بر اساس جدول: ۲

۳- حساسیت اجزاء (جدول C):

هرچند بیشتر اجزای این ماشین دارای حساسیت متوسط هستند، به‌دلیل حساسیت بالاتر پمپ‌های استفاده‌شده، حساسیت «بیشتر از متوسط» انتخاب می‌شود.

ضریب این پارامتر بر اساس جدول: ۴

۴- عمر مورد انتظار (جدول D):

با توجه به استفاده سالانه متوسط ۲٬۰۰۰ ساعت و عمر مفید ۴ ساله اجزاء این سیستم، عمر مورد انتظار سیستم حدود ۸٬۰۰۰ ساعت تخمین زده می‌شود و در بازه ۵٬۰۰۰ تا ۱۰٬۰۰۰ ساعت در جدول قرار می‌گیرد.

ضریب این پارامتر بر اساس جدول: ۲

۵- هزینه جایگزینی اجزاء (جدول E):

از آنجا که هزینه خرید اجزایی همچون سیلندرهای بالابر و پمپ‌های پیستونی متغیر نسبتاً بالا است، هزینه جایگزینی اجزای این سیستم، «زیاد» برآورد می‌شود.

ضریب این پارامتر بر اساس جدول: ۳

۶- هزینه‌های توقف عملیات (جدول F):

بسته به شرایط معدن، هزینه‌های ناشی از توقف عملیات ممکن است متغیر باشد. با این حال، با توجه به هزینه سرمایه بالای این سیستم، هزینه‌های توقف عملیات آن نیز در رده «زیاد» قرار می‌گیرد.

ضریب این پارامتر بر اساس جدول: ۳

۷- هزینه‌های ایمنی (جدول G):

با توجه به شرایط سیستم، نیازی به درنظر گرفتن ضریبی برای هزینه‌های ایمنی نیست.

ضریب این پارامتر بر اساس جدول: ۰

جمع ضرایب

جمع ضرایب انتخاب شده برای سیستم مورد بحث، برابر با عدد ۱۸ است. با قرار دادن این عدد در جدول زیر و پیدا کردن نقاط تلاقی امتداد آن با مرزهای گستره راندمان، حداقل و حداکثر قطر روزنه موردنیاز برای عامل صافی مورد استفاده در محدوده ۴ تا ۱۳ به دست خواهد آمد.

انتخاب سایز روزنه صافی
انتخاب سایز روزنه صافی برای موقعیت مثال

لازم به ذکر است که این جدول برای فیلترهایی با راندمان 200 (β=200) طراحی شده‌است. این میزان راندمان برای فیلترهای مورد استفاده در صنعت هیدرولیک بسیار متداول است. در مورد مثال بالا، عامل صافی مناسب برای شرایط تشریح‌شده، باید دارای حداقل راندمان β13=200 یا به عبارت دیگر دارای 99.5% کارایی باشد. نحوه محاسبه راندمان بر اساس نسبت بتا، قبلا در بخش «راندمان و نسبت بتا» تشریح شده‌است.

بطور کلی باید توجه داشت که روش‌های تشریح شده در بالا صرفاً به‌عنوان روش‌هایی کمکی استفاده می‌شوند و تصمیم‌گیری نهایی باید بر اساس نظرات کارشناسان خبره انجام شود.

انتخاب محفظه (هوزینگ)

طراحی و انتخاب هوزینگ بر اساس محل استقرار فیلتر و شرایط سیستم انجام می‌شود. از جمله این شرایط عبارتند از:

  • نیاز به سیستم بای‌پس
  • نیاز سیستم به درین (تخلیه)
  • میزان فشار سیستم در نقطه استقرار فیلتر
  • میزان نیاز به ادوات کنترلی مانند نمایشگر میزان افت فشار
  • مشخصات فیزیکی سیال عبورکننده
  • مشخصات شیمیایی سیال عبورکننده

بر اساس این شرایط، هوزینگ ممکن است به‌عنوان بخشی ثابت از سیستم طراحی شود و المنت فیلتر بصورت جداگانه قابل‌تعویض باشد، یا اینکه هوزینگ و فیلتر در طراحی بعنوان یک بخش واحد درنظر گرفته شوند. در حالت دوم امکان تعویض جداگانه هوزینگ و المنت وجود نخواهد داشت (مانند فیلترهای پیچی).

در شکل زیر، نمای داخلی یک هوزینگ شامل شیر بای‌پس، شیر تخلیه و فشارسنج‌های جریان عبوری نشان داده شده‌است.

هوزینگ (محفظه فیلتر)
هوزینگ (محفظه فیلتر) همراه با بای‌پس، تخلیه، فشارسنج و فیلتر مستقر در آن

 

هیدرولیک و فیلتراسیون – انواع فیلترها در مدار هیدرولیک

در این بخش از سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» به بررسی انواع فیلترهای هیدرولیک بر اساس محل قرارگیری آن‌ها در مدارهای هیدرولیک خواهیم پرداخت.

سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» در ده بخش و با هدف کمک به نشر آگاهی عمومی در زمینه فیلتراسیون سیستم‌های هیدرولیک منتشر می‌شود.


هر مدار هیدرولیک ممکن است شامل انواع پمپ‌ها، موتورها، شیرها، سیلندرها، مخزن‌ها، فیلترها و شیرهای بای‌پس باشد. فیلترهایی که در مسیرهای عبور سیال در این مدارها استفاده می‌شوند بر اساس نقش و موقعیت، در دسته فیلترهای مکشی، فشاری، بازگشتی یا جانبی قرار می‌گیرند.

در ادامه به شرح هریک از این موقعیت‌ها می‌پردازیم:

فیلتر مکشی (Suction Filter)

فیلتر مکشی در مدار هیدرولیک
فیلتر مکشی

نقش فیلترهای مکشی، حفاظت از پمپ در برابر آلودگی‌های روغن است. این فیلترها پیش از مجرای ورودی پمپ نصب می‌شوند. برای جلوگیری از پدیده کاویتاسیون در پمپ، در این فیلترها از المنت‌هایی با سطح تصفیه پایین استفاده می‌شود. به همین علت، این فیلترها نمی‌توانند نقش محافظ اصلی در برابر آلایش را داشته باشند و بعضی از سازندگان پمپ و تجهیزات هیدرولیک، استفاده از آن‌ها را توصیه نمی‌کنند.

فیلتر فشاری (Pressure Filter)

فیلتر فشاری
فیلتر فشاری با مسیر جایگزین

فیلترهای فشاری (خط فشاری) با فاصله کمی بعد از پمپ و در امتداد مسیر روغن نصب می‌شوند. این فیلترها به منظور تحمل فشار سیستم طراحی شده‌اند و سایز آن‌ها بر اساس آهنگ خاص جریان سیال در خط فشاری که قرار است در آن به‌کار روند، انتخاب شده‌است.

این فیلترها معمولاً نقش محافظت از تجهیزاتی که درست بعد از پمپ در مسیر روغن قرار گرفته‌اند (مانند سروو ولو‌ها) را بر عهده دارند و بخاطر محل قرارگیری‌شان، عملاً در محافظت از کل سیستم در برابر آلایشِ تولیدشده در پمپ نیز نقش دارند.

لازم به ذکر است که این فیلترها باید بالاترین درجه تحمل فشار در سیستم و همچنین درجه بالایی از فیلتراسیون را داشته‌باشند. علاوه بر این ممکن است با توجه به سطح فیلتراسیون موردنیاز هریک از اجزای سیستم، نیاز به نصب فیلترهای دیگری در مدار مربوط به همان جزء باشد.

فیلتر بازگشتی (Return Filter)

فیلتر بازگشتی
فیلتر بازگشتی با مسیر جایگزین

فیلترهای بازگشتی (برگشتی)، بهترین انتخاب برای موقعیتی هستند که پمپ، جزء حساسی از سیستم به شمار می‌رود. در بیشتر سیستم‌ها فیلتر برگشتی، آخرین جزئی است که روغن پیش از ورود به مخزن از آن عبور می‌کند. درنتیجه، این فیلترها، خرده‌های ناشی از استهلاک اجزای متحرک سیستم و ذراتی که از طریق درزبندی‌های مستهلک پیستون‌ها و سیلندرها وارد سیستم شده‌اند را از روغن جدا کرده و مانع ورود آن‌ها به مخزن می‌شوند.

از آنجایی که این فیلترها درست قبل از مخزن واقع شده‌اند، میزان تحمل فشار و هزینه‌های آن‌ها معمولاً پایین‌تر از فیلترهای فشاری است.

فیلتر جانبی (Off-line Filter)

فیلتر جانبی در مدار هیدرولیک
فیلتر جانبی با مسیر جایگزین

این نوع فیلتر که به آن فیلتر «مجزا» یا «کمکی» نیز گفته می‌شود، کاملاً مستقل از مدار اصلی هیدرولیک عمل می‌کند.

فیلتراسیون جانبی شامل پمپ، فیلتر، موتور الکتریکی و اتصالات موردنیاز است. این تجهیزات، خارج از مدار اصلی و به صورت یک زیرسیستم کوچکتر و مجزا نصب می‌شوند و روغن بطور مداوم از داخل مخزن به بیرون پمپ شده، به درون فیلتر هدایت می‌شود و در نهایت به داخل مخزن بازمی‌گردد. به این ترتیب، می‌توان با بکار گیری فیلتراسیون جانبی، میزان آلایش روغن را در حد ثابتی حفظ کرد.

جاگذاری موازی یا دوبل (Duplex)

فیلترهای فشاری و بازگشتی را می‌توان بصورت موازی یا دوبل (Duplex) نیز در مدارهای هیدرولیک جاگذاری کرد. در این روش، فیلترهایی با درجه فیلتراسیون یکسان بصورت موازی با یکدیگر در مدار نصب می‌شوند. از مزایای این روش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • در صورت گرفتگی (پر شدن ظرفیت نگهداری) یکی از فیلترها، امکان عبور سیال از فیلتر دیگر وجود خواهد داشت و به این ترتیب زمان بای‌پس به تأخیر خواهد افتاد.
  • در صورت نیاز به تعویض یکی از فیلترها، می‌توان بدون ایجاد وقفه در سیستم هیدرولیک، سرویس‌های لازم را انجام داد.

دو شکل زیر، این نوع جاگذاری را برای فیلترهای فشاری و بازگشتی نشان می‌دهند.

فیلترهای فشاری موازی
جاگذاری موازی فیلترهای فشاری
فیلترهای بازگشتی موازی
جاگذاری موازی فیلترهای بازگشتی

جمع بندی

در یک مدار هیدرولیک ممکن است هریک از انواع فیلترهایی که در این مطلب معرفی شدند وجود داشته باشند. شکل زیر، یک مدار فرضی را نشان می‌دهد که شامل تمام این انواع است.

موقعیت فیلترها در مدار هیدرولیک
موقعیت فیلترها در مدار هیدرولیک

هیدرولیک و فیلتراسیون – راندمان و نسبت بتا

در این بخش از سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» به تشریح تست مالتی‌پس برای تعیین نسبت بتا و راندمان فیلتر خواهیم پرداخت.

سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» در ده بخش و با هدف کمک به نشر آگاهی عمومی در زمینه فیلتراسیون سیستم‌های هیدرولیک منتشر می‌شود.


راندمان و نسبت بتا

راندمان جداسازی فیلتر، نشان‌دهنده قابلیت فیلتر در جداسازی ذرات آلاینده با اندازه‌های معین از سیال است. برای محاسبه این فاکتور مهم، اولین و مهم‌ترین گام، تعیین شاخصی با عنوان «نسبت بتا» است.

نسبت بتا (β) یا «نسبت جداسازی» برای ذرات آلاینده در یک بازه اندازه‌ای معین، عبارت است از نسبت تعداد ذرات موجود در سیال پیش از فیلتر به تعداد ذرات موجود در سیال پس از فیلتر. نسبت بتا در صنعت فیلتر به عنوان شاخصی برای اندازه‌گیری میزان کارایی فیلترها به کار می‌رود. با این حال، این شاخص به تنهایی برای درک عملکرد فیلتر کافی نیست. نسبت بتا به عنوان پارامتری در محاسبه راندمان جداسازی فیلتر استفاده می‌شود و در منابع فارسی فیلتراسیون از آن به عنوان «ضریب بتا» نیز یاد شده‌است.

برای تعیین نسبت بتا برای یک فیلتر، بر اساس روش «مالتی‌پس» (Multi-pass) عمل می‌شود. این روش در استاندارد ISO 16889 تشریح شده‌است.

تست مالتی‌پس

در این روش، با برقراری جریان آرام سیال، مقدار معینی از آلاینده که از ذرات جامد با اندازه معین تشکیل شده، بطور مداوم و در شرایط کنترل‌شده آزمایشگاهی به جریان ورودی فیلتر افزوده شده و از فیلتر عبور داده می‌شود. در همین حال، در زمان‌های مشخص، میزان آلودگی سیال پیش از ورود به فیلتر و پس از خروج از آن با استفاده از دستگاه‌های شمارش‌گر اندازه‌گیری می‌شود. بر اساس این انداره‌گیری‌ها، چند شاخص از جمله نسبت بتا برای ذرات با اندازه‌های معین، برای یک فیلتر تعیین می‌شود.

در مجموع، با انجام تست مالتی‌پس، سه خصیصه مربوط به عملکرد فیلتر تعیین می‌شوند:

  • ظرفیت نگهداری فیلتر
  • میزان افت فشار در فیلتر
  • نسبت جداسازی فیلتر، که بصورت «نسبت بتا» بیان می‌شود
تست مالتی‌پس Multi-pass
تست مالتی‌پس

محاسبه نسبت بتای فیلتر

فرمول مورد استفاده برای تعیین نسبت جداسازی به شرح زیر است:

β(x) = Nu(x) / Nd(x)

پارامترهای فرمول بالا به این شکل تعریف شده‌اند:

  • β(x): نسبت جداسازی فیلتر برای ذراتی به قطر x میکرون و بزرگتر
  • Nu(x): تعداد ذرات شمارش‌شده به قطر x میکرون و بزرگتر در جریان ورودی فیلتر (پیش از ورود به فیلتر)
  • Nd(x): تعداد ذرات شمارش‌شده به قطر x میکرون و بزرگتر در جریان خروجی فیلتر (پس از خروج از فیلتر)

این به این معنی است که نسبت جداسازی (نسبت بتا) از تقسیم تعداد ذرات وارد شده به فیلتر بر روی تعداد ذرات خارج شده از فیلتر به دست می‌آید. برای مثال، در صورتی که نسبت بتای یک فیلتر برای ذرات ۱۰ میکرون و بزرگتر بصورت β10 = 200 بیان شود، تعداد ذرات ورودی ۱۰ میکرونی و بزرگتر به این فیلتر، ۲۰۰ برابر بیشتر از تعداد ذرات خروجی با این اندازه از فیلتر بوده‌است. به عبارت دیگر، فیلتر مورد آزمایش قادر بوده‌است تعداد ذرات ۱۰ میکرونی و بزرگتر در سیال ورودی را به یک دویستم کاهش دهد.

محاسبه نسبت بتا بر اساس جریان ورودی و خروجی
محاسبه نسبت بتا بر اساس جریان وروی و خروجی

محاسبه راندمان درصدی

برای بیان راندمان جداسازی فیلتر به شکل درصد، از فرمول زیر استفاده می‌شود. این درصد بر اساس نسبت بتا محاسبه می‌شود:

E(x) = (1-(1/β(x))) × 100

در فرمول بالا، پارامترها به این شرحند:

  • E(x): راندمان جداسازی فیلتر برای ذرات به قطر x میکرون و بزرگتر
  • β(x): نسبت جداسازی فیلتر برای ذرات به قطر x میکرون و بزرگتر

بعنوان مثال، محاسبه راندمان جداسازی برای ذرات ۱۰ میکرون و بزرگتر در فیلتری با عدد بتای 200 در همین بازه اندازه‌ای، به این شرح خواهد بود:

E(10) = (1-(1/β(10))) × 100
= (1-(1/200)) × 100
= 99.5

در جدول زیر می‌توان رابطه بین شاخص نسبت بتا و راندمان درصدی را مشاهده کرد:

رابطه نسبت بتا و راندمان درصدی

نسبت جداسازی (β) فیلتر
برای ذراتی با اندازه معین
راندمان درصدی فیلتر
برای ذراتی با همان اندازه
2 50%
5 80%
10 90%
20 95%
75 98.7%
100 99%
200 99.5%
1000 99.9%

با دقت در جدول بالا ملاحظه می‌شود که بین راندمان ۹۹٫۵ درصد و راندمان ۹۹٫۹ درصد، تفاوت راندمانی ۰٫۴ درصد وجود دارد، در حالی که تفاوت بین شاخص بتای ۲۰۰ و ۱٬۰۰۰ که مبنای محاسبه دو راندمان مذکور بودند، عدد ۸۰۰ است. بزرگی تفاوت در نسبت بتا بسیار گویاتر از ۰٫۴ درصد است. هرچند مهم‌ترین نقش نسبت بتا در محاسبه درصد راندمان جداسازی است، اما خود این شاخص نقش مؤثرتری در درک میزان جداسازی فیلتر و کارایی مورد انتظار از آن دارد.

هیدرولیک و فیلتراسیون – صافی و عامل صافی

در این بخش از سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» به مرور انواع جداسازی فیزیکی پرداخته و به انواع عامل صافی و مراحل فیلتراسیون می‌پردازیم.

سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» در ده بخش و با هدف کمک به نشر آگاهی عمومی در زمینه فیلتراسیون سیستم‌های هیدرولیک منتشر می‌شود.


فیلتراسیون

واژه «فیلتر» به معنای جداکننده یا صافی است. «فیلتراسیون» در ادبیاتِ این موضوع به معنای جدا سازی فیزیکی است.

به طور کلی، جداسازی فیزیکی به انواع زیر دسته‌بندی می‌شود:

  • جامد از جامد
  • جامد از مایع
  • جامد از گاز
  • مایع از مایع
  • مایع از گاز
  • گاز از گاز

انواع جداسازی در سیستم‌های هیدرولیک را می‌توان به صورت زیر برشمرد:

  •  جداسازی جامدات ازمایعات
  • جداسازی جامدات موجود در گازها
  • جداسازی مایعات از مایعات

در این میان، جداسازی جامد از مایع در سیستم‌های هیدرولیک بیشترین کاربرد را دارد. عامل اصلی در این نوع فیلتراسیون «مدیا» یا «عامل صافی» است.

عامل صافی

عامل صافی یا «مدیا»ی فیلتر وظیفه جداسازی آلاینده‌ها از سیال را بر عهده دارد. مدیا معمولاً بصورت ورقه‌ای تولید می‌شود و گاهی بصورت چین‌دار در می‌آید تا مساحت بیشتری از آن در مقابل جریان سیال قرار گیرد. به این ترتیب، ضمن بالا رفتن سطح و ظرفیت فیلتراسیون، افت فشار فیلتر نیز کاهش می‌یابد.

در بعضی از موارد، مدیا بصورت چندلایه مورد استفاده قرار می‌گیرد. از نظر جنس، مدیا از مواد مختلفی ساخته می‌شود و می‌توان آن را به انواع زیر دسته‌بندی کرد:

  • توری‌های فلزی
  • توری‌های غیر فلزی
  • کاغذ با الیاف سلولزی
  • کاغذ با الیاف میکرو فایبرگلاس
  • منسوجات با تار و پود یا بافته شده
  • منسوجات بدون بافت
  • پلیمرها

مدیا از نظر عمق تصفیه به دو دسته سطحی و عمقی تقسیم می‌شود.

مقایسه عامل صافی سطحی و عمقی
مقایسه عامل صافی سطحی و عمقی

در نوع سطحی، سیال در عبور از مدیا در مسیر مستقیم حرکت می‌کند. اجزای این نوع فیلتر از رشته‌های به هم بافته‌شده تشکیل شده‌اند. تمام حفره‌های آن‌ها دارای اندازه یکسانی هستند و قطر آن‌ها بر اساس قطر بزرگترین ذره کروی‌شکل که تحت شرایط خاص آزمایشگاهی می‌تواند از آن عبور کند، تعریف می‌شود.

در مدیای عمقی، سیال باید مسیر غیرمستقیمی را در طول اجزای تشکیل دهنده مدیا طی کند. این نوع مدیا دارای میلیون‌ها حفره ریز است که از فضای بین الیاف شکل گرفته‌‌اند. در طول لایه‌های مدیا، این حفره‌ها مسیر غیرمستقیمی برای عبور سیال بوجود آورده اند و به دلیل نحوه توزیع اندازه آن‌ها، عامل صافی ظرفیت جذب بالایی برای آلاینده‌های بسیار کوچک دارد. علاوه بر این، عمر این نوع مدیا از نوع سطحی بیشتر است.

از مواد تشکیل دهنده مدیای عمقی می توان به الیاف سلولزی و فایبرگلاسی اشاره کرد. در نوع سلولزی، حفره‌ها به دلیل شکل و اندازه متفاوت الیاف، دارای اختلاف اندازه زیادی با یکدیگر هستند. الیاف فایبرگلاس نازک‌تر بوده و دارای سطح مقطع یکنواخت و دایره‌ای هستند و به این ترتیب عملکرد بهتر و دقیق‌تری دارند. نازکی الیاف باعث ایجاد حفره‌های کوچک‌تر و عملکرد بهتر می‌شود و ظرفیت نگهداری فیلتر نیز بهبود می‌یابد.

مراحل فیلتراسیون

تفکیک ذرات آلوده از طریق مکانیسم‌های متفاوت انجام می‌شود. سه مکانیسم عمومی متداول در فیلتراسیون شامل اثر جداسازی، اثر اینرسی و اثر نشر است. با توجه به اندازه ذرات قابل جداسازی و مشخصات سیال، مکانیسم مؤثر در فرآیند فیتراسیون متفاوت خواهد بود. «اثر جداسازی»، مکانیسم اصلی تفکیک در فیلتراسیون روغن هیدرولیک، روغن و سوخت است. «اثر اینرسی» و «اثر نشر» عمدتاً در فیلتراسیون هوا نقش دارند.

در ادامه، به مرور مختصر هریک از این مکانیسم‌ها خواهیم پرداخت. در تصاویر زیر، الیاف مدیای فیلتر به صورت عمود بر سطح تصویر به نمایش درآمده است. سیال در اطراف این الیاف جریان دارد.

اثر اینرسی

در حالی که ذرات همراه با جریان سیال ورودی به الیاف عامل صافی نزدیک می‌شوند، خطوط جریان برای عبور از فضای میان الیاف، تغییرجهت می‌هند. اما ذرات غبار به علت اینرسی ناشی از جرم بالاتر به مسیر قبلی خود ادامه داده و از مسیر خطوط جریان خارج می‌شوند و با الیاف برخورد می‌کنند.

با توجه به نزدیکی جرم حجمی سیال و ذرات شناور در آن، میزان انحراف ذرات از مسیر جریان سیال بسیار ناچیز است و درنتیجه در عمل، اثر اینرسی نقش بسیار کوچکی را در جداسازی ذرات از سیال مایع ایفا می‌کند.

اثر اینرسی
اثر اینرسی

اثر نشر

در این مکانیسم، ذرات بسیار ریز به علت حرکت در مسیرهای نامنظم ناشی از برخورد با مولکول‌های سیال (حرکت براونی) به صورت تصادفی با الیاف برخورد می‌کنند و در آنجا متوقف می‌شوند.

با توجه به اینکه جریان سیال مایع بطور ذاتی تا حد زیادی حرکات جانبی ذرات و انحراف آن‌ها از مسیر سیال را خنثی می‌کند، این اثر نیز مانند اثر اینرسی، نقش ناچیزی در فیلتراسیون مایعات دارد.

اثر نشر
اثر نشر

اثر جداسازی

ذراتی که دارای قطری بزرگ‌تر از قطر حفره‌های میان الیاف هستند، هنگام عبور سیال از این حفره‌ها به راحتی در ورودی حفره متوقف می‌شوند. علاوه بر این، معمولاً تعداد زیادی از ذرات ریزتر نیز پیش از ورود به عامل صافی متوقف می‌شوند. این پدیده دلایل گوناگونی دارد:

  • در واقعیت، ذرات دارای شکل‌های نامنظمی هستند. برحسب چگونگی قرارگیری ذره در ورودی حفره، شکل ذره ممکن است باعث گیر افتادن ذره در پشت صافی شود.
  • برخورد و روی هم قرار گرفتن دو یا چند ذره در ورودی حفره، باعث پوشانده‌شدن بخشی از سطح حفره می‌شود. این پدیده می‌تواند گیر افتادن و متوقف شدن ذرات بیشتر و ریزتر از اندازه حفره را در پی داشته باشد.
  • فعل و انفعالات فیزیکی بین سطح ذره و دیواره داخلی حفره می‌تواند باعث چسبیدن ذره به دیواره حفره شود. این فعل و انفعالات ممکن است ناشی از بارهای الکتریکی متفاوت این دو سطح یا نیروهای بین مولکولی باشد که ممکن است باعث ایجاد پیوندهای واندروالسی یا هیدروژنی شوند.

این مکانیسم، اثر جداسازی نام دارد و اصلی‌ترین مکانیسم فیلتراسیون در سیستم‌های هیدرولیک به‌شمار می‌رود.

اثر جداسازی
اثر جداسازی

عمر فیلتر

با شروع استفاده از فیلتر جدید، ذرات آلاینده به تدریج در منافذ و روی سطح عامل صافی جمع می‌شوند. با بالارفتن میزان آلودگی، حجم این لایه بیشتر شده و حجم منافذ فیلتر کاهش پیدا می‌کند. با کاهش حجم این منافذ، اختلاف فشار افزایش می‌یابد.

نمودار زمانی اختلاف فشار
نمودار زمانی اختلاف فشار

در تصویر بالا، میزان اختلاف فشار (ᐃp) بین ورودی و خروجی فیلتر نسبت به مدت استفاده (یا میزان آلودگی) نمایش داده شده‌است. در فیلترهای عمقی، اختلاف فشار معمولاً به کندی افزایش پیدا می‌کند. اما با پرشدن ظرفیت منافذ فیلتر، اختلاف فشار به‌سرعت افزایش می‌یابد. در این حالت، زمان تعویض فیلتر فرا رسیده‌است.

نقطه زمانی t1 در دفترچه راهنمای سازنده دستگاه مشخص می‌شود و هر فیلتر دارای میزان افت فشار مخصوص به خود است. این میزان افت فشار، با میزان جذب آلاینده توسط عامل صافی در ارتباط است. این رابطه را می‌توان بصورت «نمودار عمر فیلتر» بیان کرد. عواملی مانند تغییرات در آهنگ جریان سیال در سیستم و ویسکوزیته سیال می‌توانند دامنه این تغییرات را تحت تأثیر قرار دهند.

نمودار عمر فیلتر برای صافی‌های گوناگون
نمودار عمر فیلتر بر اساس عامل صافی

در تصویر بالا، نمودار عمر فیلتر برای سه مدیای مختلف نشان داده شده‌است. با دقت در این نمودار، می‌توان تأثیر جنس الیاف عامل صافی در عمر فیلتر را مشاهده‌کرد. مدیای ساخته‌شده از فایبرگلاس در مقایسه با الیاف سلولزی به دلیل فرم و چگونگی قرارگیری رشته‌ها، ظرفیت نگهداری بهتری را ارائه می‌دهند.

هیدرولیک و فیلتراسیون – آنالیز سیال

در این بخش از سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» روش‌های متدوال آنالیز روغن‌های هیدرولیک را بررسی خواهیم کرد و به مرور درجات تمیزی موردنیاز برای اجزای مختلف سیستم‌های هیدرولیک خواهیم پرداخت.

سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» در ده بخش و با هدف کمک به نشر آگاهی عمومی در زمینه فیلتراسیون سیستم‌های هیدرولیک منتشر می‌شود.


آنالیز سیال هیدرولیک

آنالیز سیال یکی از اساسی‌ترین مراحل نگهداری سیستم‌های هیدرولیک به شمار می‌رود. با کمک آنالیز سیال می‌توان از سازگاری سیال با شرایط تعیین‌شده توسط سازنده اطمینان حاصل کرد. با آنالیز یک روغن می‌توان ترکیبات و میزان آلودگی آن را مشخص کرد. با توجه به اینکه بررسی دیداری هرگز نمی‌تواند روش دقیقی برای آگاهی از وضعیت سیال باشد، آنالیز سیال تنها راه قابل اطمینان برای کسب آگاهی از ویژگی‌های سیال است.

آنالیز سیال به طور معمول شامل موارد زیر است:

  • تعیین ویسکوزیته سیال
  • تعیین تعداد ذرات موجود در سیال
  • تعیین محتوای آب موجود در سیال
  • طیف‌سنجی و تجزیه و تحلیل سیال از نظر نوع فلزات و افزودنی‌های موجود در سیال

یکی از مهم‌ترین بخش‌های آنالیز سیال، شمارش ذرات و تعیین کد ISO 4406 برای میزان تمیزی سیال است و به طور عمده به یکی از روش‌های زیر انجام می‌شود:

  • بر اساس شاخص افت فشار
  • به روش «پچ‌تست» (Patch Test) با استفاده از میکروسکوپ
  • با استفاده از دستگاه‌های قابل حمل شمارشگر ذرات
  • آنالیز آزمایشگاهی

در ادامه هریک از این روش‌ها را بصورت خلاصه مرور می‌کنیم:

شاخص افت فشار

در این روش که بیشتر تجربی است، فرض بر این است که اگر افت فشار فیلتر موجود در مسیر روغن در طول مدت معینی ثابت بماند، روغن به سطح تمیزی لازم رسیده‌است. این روش بسیار ابتدایی و غیر قابل کنترل بوده و تنها باید به عنوان آخرین گزینه از آن استفاده شود.

پچ‌تست

در این روش، ابتدا حجم مشخصی از روغن از میان صافی‌های بسیار ریزی که برای این منظور تهیه شده عبور می‌کند. سپس ذرات جامدِ به‌جا مانده بر روی صافی، با استفاده از میکروسکوپ بررسی شده و الگوی آن با الگوهای استانداردی که قبلاً تهیه شده‌اند، مقایسه می‌شود. درنهایت، عددی بعنوان شاخص آلودگی روغن با توجه به الگوهای تعریف‌شده معرفی می‌شود.

این روش بسیار وقت‌گیر بوده و نیاز به دقت و تجربه زیادی دارد.

شمارشگرهای ذرات

این دستگاه‌های قابل حمل با استفاده از تکنولوژی‌های مدرن با سرعت و دقت بالا، تعداد و اندازه ذرات موجود در سیال را اندازه‌گیری کرده و نتایج را بصورت نمودار و تصویر ارائه می‌دهند. مزیت‌های متعدد این دستگاه‌ها باعث محبوبیت بالا و گسترش روزافزون استفاده از آن‌ها شده‌است.

نمونه‌ای از این دستگاه‌ها را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید:

شمارشگر ذرات
دستگاه‌های شمارشگر ذرات

آنالیز آزمایشگاهی

آنالیز آزمایشگاهی جامع‌ترین و کامل‌ترین روش آنالیز سیال به شمار می‌رود. در روش‌های معمول آنالیز سیال، تعداد ذرات، ویسکوزیته، محتوای آب موجود در سیال و نوع فلزات و افزودنی‌های موجود در سیال در تعیین می‌شوند. در آنالیز آزمایشگاهی، علاوه بر این موارد، نمودارهای تحلیلی، عکس میکروگراف و راهنمای آنالیز روغن نیز برای سیال مورد تحلیل ارائه می‌شوند.

نمونه‌ای از گزارش ارائه شده از آنالیز آزمایشگاهی را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید:

گزارش آزمایشگاهی آنالیز سیال
گزارش آزمایشگاهی آنالیز سیال – تصویر از Parker

سطوح تمیزی

سازندگان تجهیزات هیدرولیک، باید درجه تمیزی موردنیاز روغن هیدرولیک برای عمل‌کرد بهینه دستگاه خود را تعیین کنند.

در جدول زیر، تعدادی از اجزای سیستم‌های هیدرولیک و کد ISO 4406 که نشان‌دهنده درجه تمیزی معمول موردنیاز برای روغن مورد استفاده آن‌ها است، نشان داده شده‌اند. توجه داشته‌باشید که این مشخصات باید توسط سازندگان سیستم‌های هیدرولیک بصورت مکتوب به مصرف کننده اعلام شود. این شاخص‌ها برای تعیین درجه فیلتراسیون موردنیاز سیستم ضروری است و علاوه بر این می‌تواند برای حفظ گارانتی و وارانتی دستگاه مؤثر باشد. زیرا با تعیین این شاخص‌ها، مرز بین استفاده معمول و استفاده غیراستاندارد از سیستم مشخص می‌شود.

سطوح تمیزی موردنیاز معمول برای اجزای سیستم‌های هیدرولیک

اجزای سیستم سطح تمیزی موردنیاز
بر اساس کد ISO
شیرکنترل سروو 17/14/11
شیر تناسبی (Proportional Valve) 18/15/12
موتور و پمپ پره‌ای یا پیستونی 19/16/13
شیرکنترل فشاری و جهتی 19/16/13
موتور و پمپ دنده‌ای 20/17/14
سیلندر و شیر کنترل جریان 21/18/15
روغن جدید و استفاده‌نشده 21/18/15

 

هیدرولیک و فیلتراسیون – تمیزی روغن هیدرولیک

در این بخش از سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» استاندارد تمیزی سیال (ISO 4406) و نحوه تعیین سطح تمیزی روغن‌های هیدرولیک را مرور می‌کنیم.

سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» در ده بخش و با هدف کمک به نشر آگاهی عمومی در زمینه فیلتراسیون سیستم‌های هیدرولیک منتشر می‌شود.


روغن هیدرولیک به عنوان انتقال‌دهنده نیرو در سیستم‌های هیدرولیک، یک رکن اساسی و مهم به شمار می‌رود. در سیستم‌های هیدرولیک، سیال با تغییر مقدار یا جهت نیرو، نیاز به عملیات مکانیکی را کاهش می‌دهد. برای کسب کارایی رضایت‌بخش، بازدهی مناسب و دوام بیشتر سیستم، باید از روغن هیدرولیک با شرایط مطلوب استفاده کرد. هریک از آلاینده‌ها مانند ذرات جامد، آب و هوا که در بخش‌های گذشته به آن‌ها اشاره شد در کاهش خواص روغن‌های هیدرولیک مؤثرند. درنتیجه تا حد امکان باید از سیستم‌های هیدرولیک در برابر اثرات مخرب این آلاینده‌ها محافظت کرد.

در مرحله اول، باید میزان و نوع آلاینده‌های موجود در روغن هیدرولیک را مشخص کرد. ذرات جامد، مهم‌ترین بخش این آلاینده‌ها به شمار می‌روند. از آنجا که وجود آلاینده‌های جامد در روغن هیدرولیک اجتناب‌ناپذیر است، سازمان جهانی استاندارد برای تشخیص بهتر میزان این آلاینده‌ها استانداردی را با عنوان ISO 4406 تدوین کرده‌است. این استاندارد، پروتکل یا زبان مشترکی را برای تشخیص سطح تمیزی روغن هیدرولیک از نظر وجود ذرات جامد فراهم می‌کند.

در این بخش، استاندارد تمیزی روغن هیدرولیک معرفی شده و چگونگی استفاده از جداول ارائه‌شده در این استاندارد با ذکر مثال نشان داده خواهد شد.

استاندارد تمیزی روغن هیدرولیک: ISO 4406

استاندارد ISO 4406 شاخص آلودگی روغن را بصورت سه عدد مجزا نشان می‌دهد. در این استاندارد ایزو، ذرات جامد مختلف در سه محدوده بر اساس میکرون طبقه شده‌اند:

  •  ذرات بزرگ‌تر از ۴ میکرون
  • ذرات بزرگ‌تر از ۶ میکرون
  • ذرات بزرگ‌تر از ۱۴ میکرون

در هریک از این بازه‌ها، تعداد ذرات موجود در ۱۰۰ میلی‌لیتر روغن شمارش شده و عدد متناظر به آن از جدول استخراج می‌شود. حاصل، سه عدد مجزا است که هریک نشان‌دهنده یک مفهوم خاص است.

جدول استاندارد ISO 4406

شماره محدوده حداقل تعداد ذرات در ۱۰۰ میلی‌لیتر حداکثر تعداد ذرات در ۱۰۰ میلی‌لیتر
28 130,000,000 250,000,000
27 64,000,000 130,000,000
26 32,000,000 64,000,000
25 16,000,000 32,000,000
24 8,000,000 16,000,000
23 4,000,000 8,000,000
22 2,000,000 4,000,000
21 1,000,000 2,000,000
20 500,000 1,000,000
19 250,000 500,000
18 130,000 250,000
17 64,000 130,000
16 32,000 64,000
15 16,000 32,000
14 8,000 16,000
13 4,000 8,000
12 2,000 4,000
11 1,000 2,000
10 500 1,000
9 250 500
8 130 250
7 64 130
6 32 64
5 16 32
4 8 16
3 4 8
2 2 4
1 1 2
0 0.5 1

 

روش تعیین میزان تمیزی روغن هیدرولیک

برای درک بهتر چگونگی تعیین سطح تمیزی روغن با استفاده از جدول استاندارد ISO 4406، نمونه‌ای از روغن هیدرولیک را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

در این نمونه روغن، تعداد ۲۵٬۰۰۰ ذره جامد بزرگ‌تر از ۱۴ میکرون، ۴۲۰٬۰۰۰ ذره جامد بزرگ‌تر از ۶ میکرون و ۵٬۵۷۰٬۰۰۰ ذره جامد بزرگتر از ‍۴ میکرون شمارش شده‌اند. برای تعیین کد ISO 4406 این نمونه که نمایانگر میزان تمیزی آن است، باید سطر مربوط به تعداد ذرات شمارش شده در هر بازه را پیدا کرده و عدد مربوط به آن سطر را در جایگاه مربوط در کد ISO قرار داد. تصویر متحرک زیر این مراحل را نشان می‌دهد:

تعیین کد ISO 4406 روغن
مراحل تعیین کد ISO 4406 برای روغن نمونه: ساختار کد ISO بر اساس تعداد ذرات شمارش‌شده با اندازه‌های مختلف در روغن هیدرولیک تعریف شده‌است. این استاندارد، اندازه های ذرات را در بازه‌های ۴ میکرون، ۶ میکرون و ۱۴ میکرون تعریف می‌کند.

 

روغن نمونه - ISO 4406
مشخصات روغن نمونه مورد بررسی

 

روغن نمونه - ISO 4406
مشخصات روغن نمونه بر اساس استاندارد ISO 4406

 

برای مشاهده عینی تفاوت روغن‌ها با سطح تمیزی مختلف، تصویر زیر را مشاهده کنید.

مقایسه سطح تمیزی بر اساس ISO 4406
مقایسه دو نمونه روغن با سطوح تمیزی متفاوت (بزرگنمایی ۱۰۰ برابر)

در تصویر سمت چپ تعداد ذرات جامد موجود در روغن بیشتر از نمونه تصویر سمت راست است. با دقت در هریک از شاخص‌های سه‌گانه این استاندارد می‌توان به میزان ذرات مربوط به هرکدام از بازه‌های تعریف شده پی برد.

هیدرولیک و فیلتراسیون – انواع و منابع آلاینده‌ها (۲)

در این بخش و بخش پیشین از سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» به انواع و منابع آلاینده‌ها در سیستم‌های هیدرولیک می‌پردازیم. در بخش پیشین «ذرات جامد» را که مهم‌ترین نوع آلاینده‌های سیستم های هیدرولیک به شمار می‌روند بررسی کردیم. در بخش حاضر به بررسی «آب» و «هوا» به عنوان دیگر انواع آلاینده‌های این سیستم‌ها می‌پردازیم.

سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» در ده بخش و با هدف کمک به نشر آگاهی عمومی در زمینه فیلتراسیون سیستم‌های هیدرولیک منتشر می‌شود.


در این بخش از مقاله، آب و هوا را به عنوان آلاینده‌های سیستم‌های هیدرولیک مورد بحث قرار خواهیم داد.

آب

در سیستم های هیدرولیک، انتقال نیرو بر عهده روغن هیدرولیک است. روغن های هیدرولیک معمولا حاوی 100ppm تا 300ppm آب هستند که می‌تواند بصورت محلول در سیال پایه معدنی وجود داشته‌باشد بدون اینکه رنگ سیال تغییر کند. با افزایش مقدار آب، رنگ روغن کدر یا شیری شده و ظاهر آن به اصطلاح «ابری» می‌شود.

تأثیر وجود آب در روغن
تأثیر وجود آب در روغن

روغن‌های مختلف، با غلظت‌های متفاوتی از آب به نقطه اشباع می‌رسند. این تفاوت را می‌توان در جدول زیر مشاهده کرد:

نقاط شروع اشباع روغن‌های متداول توسط آب

نوع روغن PPM درصد
روغن هیدرولیک 300 0.03
روغن روانکاری 400 0.04
روغن ترانسفورماتور 50 0.005

آسیب‌های ناشی از آلایش توسط آب

با عبور آب از حد اشباع در روغن هیدرولیک، خواص روغن تغییر کرده و در سیستم هیدرولیک شاهد آسیب‌های جدی خواهیم بود. بخشی از این آسیب‌ها عبارتند از:

  • خوردگی سطوح فلزی
  • بالا رفتن استهلاک سایشی
  • خستگی یاتاقان‌ها
  • تجزیه شدن افزودنی‌ها
  • تغییر ویسکوزیته روغن هیدرولیک
  • افزایش رسانایی الکتریکی

وجود آب به دلیل کاهش مقاومت لایه روان‌کاری باعث افزایش شدت سایش شده و در حضور فلزاتی نظیر مس شدت سایش دو برابر خواهد شد. از طرفی با کاهش افزودنی‌های موجود در روغن، میزان خوردگی و زنگ‌زدگی سطوح فلزی افزایش می‌یابد. همچنین به دلیل تسریع اکسیداسیون، لجن اسیدی در سیستم ایجاد شده و راندمان فیلتراسیون کاهش می‌یابد. افزایش میزان آب موجود در روغن ترانسفورماتورها می‌تواند باعث افزایش رسانایی الکتریکی این روغن‌ها و درنتیجه افزایش احتمال خطرات ناشی از آن شود. به همین دلیل، کنترل دقیق میزان آن بسیار حیاتی است.

تاثیر میزان آب موجود در روغن بر عمر یاتاقان
تاثیر میزان آب موجود در روغن بر عمر یاتاقان

نمودار بالا نشان می‌دهد که عمر مفید یاتاقان‌ها بر اساس وجود 100ppm آب در روغن اعلام می‌شود و با اضافه شدن مقدار آب در روغن، عمر مفید یاتاقان تا رسیدن به نقطه اشباع آب در روغن کاهش پیدا می‌کند و به حدود نصف می‌رسد.

جلوگیری از آسیب‌های ناشی از آب

برای جلوگیری از ورود آب به سیستم، اقدام‌های زیر می‌توانند مؤثر باشند:

  • دقت در انبارداری صحیح
  • برطرف کردن نشتی مبدل‌های حرارتی
  • برطرف کردن نشتی ورودی‌های مخزن
  • تعویض آب‌بندهای آسیب‌دیده

اقدامات فوق می‌توانند تا حد قابل قبولی از ورود آب به سیستم جلوگیری کنند. با این حال، آب می‌تواند از خارج سیستم به آن وارد شود و علاوه بر این، به دلیل میعان در مخازن، همواره مقداری آب در روغن هیدرولیک مشاهده می‌شود. برای متعادل نگه داشتن سیستم از سه روش مرسوم برای جداسازی آب از روغن هیدرولیک استفاده می‌شود:

  • استفاده از فیلترهای جذب‌کننده آب (سپراتورها)
  • روش سانتریفیوژ
  • استفاده از دستگاه‌های پمپ خلاء

آب در روغن بصورت کلوییدی وجود دارد. در روش‌های مختلف جداسازی آب از روغن، از همین خاصیت فیزیکی استفاده می‌شود. در فیلترهای سپراتور، مدیای فیلتر که معمولاً از جنس میکروفایبرگلاس ساخته می‌شود، با شکل خاص الیاف خود، کلوییدهای آب را از روغن جدا می‌کند. در روش سانتریفیوژ، مجموعه های کلوییدی آب با استفاده از نیروی گریز از مرکز از روغن جدا می‌شوند. اما در عمل، کامل‌ترین سیستم پالایش آب از روغن هیدرولیک، استفاده از دستگاه پمپ خلاء است که با ایجاد فشار منفی بر سطح مخازن، سبب تبخیر آب و جداسازی آن از روغن می‌شود. می‌توان از پمپ‌های خلاء بعنوان دستگاه‌های جانبی در سیستم‌های هیدرولیک استفاده کرد.

دستگاه پمپ خلاء
دستگاه پمپ خلاء
(تصویر از پارکر)

هوا

وجود هوا در روغن هیدرولیک عملکرد سیستم‌های هیدرولیک را مختل کرده و راندمان سیستم را به‌شدت کاهش می‌دهد. در عمل، وجود هوا در مسیرهای انتقال نیرو توسط روغن هیدرولیک از انتقال نیرو جلوگیری می‌کند. از جمله آسیب‌های ناشی از ورود هوا به سیستم‌های هیدرولیک، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • کاویتاسیون
  • تولید کف تراکم‌پذیر
  • افزایش درجه حرارت
  • تسریع روند اکسیداسیون
  • کاهش توان پمپ
  • ایجاد واکنش‌های شیمیایی
  • کم شدن خاصیت روانکاری

برای از بین بردن آثار مخرب وجود هوا در سیستم‌های هیدرولیک، اساساً باید از ورود آن جلوگیری کرد. چند روش بنیادی برای این کار عبارتند از:

  • تأمین هد موردنیاز پمپ
  • باز و بسته کردن شیرکنترل ها به آهستگی
  • کسب اطمینان از سلامت کلاهک مخزن
  • آب‌بندی کامل ورودی‌های سیستم

همانطور که در بخش آلاینده‌های جامد اشاره شد، جلوگیری از ورود آلاینده‌ها بسیار مهم بوده و باید جدی گرفته شود. آب و هوا بعنوان آلاینده‌های سیستم‌های هیدرولیک همانند آلاینده‌های جامد در کاهش راندمان سیستم اثر قابل‌توجهی دارند و در گام نخست باید از ورود آن‌ها به سیستم‌های هیدرولیک جلوگیری شود.

هیدرولیک و فیلتراسیون – انواع و منابع آلاینده‌ها (۱)

در این بخش و بخش بعدی از سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» به انواع و منابع آلاینده‌ها در سیستم‌های هیدرولیک خواهیم پرداخت. بخش حاضر به «ذرات جامد» اختصاص دارد و بخش بعدی به بررسی «آب» و «هوا» خواهد پرداخت.

سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» در ده بخش و با هدف کمک به نشر آگاهی عمومی در زمینه فیلتراسیون سیستم‌های هیدرولیک منتشر می‌شود.


آلاینده‌های سیستم‌های هیدرولیک را می‌توان به سه دسته عمده تقسیم کرد:

  • ذرات جامد
  • آب
  • هوا

در این بخش از مقاله به ذرات جامد خواهیم پرداخت و در بخش بعدی، آب و هوا را مورد بحث قرار خواهیم داد.

انواع آلاینده‌های جامد

ذرات جامد به دو دسته «سیلت» (ذراتی با قطر کمتر از ۵ میکرون) و «چیپس» (ذراتی با قطر بیشتر از ۵ میکرون) تقسیم می‌شوند. سیلت می‌تواند به مرور زمان باعث ایجاد نقص در اجزای سیستم شود، در حالی که وجود چیپس می‌تواند بلافاصله آسیب‌های فاجعه‌بار را در پی داشته‌باشد.

تقسیم‌بندی ذرات جامد (اعم از چیپس و سیلت) را می‌توان به صورت زیر بسط داد:

۱- ذرات سخت

  • ذرات سیلیس
    سیلیس‌ها، ذراتی کریستالی با درجه سختی بسیار بالا هستند که بصورت کوارتز و ماسه در محیط وجود دارند. در صورت بالا بودن میزان غلظت ذرات سیلیس در محیط کار، احتمال ورود این ذرات به سیستم‌های هیدرولیک نیز بالاتر خواهد بود. ذرات سیلیس معمولاً بصورت مستقیم باعث آسیب در سیستم‌های هیدرولیک می‌شوند.
  • کربن
    این ذرات معمولاً بصورت دوده در سیستم مشاهده می‌شوند. ذرات دوده، کروی‌شکل بوده و تمایل بسیار زیادی برای چسبیدن به یکدیگر و تشکیل خوشه دارند. ذرات کربن می‌توانند هم بصورت مستقیم و هم غیرمستقیم (با ایجاد ترکیب‌های شیمیایی با افزدونی‌های موجود در روغن هیدرولیک) به سیستم آسیب برسانند.
  • ذرات فلزی
    ذرات فلزی به شکل‌های مختلف در سیستم‌های هیدرولیک مشاهده می‌شوند. این ذرات می‌توانند هم از خارج سیستم به آن وارد شوند و هم به واسطه آسیب‌های ناشی از ذرات جامد در داخل سیستم ایجاد شوند. ذرات فلزی عمدتاً بصورت مستقیم به سیستم آسیب می‌رسانند.

۲- ذرات نرم

  • لاستیک
    این ذرات معمولاً از محل آسیب واشرهای آب‌بندی وارد سیستم می‌شوند و بصورت مستقیم به سیستم آسیب می‌رسانند.
  • الیاف
    الیاف بطور عمده از بیرون وارد سیستم می‌شوند و بصورت مستقیم باعث آسیب در سیستم می‌شوند.
  • میکروارگانیسم‌ها
    موجودات زنده ذره‌بینی هستند که از بیرون یا به همراه روغن هیدرولیک وارد سیستم شده و در آن رشد پیدا می‌کنند. این موجودات ممکن است از طریق ترکیب‌شدن با افزودنی‌های موجود در روغن هیدرولیک، تشکیل ترکیبات شیمیایی بدهند که می‌توانند موجب آسیب‌هایی مانند خوردگی در سیستم شوند.

همانطور که در توضیحات مختصر هریک از انواع ذرات اشاره شد، بسیاری از آلاینده‌ها از خارج وارد سیستم می‌شوند. لازم به ذکر است که آلاینده‌های جامد ممکن است بصورت مستقیم یا غیرمستقیم به سیستم آسیب برسانند. برای مثال، ایجاد لجن در روغن هیدرولیک باعث افت شدید کیفیت روغن و از دست رفتن خواص آن شده و علاوه بر این، آسیب‌های وارده به سیستم را تشدید می‌کند. تشکیل لجن از اثرات غیرمستقیم وجود آلاینده‌های جامد در سیستم‌های هیدرولیک است.

آسیب‌های ناشی از ذرات جامد

وجود ذرات جامد در هر نقطه از سیستم‌های هیدرولیک می‌تواند به شکل‌های مختلفی به این سیستم‌ها آسیب وارد کند. در ادامه به هریک از این آسیب‌ها بطور مختصر خواهیم پرداخت:

ساییدگی

وجود آلاینده‌های جامد بین دو سطح متحرک می‌تواند روی یکی از این سطوح یا هردوی آن‌ها ایجاد ساییدگی کند. طبیعتاً هرچه درجه سختی ذره جامد از درجه سختی سطوح متحرک بیشتر باشد، میزان ساییدگی ایجاد شده بیشتر خواهد بود.

ساییدگی در قطعات هیدرولیک
ساییدگی در قطعات سیستم‌های هیدرولیک

فرسایش

هنگام حرکت روغن هیدرولیک با سرعت بالا در سیستم، آلاینده‌های جامد موجود در آن با همان سرعت به گوشه‌های اجزای سیستم یا سطوح داخلی قطعاتی که در مسیر روغن هیدرولیک قرار دارند برخورد می‌کنند. این برخوردها باعث فرسایش این قطعات می‌شود.

فرسایش در قطعات هیدرولیک
فرسایش در قطعات سیستم‌های هیدرولیک

چسبندگی

نبود روان‌کاری مناسب میان اجزای متحرک باعث می‌شود بخشی از ذرات جامد آلاینده‌ی موجود در سیستم روی سطوح داخلی اجزای سیستم بچسبند. بر اثر این چسبندگی، سطوح داخلی شکل صیقلی خود را از دست می‌دهند. قابل ذکر است که سطوح تنها در این نوع آسیب، بر جستگی پیدا می‌کنند؛ درحالی که در سایر آسیب‌ها شاهد فرورفتگی روی سطوح هستیم.

چسبندگی در قطعات هیدرولیک
چسبندگی در قطعات سیستم‌های هیدرولیک

خستگی سطحی

بر اثر برخورد مداوم آلاینده‌های جامد بر روی سطوح، استرس سطوح بالا رفته و سطح به مرور دچار «خستگی» خواهد شد. با برخوردهای بیشتر، بخش‌هایی از سطح از آن جدا شده و خود بصورت آلاینده‌های جامد به سیستم اضافه می‌شوند که این، شروع آسیب‌های بیشتر خواهد بود.

خستگی سطحی در قطعات هیدرولیک
خستگی سطحی در قطعات سیستم‌های هیدرولیک

خوردگی

بعضی از آلاینده‌های جامد مانند میکروارگانیسم‌ها و ذرات دوده، با افزودنی‌های موجود در روغن هیدرولیک وارد واکنش شیمیایی شده و ترکیبات جدیدی مانند اسیدها را تشکیل می‌دهند. این ترکیبات جدید، روی سطوح ایجاد خوردگی می‌کنند.

خوردگی در قطعات هیدرولیک
خوردگی در قطعات سیستم‌های هیدرولیک

پیشگیری از ورود ذرات جامد

ذرات جامد ممکن است به روش‌های مختلفی ایجاد شده و وارد سیستم شوند. برای مثال، ممکن است در فرآیند تولید، مونتاژ یا تعمیرات و همچنین هنگام کار عادی سیستم، ذرات جامدی از طریق سایش، خوردگی و پدیده‌های مشابه ایجاد شوند. علاوه بر این، ذرات جامد ممکن است از محل نشتی‌های موجود در سیستم یا همراه روغن جدید یا به روش‌های دیگر از خارج سیستم به آن وارد شوند.

آلاینده‌ها در چرخه هیدرولیک
آلاینده‌ها در چرخه هیدرولیک

آهنگ نفوذ ذرات به سیستم‌های متعارف

سیستم آهنگ نفوذ ذرات (تعداد بر دقیقه)*
تجهیزات متحرک 108-1010
سالن‌های تولید 106-108
سالن‌های مونتاژ 105-106

* تعداد ذرات بزرگتر از ۱۰ میکرون وارد شده به سیستم از منابع مختلف

 

اولین و مهم‌ترین گام در پیشگیری از آسیب‌هایی که ذرات جامد می‌توانند به سیستم‌های هیدرولیک وارد کنند، جلوگیری از ورود این ذرات است. با کاهش تراکم این ذرات در روغن هیدرولیک، روش‌های جداسازی این ذرات نظیر استفاده از فیلتر، راندمان بالاتری خواهند داشت.

برای جلوگیری از ورود ذرات جامد به سیستم، راهکارهای گوناگونی وجود دارد، از جمله:

  • انبارداری صحیح
  • نصب فیلترهای مکش هوای مخازن
  • تخلیه روغن سیستم پیش از شروع به کار اولیه
  • چک کردن تمام آب‌بندی‌ها و تعویض قطعات مستهلک
  • بستن تمام منافذ و درپوش‌ها هنگام تعمیرات
  • فیلتر کردن روغن پیش از پر کردن یا جبران کمبود مخازن

جلوگیری از ورود آلاینده‌ها به سیستم‌های هیدرولیک، به وسواس و دقت کاری بسیار بالا نیاز دارد. این مهم باید در تمام واحدهایی که با این سیستم‌ها کار می‌کنند رعایت شده و مورد توجه ویژه قرار گیرد.

هیدرولیک و فیلتراسیون – آسیب‌های ناشی از آلاینده‌ها

در این بخش از سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» به آسیب‌ها و هزینه‌های ناشی از آلاینده‌ها در سیستم‌های هیدرولیک خواهیم پرداخت. این سری مطالب در ده بخش و با هدف کمک به نشر آگاهی عمومی در زمینه فیلتراسیون سیستم‌های هیدرولیک منتشر می‌شود.


آسیب‌های ناشی از آلاینده‌ها در سیستم‌های هیدرولیک

حدود ۹۵ درصد از تمام مشکلات سیستم‌های هیدرولیک ناشی از گرما، فرآیند مونتاژ سیستم و ورود آلاینده‌ها به سیستم است. مشکلات ناشی از گرما معمولاً مربوط به طراحی و متریال مورد استفاده در ساخت سیستم هستند و مشکلات به‌وجود آمده در روند مونتاژ اکثراً به اتصالات و نحوه نصب آن‌ها برمی‌گردد. در این میان، مشکلات مربوط به آلاینده‌ها بیشترین مشغولیت ما در فیلتراسیون را به خود اختصاص می‌دهد، زیرا تجربیات طراحان و کاربران سیستم‌های هیدرولیک نشان می‌دهد که ۷۵ درصد تمام مشکلات این سیستم‌ها بطور مستقیم ناشی از آلاینده‌ها است.

آلاینده‌ها می‌توانند به واسطه ایجاد اختلال‌های جدی در عملکرد روغن هیدرولیک، هزینه‌های سنگینی را به سیستم تحمیل کنند. چهار عملکرد اصلی روغن هیدرولیک به این شرح است:

  • عمل به عنوان محیط انتقال انرژی
  • روان‌کاری اجزای متحرک داخلی
  • عمل به عنوان محیط انتقال گرما
  • درزبندی اجزای متحرک

درصورت بروز اختلال در هریک از این عملکردها، سیستم هیدرولیک به روش مورد انتظار در طراحی عمل نخواهد کرد. توقف تولید احتمالی ناشی از این اختلالات می‌تواند در هر ساعت چندین هزار یورو هزینه را به یک کارخانه بزرگ تحمیل کند، که با نگهداری و استفاده مناسب از روغن هیدرولیک می‌توان دفعات توقف پیش‌بینی‌نشده را کاهش داده و از این هزینه‌ها اجتناب کرد. مشکلات به وجود آمده بر اثر ورود آلاینده‌ها به سیستم می‌تواند هزینه های مختلفی را به سیستم تحمیل کند:

  • توقف تولید
  • هزینه‌های جایگزین کردن اجزا و قطعات
  • تعویض مداوم سیال
  • انهدام پرهزینه روغن
  • افزایش کلی هزینه‌های نگهداری
  • افزایش میزان ضایعات

آسیب‌های ناشی از آلاینده‌ها معمولاً به شکل‌های زیر اتفاق می‌افتند:

  • گرفتگی روزنه‌ها
  • استهلاک اجزا
  • تشکیل زنگ یا سایر انواع اکسیداسیون
  • تشکیل مواد شیمیایی مرکب
  • تغییر خاصیت افزودنی‌ها
  • رشد باکتری‌ها

روغن هیدرولیک باید با ایجاد یک لایه روان‌کننده، فاصله‌های میان اجزای متحرک را حفظ کند. در بهترین حالت، این لایه باید به اندازه کافی ضخیم باشد تا بتواند لقی مجاز بین این اجزا را پر کند. در چنین حالتی، استهلاک سیستم در حد پایینی باقی می ماند و به این ترتیب احتمال اینکه اجزا تا پایان عمر مفید خود (که ممکن است چند میلیون چرخه کاری باشد) قابل‌استفاده باشند، افزایش پیدا خواهد کرد.

لقی مجاز در سیستم‌های هیدرولیک، به بازه فاصله‌ای میان اجزای متحرک یا ثابت این سیستم‌ها گفته می‌شود. این مقدار در مراجع مختلف به فراخور کارایی سیستم و اهمیت قطعه، اعلام شده‌است.

لقی در پمپ پیستونی
لقی در پمپ پیستونی
لقی در پمپ روتور (پره‌ای)
لقی در پمپ روتوری (پره‌ای)
لقی در پمپ دنده‌ای
لقی در پمپ دنده‌ای

 

مقادیر معمول لقی مجاز برای اجزای سیستم‌های هیدرولیک در جدول زیر ذکر شده‌اند:

میزان لقی مجاز برای اجزای سیستم‌های هیدرولیک

اجزای سیستم لقی مجاز (میکرون)
یاتاقان لغزشی 0.5
پمپ روتوری (پره‌ای)
(از دورترین نقطه پره تا دیواره داخلی)
0.5-1
پمپ دنده‌ای
(از چرخ‌دنده تا دیواره جانبی)
0.5-5
شیر سروو
(از اسپول تا بدنه)
1-4
یاتاقان هیدرواستاتیک 1-25
پمپ پیستونی
(از پیستون تا دیواره داخلی سیلندر)
5-40
دیواره فلپر شیر سروو 18-63
عملگر (اکچویتور) هیدرولیکی 50-250
روزنه خروجی شیر سروو 130-450

روانکاری با ایجاد لایه‌ای از مایع روان‌کار در بین قطعات متحرک در فاصله لقی مجاز صورت می‌گیرد. ضخامت این لایه بستگی به فاصله درنظر گرفته شده در طراحی، میزان بار وارد شده بر قطعه، سرعت حرکت قطعات و ویسکوزیته مایع روانکار دارد.

 

فواصل ایده‌آل بر اساس طراحی
فواصل ایده‌آل اجزا بر اساس طراحی
زیر بار و بدون حرکت با روغن روانکاری
فواصل اجزا زیر بار، بدون حرکت، با روغن روانکاری
زیر بار و در حال حرکت با روغن روانکاری
فواصل اجزا زیر بار، در حال حرکت، با روغن روانکاری

 

با مقایسه مقادیر لقی مجاز با سایز نسبی ذرات که در جدول زیر نشان داده شده‌است، می‌توان به میزان حساسیت هریک از اجزای سیستم هیدرولیکی نسبت به اندازه آلاینده‌های پی برد.

سایز نسبی ذرات

ذره یا محدوده بزرگی سایز (میکرون) سایز (اینچ)
دانه نمک خوراکی 100 0.0039
موی انسان 70 0.0027
حد پایین بینایی انسان 40 0.0016
آرد آسیاب‌شده 25 0.001
گلبول قرمز خون 8 0.0003
باکتری 2 0.0001

 

مقایسه ابعادی ذرات
مقایسه ابعادی ذرات

هیدرولیک و فیلتراسیون – مقدمه

این مقاله در ده بخش و با هدف کمک به نشر آگاهی عمومی در زمینه فیلتراسیون سیستم‌های هیدرولیک منتشر می‌شود. در این بخش که شامل مقدمه این مقاله است، به مبانی علم هیدرولیک و سیستم‌های هیدرولیک خواهیم پرداخت.


مبانی علم هیدرولیک

اصول و مبانی این علم، در قرن ۱۷ توسط پاسکال شناسایی شد. اما به‌علت عدم توانایی در تهیه سطوح کاملاً پرداخت شده و تولید واشرها و روشهای آب‌بندی مناسب، در عمل تا قبل از قرن بیستم، استفاده گسترده از توانایی های این علم میسر نبود. در پنجاه سال اخیر با پیشرفت تکنولوژی و امکانات ساخت، استفاده از این علم سرعت گرفته‌است.

سیستم‌های هیدرولیکی با آب، روغن یا سیالات دیگر کار می‌کنند. در سیستم‌های تحت فشار مانند پرس‌ها و جک‌ها، علاوه بر مایعات تراکم‌پذیر، از گازها هم می‌توان استفاده کرد. گستره کاربرد علم هیدرولیک بسیار وسیع است: از عبور آب در کانال‌ها تا صنایع هوافضا.

به طور کلی می توان فنی که به انتقال نیرو توسط مایعات می‌پردازد را هیدرولیک نامید.

کاربردهای هیدرولیک
کاربردهای گسترده سیستم‌های هیدرولیک

سیستم‌های هیدرولیک

سیستم‌های هیدرولیک، سیستم‌هایی هستند که بر پایه علم هیدرولیک طراحی و ساخته می‌شوند. در این سیستم‌ها، انتقال نیرو از طریق سیال مایع انجام می‌شود. سیستم‌های هیدرولیک، مزایای شناخته‌شده متعددی دارند، از جمله:

  • امکان انتقال نیروهای بزرگ
  • امکان تنظیم دقیق و پیوسته سرعت و باردهی حتی در حین کار
  • بازه تبدیل دور نامحدود
  • سهولت تغییر جهت حرکت و دوران
  • امکان تغییر جهت سریع سرعت با دقت بالا
  • حرکت آرام و پایدار اجزا
  • حفاظت در برابر اضافه بار

با این حال، سیستم‌های هیدرولیک معایبی هم دارند که از بین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • داغ شدن و تغییر خاصیت روغن هیدرولیک
  • نیاز به دقت بالا هنگام ساخت قطعات اجزای سیستم هیدرولیک
  • حساسیت آب‌بندی
  • خاصیت سیال در انتقال نیرو به جهت‌های مختلف

وجود این معایب، نیاز به دقت در استفاده از سیستم‌های هیدرولیکی را گوشزد می‌کند.

از جمله بزرگ‌ترین مشکلات روغن‌های هیدرولیک، تأثیرات اصطکاک داخلی این روغن‌ها است. بر اثر این نیروی مقاوم، خواص فیزیکی و شیمیایی سیال تغییر می‌کند و حتی امکان ضعیف شدن محل‌های آب‌بندی را به وجود می‌آورد.