Nykyaikaista öljyn kunnossapitoa, Osa 2
Nykyaikainen paluusuodatin on paljon muutakin kuin vain suodatin.
Paluusuodatin ei ole enää vain paluusuodatin – Ilma pois öljystä
Hydraulijärjestelmän luotettavan toiminnan yhtenä olennaisena tekijänä on oikeanlainen suodatus. Usein ratkaisuna on asentaa paluulinjaan suodatin, joka kerää paluuvirtauksesta likapartikkelit pois. Nykyaikainen paluusuodatin on kuitenkin paljon muutakin kuin vain suodatin.
Hydraulinesteen tehtävänä hydraulijärjestelmässä on tehonsiirto, mutta samalla se mahdollistaa toimilaitteiden voitelun ja siirtää komponenteilta pois häviöiden seurauksena muodostunutta hukkalämpöä. Käytön aikana komponentit myös kuluvat, joten pieniä kulumispartikkeleita liikkuu virtauksen mukana järjestelmässä. Kulumis- ja muut järjestelmään joutuneet likapartikkelit on tärkeää saada pois järjestelmästä, jotta ne eivät nopeuta kulumista entisestään eivätkä estä järjestelmän luotettavaa toimintaa esimerkiksi kiilautumalla kapeisiin välyksiin komponenteissa.
Hydraulinesteen suodatukseen käytetään yleisesti paluu-, paine- ja sivukiertosuodattimia, joilla kaikilla on omat vahvuutensa ja erityistehtävänsä. Painesuodattimella voidaan suojella järjestelmän herkkiä komponentteja ja sivukiertosuodatuksella voidaan tehokkaasti parantaa hydraulinesteen yleistä puhtaustasoa. Sivukierrossa virtaus on mahdollista saada tasaiseksi ja sen suuruus tiedetään, joten suodatin voidaan mitoittaa tarkasti oikeankokoiseksi. Yleisimmin käytössä on kuitenkin paluusuodatin ja sille on syynsä. Paluusuodattimen paineenkeston ei tarvitse olla korkea (< 10 bar), joten rakenne on kevyempi ja hinta edukkaampi kuin painesuodattimilla. Lisäksi paluusuodatin suodattaa kaiken järjestelmästä palaavan öljyn, joten komponenttien kulumisesta aiheutuneet likapartikkelit päätyvät lopulta paluusuodattimeen.
Paluusuodattimen tehtävät
Paluusuodattimen tärkein tehtävä on poistaa hydraulinesteestä sinne kuulumattomat likapartikkelit, mutta nykyaikaisella paluusuodattimella on muitakin tehtäviä. Paluusuodatin voi estää sähköstaattisten varausten muodostumisen öljyyn ja myös poistaa varauksia (Promaint 3/2023, Uusien öljyjen haasteet – ESD-ilmiö ja sen estäminen), mutta lisäksi paluusuodatinta voi hyödyntää ilman poistamiseen öljystä. Ilma halutaan öljyn seasta pois, sillä ilma nopeuttaa hydrauliöljyn vanhenemista. Lisäksi säätötarkkuus kärsii ja hydraulipumpun tehokkuus laskee, kun öljy puristuu enemmän kasaan ilman vaikutuksesta. Kasaan puristuessaan hydrauliöljy lämpenee normaalia enemmän, joten pahimmillaan järjestelmän jäähdytysteho ei ole riittävä ja öljy ylikuumenee. Tämä taas nopeuttaa hydrauliöljyn vanhenemista ja seurauksena voi olla öljyn lakkautuminen. Ilmakuplat voivat lisäksi aiheuttaa vaahtoamista tankissa, viskositeetin laskemisen, kavitaatiota ja mikro-diesel -ilmiön. Jälkimmäinen tarkoittaa sitä, että pienen ilmakuplan paineistuessa yli 200 bar paineeseen, ilmakuplan lämpötila voi nousta yli 1000°C. Tämän seurauksena voi tapahtua pieni paikallinen räjähdys ja syntyy pieniä hiilipartikkeleita, jotka värjäävät öljyn tummemmaksi.
Miten ilma saadaan pois?
Ilma ei siis miltään osin paranna hydrauliöljyn ominaisuuksia, joten miten sen saa pois? Perinteisesti asia on ratkaistu mitoittamalla hydraulisäiliö niin suureksi, että öljyllä on aikaa rauhoittua ja vapaana oleva ilma ehtii poistua öljystä ennen kuin se taas uudestaan pumpataan järjestelmään. Tehokkain nykyisin käytössä oleva tapa on poistaa ilmaa aktiivisesti alipaineella (esim. HYDAC OXS tai HYDAC TRU). Alipaine poistaa niin vapaata kuin liuennutta ilmaa, mutta myös vettä. Vaihtoehtoisesti vapaan ilman poistuminen öljystä varmistetaan nykyaikaisella passiivisella menetelmällä, jossa hyödynnetään ilman erotukseen optimoitua paluusuodatinta ja virtauslaskentaa. Näiden avulla ilman erottumista hydraulisäiliössä saadaan tehostettua, mutta samalla myös säiliön kokoa pienennettyä. Etukäteen ennen simulointeja ei ole mahdollista luvata, paljonko säiliötä voi pienentää, mutta HYDAC Air-X -paluusuodattimien avulla suomalaisten asiakkaiden projekteissa säiliön tilavuutta on usein voitu pienentää 20-50%.
Virtaussimulointien lisäksi asiakkaiden järjestelmille tehdään tarvittaessa kenttämittauksia oikean työsyklin aikana, jotta optimoidun hydraulisäiliön ilman erottumisen toimivuus voidaan todentaa myös kokeellisesti. Joissakin tapauksissa säiliöitä lähetetään myös Saksaan laboratoriomittauksiin HYDAC Fluid Care Centeriin, jossa saadaan tehtyä tarkimmat mittaukset hallituissa olosuhteissa.
HYDAC Air-X -suodattimen ja virtaussimulointien avulla säiliön koko voitiin tässä projektissa pienentää 75 litrasta 50 litraan.
Monipuoliset hyödyt
HYDAC on jo vuosia kehittänyt Air-X -suodatinteknologiaa, jonka patentoidut ominaisuudet mahdollistavat tehokkaan ilmanerotuksen. Yksi tärkeimmistä ominaisuuksista on se, että öljyvirtaukset saadaan tankissa ohjattua riittävän rauhallisina lähelle pintaa. Mitä lähempänä pintaa ilmakupla on, sitä nopeammin se pystyy poistumaan öljystä. Air-X -suodattimissa osa öljystä myös valuu ohuena kalvona suodatinelementin pintaa pitkin alaspäin, mikä osaltaan tehostaa ilman erottumista.
Ilmaa voi erottaa muillakin passiivisilla menetelmillä öljystä, mutta kun ilmanerotus perustuu paluusuodattimeen, ei järjestelmä vaadi yhtäkään ylimääräistä komponenttia. Paluusuodatin kun kuitenkin löytyy jo melkein kaikista hydraulijärjestelmistä, joten järjestelmästä ei tule monimutkaisempi eikä painavampi. Usein säiliöstä saadaan rakenteeltaan yksinkertaisempi, joten koneenrakentaja säästää aikaa ja rahaa, kun valmistusaika lyhenee ja valmistuskustannukset laskevat. Yksinkertaisempi säiliö mahdollistaa myös paremman puhdistettavuuden valmistuksen jälkeen, joten komponenttipuhtaus saadaan paremmalle tasolle ja epäpuhtauksien aiheuttamien vikaantumisten riskit pienenevät koneen takuuaikana.
Säästöä syntyy öljyn hankinnasta ja hävityskustannuksissa.
Kohti kestävää kehitystä
HYDAC Air-X -konseptin kokonaisvaltainen lähestymistapa tarjoaa koneenrakentajalle vahvan tuen suunnitella koneen tilankäyttöä uudesta näkökulmasta. Myös loppuasiakas hyötyy, kun hydraulijärjestelmän öljynvaihtoon tarvitaan vähemmän öljyä eikä ilma, saati likapartikkelit aiheuta ongelmia koneen komponenteille tai toiminnalle. Säästöä syntyy öljyn hankintahinnassa, mutta myös hävityskustannuksissa, kun jäteöljyä kertyy pienempi määrä. Kestävän kehityksen tavoitteiden toteuttamisessa hydraulisäiliön koon optimointia ja hyvälaatuisten paluusuodattimien käyttöä ei siis kannata unohtaa.
Artikkeli julkaistu Promaint 4 / 2023
Lue nettiartikkeli YUMPUsta
Teksti Arto Laamanen, teknologiapäällikkö HYDAC Oy
