Ograde

Bypass filtracija ulja – Princip rada i primena

Filtracija ulja predstavlja osnovni mehanizam kontrole kontaminacije u hidrauličnim i transmisionim sistemima. Čvrste čestice i voda u ulju direktno skraćuju vek trajanja pumpi, ventila i ležajeva, a njihovo uklanjanje je preduslov za pouzdan i dugotrajan rad opreme. Filtracija je stoga osnovni alat kontrole ove kontaminacije, a izbor odgovarajućeg tipa filtracije zavisi pre svega od karakteristika mašine na kojoj se primenjuje.

Kod stacionarnih industrijskih sistema, ovu ulogu najčešće preuzimaju off-line jedinice — samostalni uređaji sa sopstvenom pumpom koji rade paralelno sa glavnim sistemom. Kod mobilnih mašina situacija je drugačija. Bageri, utovarivači, kranovi, mašine za asfaltiranje i slična mehanizacija imaju ograničen prostor za ugradnju, rade sa promenljivim opterećenjem i nemaju uvek praktičan način da prihvate dodatnu pumpu i rezervoar off-line jedinice. Za ove uslove razvijena je bypass filtracija — rešenje koje ne zahteva sopstvenu pumpu, već koristi pritisak već prisutan u hidrauličnom sistemu mašine.

Bypass filtracija i bypass ventil – dva različita pojma

Svaki filter za ulje ima filter element koji sa vremenom zadržava sve više nečistoća i postaje sve gušći. Kada se to desi, ulju je sve teže da prođe kroz element, pa pritisak ispred njega raste. Ako bi se element potpuno začepio, ulje ne bi moglo dalje da prolazi — a to bi, zavisno gde se filter nalazi, moglo da znači da pumpa ostane bez dovoljno ulja, ili da samo kućište filtera bude izloženo prekomernom pritisku.

Da do toga ne bi došlo, u kućište filtera se ugrađuje bypass ventil — jednostavan mehanički ventil koji se, kada pritisak pređe određenu granicu, otvara i omogućava ulju da zaobiđe (bypass) zaprljani element i nastavi dalje, makar i nefiltrirano. Bolje je da ulje privremeno prođe neprečišćeno, nego da sistem ostane bez protoka ili da se filter ošteti.

Ovaj mehanizam postoji kod filtera uopšte — pa tako i kod same bypass filtracione jedinice. Kod RMF bypass jedinica (BPU, BPUW, BPUS), bypass ventil je ugrađen u kućište te iste jedinice i otvara se na pritisku od 6,2 bar. To znači: ako se filter element unutar jedinice zaprlja pre nego što bude zamenjen, ventil se otvara i ulje jednostavno prođe kroz jedinicu bez filtracije, sve dok servisiranje ne bude izvršeno — bez ikakvih posledica po rad same mašine, jer je reč o malom, sporednom toku ulja koji se kontinuirano vraća u rezervoar, a ne o glavnom hidrauličnom kolu mašine.

Bypass filtracija, kao tip filtracionog sistema, označava nešto sasvim drugo — kontinuiranu filtraciju malog, precizno definisanog dela protoka ulja, paralelno sa radom glavnog sistema, bez uticaja na njegov rad. Oba pojma koriste reč „bypass“, ali opisuju različite stvari.

Princip rada bypass jedinice

Bypass jedinica (RMF Systems By-Pass Unit, oznaka BPU) priključuje se paralelno na glavni hidraulični ili transmisioni vod mašine. Ugrađeni pritisno kompenzovani protočni ventil (flow control valve), koji radi u opsegu pritiska od 12 do 420 bar, preuzima mali deo ulja iz glavnog voda pod pritiskom, propušta ga kroz filter element, i vraća prečišćeno ulje nazad u rezervoar. Kako je nominalni protok kroz samu jedinicu ograničen (u zavisnosti od modela, od 1,4 do 8,4 l/min), izdvajanje ovog dela ulja ne utiče na rad hidrauličnog sistema mašine — mašina nastavlja da radi neometano dok se filtracija odvija kontinuirano u pozadini, i tokom samog rada mašine, ne samo u mirovanju.

Kućište jedinice izrađeno je od eloksiranog aluminijuma, sa montažnim otvorima na sve četiri strane i priključcima za dovod i povrat na bočnoj i zadnjoj strani, što omogućava fleksibilnu ugradnju u ograničenom prostoru mobilne mašine. Konstrukcija je projektovana i za ugradnju kod proizvođača opreme (OEM) i za naknadnu ugradnju na već postojeće mašine, bez potrebe za izmenom drugih delova hidrauličnog sistema. Standardna maksimalna radna temperatura ulja je 80°C, uz mogućnost prilagođavanja za više temperature po zahtevu.

Filter element je izrađen radijalnom tehnologijom dubinske filtracije (Radial Depth), sa više od 200 slojeva organske celuloze, i postiže finoću filtracije od 0,5 μm. Ovaj medijum, osim čvrstih čestica, apsorbuje i zasićenu i slobodnu vodu iz ulja u jednom prolazu, čime se sprečava katalitička reakcija između vode i čvrstih čestica koja dodatno ubrzava degradaciju ulja i habanje komponenti.

Osnovne tehničke karakteristike bypass jedinica (RMF Systems)

Model Nominalni protok Preporučena zapremina rezervoara Masa same jedinice
BPU05A 1,4 l/min do ±400 l ±5 kg
BPU1A 2,1 l/min do ±750 l ±6 kg
BPU1B 4,2 l/min do ±1.500 l ±10 kg
BPU2A 4,2 l/min do ±1.500 l ±13 kg
BPU2B 8,4 l/min do ±3.000 l ±18 kg

Napomena: pritisak otvaranja internog bypass ventila je 6,2 bar kod svih modela; radni opseg protočnog ventila je 12–420 bar; maksimalan pritisak kućišta filtera 20 bar.

Jedinica se bira prema zapremini rezervoara mašine — manji modeli (BPU05A, BPU1A) pokrivaju rezervoare do 750 litara, tipične za manje bagere i utovarivače, dok se dvojne (twin) konfiguracije poput BPU2B koriste kod mašina sa rezervoarima do 3.000 litara.

Efikasnost filtracije i Beta odnos

Efikasnost filter elementa izražava se kroz takozvani Beta odnos (β) — broj koji pokazuje koliko puta filter smanjuje broj čestica određene veličine, upoređujući broj čestica pre i posle prolaska kroz element. 

Beta odnos = (broj čestica pre filtera) ÷ (broj čestica posle filtera)

Što je Beta odnos veći, filter je bolji — manje čestica te veličine uspe da prođe kroz njega.

Cifra koja stoji odmah pored slova β (na primer β1, β2, β5) ne ulazi u sam izračun — ona samo govori na kojoj veličini čestice, u mikronima, je merenje rađeno. β2 znači da je test rađen na česticama od 2 μm, β1 na 1 μm, β5 na 5 μm. Ovo je bitno zato što isti filter može odlično da zadrži krupnije čestice, a lošije sitnije, pa proizvođač uvek mora da navede na kojoj je veličini efikasnost merena.

Iz Beta odnosa se dalje računa i efikasnost u procentima, po formuli:

Efikasnost (%) = (1 − 1/β) × 100

Kod celuloznog elementa 30HB, proizvođač navodi β2 ≥ 2331 — mereno na česticama od 2 μm. To znači: Efikasnost = (1 − 1/2331) × 100 = 99,96%. Drugim rečima, od svake 2331 čestice od 2 μm koja uđe u filter, kroz njega prođe samo jedna.

Kod elementa od staklenih vlakana 30G1B, proizvođač navodi β1 = 200 — mereno na česticama od 1 mikron. Efikasnost = (1 − 1/200) × 100 = 99,5%.

Važno je ne porediti ova dva broja direktno kao da mere isto — jedan je testiran na 2 μm, drugi na 1 mikron. Ono što se sa sigurnošću može reći jeste da celulozni element, sa β2 ≥ 2331, ostvaruje veću efikasnost (99,96%) nego element od staklenih vlakana sa β1 = 200 (99,5%), i da su oba znatno iznad praga koji se u industriji smatra visokoefikasnim (β ≥ 75, odnosno 98,7%).

Filter elementi u RMF bypass jedinicama

RMF bypass jedinice iz ponude Tecosese (BPU, BPUW, BPUS) rade sa nekoliko tipova filter elemenata, u zavisnosti od tipa kontaminacije i viskoznosti ulja na konkretnoj mašini:

Tip elementa Materijal Beta odnos Efikasnost Kapacitet zadržavanja nečistoća Apsorpcija vode
20HB (celuloza) Organska celuloza β2 ≥ 2331 ≥ 99,96% 27 g 100 ml
30HB (celuloza) Organska celuloza β2 ≥ 2331 ≥ 99,96% 40 g 150 ml
60HB (celuloza) Organska celuloza β2 ≥ 2331 ≥ 99,96% 80 g 300 ml
30G1B (staklena vlakna, 1 μm) Staklena vlakna β1 = 200 99,5% 230 g —
30G3B (staklena vlakna, 3 μm) Staklena vlakna β3 = 200 99,5% 269 g —
30A5B (kombinovani) Staklena vlakna + polimer β5(c) = 200 99,5% 205 g 350 ml
Water Sorb (spin-on predfilter) Polimer (finoća 20 μm) — — 500 ml

Napomena: Beta odnosi u tabeli nisu međusobno direktno uporedivi jer su merenі na različitim veličinama čestica (β1 na 1 μm, β2 na 2 μm, β5 na 5 μm) — svaki red treba čitati zajedno sa svojom veličinom čestice.

Primena kod mobilnih mašina

Bypass jedinice su, prema navodima proizvođača, projektovane tako da se mogu ugraditi na praktično svaku mobilnu mašinu sa hidrauličnim ili transmisionim sistemom. Tipične primene obuhvataju:

  • Bagere
  • Utovarivače (utovarne lopate)
  • Šumarske mašine 
  • Mašine za asfaltiranje
  • Mešalice i pumpe za beton
  • Opremu za prizemno opsluživanje aviona i mašine za odleđivanje aviona
  • Poljoprivredne mašine
  • Mašine za berbu šećerne trske
  • Građevinske mašine u širem smislu
  • Mobilne kranove
  • Mašine za bušenje (uključujući mašine za bušenje bunara)
  • Vozila i mašine u rudarstvu, uključujući opremu za podzemnu eksploataciju
  • Mobilna postrojenja za drobljenje i separaciju u kamenolomima

Prednosti bypass filtracije

  • Produžava vek trajanja ulja i komponenti 3 do 7 puta u odnosu na sistem bez dodatne filtracije
  • Ne zahteva sopstvenu pumpu — koristi postojeći pritisak hidrauličnog sistema
  • Radi kontinuirano, i tokom rada mašine, bez uticaja na njenu funkcionalnost
  • Uklanja i čvrste čestice i vodu u jednom prolazu, uz mogućnost dodatnog predfiltera za ekstremnu kontaminaciju vodom
  • Prihvata različite tipove i finoće filter elemenata bez izmene same jedinice
  • Kompaktna, lako održiva konstrukcija, pogodna i za OEM ugradnju i za naknadnu ugradnju na postojeće mašine
  • Kompatibilna sa mineralnim hidrauličnim uljima, motornim uljima i većinom biorazgradivih ulja
  • Manje otpadnog ulja i ređe zamene komponenti doprinose i održivosti rada opreme

Modeli bypass jedinica i praćenje stanja ulja

RMF Systems nudi tri linije bypass jedinica, koje dele isti princip rada opisan ranije u tekstu, ali se razlikuju po tome da li dodaju predfiltraciju za uklanjanje vode pre glavnog filter elementa, i da li uz filtraciju nude i ugrađeno merenje stanja ulja u realnom vremenu. Izbor linije zavisi od toga sa kakvom se kontaminacijom mašina najčešće suočava i da li je rukovaocu potreban stalan uvid u čistoću ulja ili je dovoljna sama filtracija.

BPU – standardna linija

Osnovna linija, opisana u prethodnim poglavljima teksta (modeli BPU05A, BPU1A, BPU1B, BPU2A, BPU2B). Radi sa celuloznim ili staklenim filter elementom i namenjena je mašinama kod kojih je dominantan problem kontaminacija čvrstim česticama, uz umerenu prisutnost vode koju sam celulozni element delimično apsorbuje. Ovo je izbor za većinu standardnih primena, za bagere, utovarivače, mešalice za beton, poljoprivredne i šumarske mašine — gde ne postoji izražen problem prodora vode u sistem.

BPU 05 sistem bypass filtracije ulja

Slika: Model BPU05

BPUW – linija sa dodatnim uklanjanjem vode

BPUW jedinica ima dodatni H2O Sorb predfilter ispred glavnog filter elementa. Ulje prvo prolazi kroz predfilter, koji uklanja veći deo vode i krupnije čestice, a zatim kroz RMF mikrofilter, gde se vrši finalno uklanjanje preostale vode i čestica do 0,5 μm. Ova linija se bira kada mašina radi u uslovima sa izraženim prodorom vode u hidraulični sistem — na primer kod opreme koja radi napolju tokom cele godine, u vlažnim sredinama, ili kod mašina kod kojih je analiza ulja već pokazala povišen sadržaj vode.

Model Nominalni protok Kapacitet apsorpcije vode Preporučena zapremina rezervoara Masa
BPUW1A 2,1 l/min 850 ml do ±750 l 6 kg
BPUW1B 4,2 l/min 1,2 l do ±1.500 l 10 kg
BPUW2A 4,2 l/min 1,2 l do ±1.500 l 17 kg
BPUW1 sistem bypass filtracije ulja

Slika: Model BPUW1A/BPUW1B

BPUW2 sistem bypass filtracije ulja

Slika: Model BPUW2A

BPUS (Smart By-Pass Unit) – linija sa integrisanim praćenjem stanja ulja

BPUS jedinica kombinuje filtraciju sa ugrađenim senzorom za praćenje stanja ulja (CMS – Contamination Monitoring Sensor). Senzor u realnom vremenu meri i prikazuje nivo čvrstih čestica po standardima ISO 4406:1999, NAS 1638 i AS4059 Rev.E, kroz 8 kanala različitih veličina čestica, a opciono i vlažnost i temperaturu ulja. Rezultati se mogu očitati direktno na uređaju ili preuzeti na računar putem priloženog softvera, uz mogućnost programiranja alarma pri prekoračenju zadatih granica čistoće. Ova linija se bira kada je mašina kritična za proizvodnju ili kada su troškovi zastoja visoki, pa je potreban kontinuiran uvid u efekat filtracije bez potrebe za slanjem uzoraka na laboratorijsku analizu.

Model Nominalni protok Preporučena zapremina rezervoara Masa
BPUS1A 2,1 l/min do ±750 l 7 kg
BPUS1B 4,2 l/min do ±1.500 l 11 kg
BPUS2A 4,2 l/min do ±1.500 l 14 kg
BPUS2 sistem bypass filtracije ulja

Slika: Modeli BPUS2A i BPUS1A

Napomena o izboru konfiguracije kućišta: kod sve tri linije, isti opseg zapremine rezervoara može se pokriti na dva različita načina — jednim dužim kućištem (modeli sa oznakom „B“), ili sa dva odvojena, kraća kućišta postavljena jedno pored drugog (twin izvedba, modeli sa oznakom „A“ kod dvostrukih konfiguracija). Duže kućište zahteva veći slobodan prostor iznad jedinice radi vađenja elementa prilikom servisiranja, dok twin izvedba zahteva manje visine, ali više bočnog prostora. Ovo je posebno bitno kod mobilnih mašina, gde je prostor u mašinskom prostoru ili na šasiji često ograničen sa više strana istovremeno, pa se konačan izbor modela pravi zajedno sa Tecosesom, prema stvarnom raspoloživom prostoru na konkretnoj mašini.

Praćenje stanja ulja nezavisno od bypass jedinice – OQS i OQD

Nezavisno od CMS senzora koji je ugrađen u BPUS jedinicu, RMF Systems nudi i poseban senzor za praćenje degradacije ulja — OQS (Oil Quality Sensor). OQS meri promenu dielektričnih svojstava ulja usled kontaminacije, oksidacije ili razblaženja gorivom, i za razliku od CMS-a montira se nezavisno od bypass jedinice, na širem spektru opreme — motorima na dizel ili benzinski pogon, kompresorima, industrijskim reduktorima, generatorskim agregatima i vetroturbinama, ne samo na hidrauličnim sistemima.

Uz OQS senzor dostupan je i OQD (Oil Quality Display) — samostalni prikazivač koji omogućava očitavanje kvaliteta i temperature ulja direktno na terenu, bez potrebe za računarom. Povezuje se sa senzorom, a sa mobilnim telefonom komunicira putem Bluetooth veze i prateće aplikacije, što ga čini praktičnim rešenjem za upravljače mašina kojima je potrebna brza provera stanja ulja na licu mesta, bez laboratorijske analize ili prenošenja podataka na računar.

OQS i OQD su ovde pomenuti kao logična nadogradnja za klijente koji, pored same bypass filtracije, žele i kontinuiran uvid u stanje ulja na delovima mašine koje BPUS ne pokriva — na primer na motoru iste mašine na kojoj je već ugrađena bypass jedinica za hidraulični sistem.

Kako Tecosesa pristupa ovom problemu

Tecosesa d.o.o. je ovlašćeni distributer RMF Systems i Des-Case rešenja u Srbiji. Pored bypass jedinica za mobilnu opremu, u ponudi su i off-line sistemi filtracije za stacionarnu opremu, kao i CLPC uređaji za analizu čistoće ulja po ISO 4406 standardu, koji omogućavaju da se efekat ugrađene bypass filtracije objektivno izmeri i prati tokom vremena. Izbor konkretnog modela — standardnog, sa H2O Sorb predfilterom ili sa integrisanim senzorom za praćenje stanja — zavisi od tipa mašine, uslova rada i stepena izloženosti kontaminaciji vodom

Zaključak

Bypass filtracija predstavlja praktično rešenje za kontrolu kontaminacije ulja kod mobilnih mašina, tamo gde klasična off-line filtracija nije izvodljiva. Korišćenjem postojećeg pritiska hidrauličnog sistema, bez sopstvene pumpe i bez prekida rada mašine, ovaj tip filtracije uklanja ultra-fine čestice i vlagu koje standardni filteri sistema često propuštaju — direktno produžavajući vek trajanja ulja i hidrauličnih komponenti tri do sedam puta.