Bộ lọc dầu thủy lực và Xử lý dầu thủy lực

Các bộ lọc dầu có công dụng để lọc sạch và loại bỏ các tạp chất trong dầu thủy lực. Các tạp chất có thể là bụi bẩn lẫn vào dầu thủy lực trong quá trình rót, hoặc là các hạt kim loại nhỏ (sản phẩm của quá trình mài mòn giữa các chi tiết trong hệ thống thủy lực), và cả sản phẩn của quá trình oxi hóa dầu thủy lực tạo thành.

Tạp chất cơ khí vừa là sản phẩm của quá trình mài mòn, đồng thời do nó làm tăng quá trình mài mòn các chi tiết, làm kẹt các cặp chi tiết, làm giảm sự bôi trơn giữa các chi tiết, làm giảm độ bền hóa học của dầu thủy lực, làm tắc các ống thủy lực nhỏ (các ống nhỏ thường là các ống dẫn tín hiệu điều khiển khi hệ thống sử dụng phương pháp điều khiển bằng tín hiệu thủy lực).

Các bộ lọc thủy lực làm việc dựa trên nguyên lý sử dụng các phần tử lọc làm vướng lại các tạp chất khi có dòng dầu thủy lực chảy qua các phần tử lọc này hoặc sử dụng trường lực để tách các tạp chất ra khỏi dầu thủy lực. Trường hợp thứ nhất tạp chất bị vướng lại trên bề mặt hoặc dưới đáy phần tử lọc của các bộ lọc thủy lực. Trường hợp thứ hai dầu thủy lực được dẫn qua một trường nhân tạo (từ trường, điện trường, trường ly tâm, trọng trường) làm các tạp chất bị lắng xuống.

Phân loại

Dựa vào kích thước các hạt bị giữ lại, người ta chia bộ lọc dầu thủy lực thành:

- Bộ lọc thô: lọc được các hạt có kích thước ≥0,1mm. Bộ lọc thô có thể được lắp đặt tại ống rót để lọc dầu thủy lực được rót thùng chứa, được lắp đặt tại ống hút và ống nén để lọc sơ bộ dầu thủy lực.

- Bộ lọc trung bình: lọc được các hạt có kích thước từ 0,05mm tới 0,1mm. Bộ lọc trung bình thường được lắp đặt tại ống nén hoặc ống xả.

- Bộ lọc tinh: lọc được các hạt có kích thước nhỏ hơn 0,05mm. Bộ lọc tinh thường được lắp đặt tại các vị trí có lưu lượng vừa phải, thường là các nhánh phụ trong hệ thống.

Phụ thuộc vào vị trí lắp bộ lọc trong hệ thống thủy lực phân bộ lọc dầu thủy lực thành bộ lọc dầu áp suất cao và bộ lọc dầu áp suất thấp. Theo đó, bộ lọc dầu áp suất cao chỉ có thể lắp ở ống hút, còn bộ lọc dầu áp suất thấp chỉ có thể lắp ở ống xả.

Dựa vào kết cấu của bộ lọc, các bộ lọc dầu thủy lực thường là các dạng chính sau: bộ lọc lưới, bộ lọc lá, bộ lọc giấy, bộ lọc nỉ, bộ lọc nam châm,….

Cấu trúc các bộ lọc dầu thủy lực

1. Bộ lọc lưới

Bộ lọc lưới là loại bộ lọc dầu đơn giản nhất. Nó gồm có khung cứng và lưới bằng đồng bao chung quanh. Dầu thủy lực từ ngoài xuyên qua các mắt lưới và các lỗ để vào ống hút. Hình dáng và kích thước của bộ lọc lưới rất khác nhau, tùy thuộc vào vị trí và công dụng của bộ lọc.

Các bộ lọc lưới thường được lắp đặt tại ống hút và ống xả, và có thể cả tại ống rót dầu thủy lực vào thùng chứa (cần phân biệt ống rót và ống xả: ống xả là xả dầu từ hệ thống về thùng chứa. Ống rót dùng để rót dầu thủy lực từ ngoài vào thùng chứa). Phần tử lọc là các lưới đồng, kích thước cắc mắt lưới quyết định độ lọc sạch dầu thủy lực. Lưới được xếp một lớp hoặc nhiều lớp. Để làm giảm sự cản trở bề mặt lọc được thiết kế sao cho lớn nhất có thể.

Trên hình 1 thể hiện cấu trúc của bộ lọc lưới. Các chi tiết bao gồm: vỏ 1 dạng trụ với các lỗ thủng trên bề mặt cho phép dầu thủy lực đi qua, vỏ 1 bao quanh lưới lọc 2. Bộ lọc được đóng kín 2 đầu bằng 2 đĩa. Tại tâm 2 đĩa được đục thủng, và xuyên qua bởi ống thép 4, trên ống thép đục có lỗ, một đầu ống thép 4 nối thông với ống hút của trạm máy bơm.

2. Bộ lọc dạng sợi

Bộ lọc dạng sợi có cấu trúc tương tự với bộ lọc dạng lưới. Chúng cấu tạo từ các sợi với số lượng lớn các lỗ hoặc các khe hướng tâm. Các sợi này được quấn quanh các có tiết diện tròn hoặc tiết diện chữa nhật cuốn quanh vỏ bộ lọc tạo thành các khe hở hướng tâm. Độ rộng các khe hở giữa các sợi quyết định độ lọc sạch của bộ lọc.

Nhược điểm của bộ lọc dạng lưới và dạng sợi là khó làm sạch các phần tử lọc khi lưu lại các tạp chất.

3. Bộ lọc dạng lá:

Bộ lọc dạng lá được lắp đặt tại đường ống nén và đường ống xả trong hệ thống thủy lưc. Bộ lọc lá kiểu G41 (hình 2 - chú thích: выход - cửa ra của bộ lọc; вход - cửa vào của bộ lọc) cấu tạo từ vỏ 1, nắp đậy 2 trục 3. Trên trục cố định các phần tử lọc. Nắp đậy 2 có lỗ để dẫn dầu thủy lực vào và ra khỏi bộ lọc. Nắp đậy 2 được gắn chặt với vỏ 1 bằng các bu-lông. Bít kín giữa nắp 2 và vỏ 1 bằng các vòng đệm cao su 4. Các phần tử lọc cấu tạo gồm 1 khung dạng trụ tạo thành từ các lá lọc 5 xen kẽ giữa các lá lọc 5 là các lá lọc 6 ( hình dạng các lá lọc 5 và 6 như dưới). Dầu thủy lực đi vào bộ lọc thông qua lỗ trên nắp 2 và đi qua các khe hở giữa các lá rồi theo lỗ trên nắp 2 đi ra khỏi bộ lọc. Dầu thủy lực chứa tạp chất khi đi qua khe hở giữa các lá lọc sẽ bị giữ lại các tạp chất. Độ lọc sạch của bộ lọc phụ thuộc vào kích thước khe hở giữa cá lá lọc. Trong quá trình vận hành các khe hở này dần dần sẽ bị mắc kẹt lại bởi các tạp chất. Để dọn sạch các tạp chất này người ta sử dụng các thanh gạt 7 được gắn cố định bằng các chốt 8. Khi quay bằng tay trục 3, các thanh gạt chuyển động giữa các lá 5 và 6 làm sạch các tạp chất bị mắc kẹt. Các tạp chất bị gạt lắng xuống đáy bộ lọc, và được lấy ra ngoài thông qua lỗ dưới đáy. Lỗ này được đậy lại bằng nút 9.

Các bộ lọc lá kiểu G41 cho phép lưu lượng lọc lên tới 70 lít/ph với độ chênh áp 0,1 – 0,2 MPa.
Nhận xét

Các bộ lọc dầu dạng lưới, dạng sợi và dạng lá có tính cản trở không lớn khi lọc, và độ lọc sạch cũng không cao. Để tăng độ lọc sạch dầu thủy lực cần sử dụng các bộ lọc tinh. Tuy nhiên các bộ lọc tinh cũng sẽ có tính cản trở lớn, lưu lượng lọc nhỏ, tổn thất áp suất lớn. Các bộ lọc tinh thường được lắp đặt tại các đường nhánh phụ tách ra từ nhánh chính. Để tránh làm quá tải hoặc nhanh đào thải các bộ lọc tinh, chất lỏng trước khi dẫn qua các bộ lọc tinh cần trải qua các bộ lọc thô.

Các bộ lọc tinh sử dụng các phần tử lọc: dạng vải, dạng các tông, dạng nỉ, dạng sứ kim loại

Các bộ lọc với phần tử lọc dạng các tông và dạng vải lọc được 75% các hạt tạp chất kích thước khoảng 4-5 μm chỉ qua 1 lần lọc. Trong trường hợp đặc biệt các bộ lọc dạng này có thể sử dụng phần tử lọc kết hợp tạo thành từ phần tử lọc tinh 2 và phần tử lọc thô 1 (hình 3). Khi van 3 chưa mở, chất lỏng được lọc qua cả 2 phần tử lọc (hình 3a). Khi van 3 được mở, dầu thủy lực chỉ đi qua phần tử lọc thô 1, bỏ qua phần tử lọc tinh 2. ( hình 3b)

4. Bộ lọc giấy
Các phần tử lọc của các bộ lọc giấy thường có dạng hình trụ. Các phần tử lọc dạng này thường được gấp thành dạng như hình vẽ để tăng bề mặt lọc.

5. Bộ lọc nỉ và bộ lọc sứ - kim loại:

Các bộ lọc dạng này chính là các bộ lọc tinh. Các phần tử lọc có các bột kim loại và sứ dạng cầu tạo thành lớp dày. Các bộ lọc có khả năng chứa lượng tạp chất lớn, đồng nghĩa với tuổi thọ hoạt động dài. Đối với các bộ lọc dạng này phần tử lọc phổ biến làm từ bột sứ và bột kim loại. Sơ đồ cấu trúc vật liệu lọc từ sứ và kim loại thể hiện bởi hình vẽ dưới. Dầu thủy lực thấm từ từ qua khe hở giữa các hạt sứ và kim loại.

Bộ lọc nỉ hình vẽ dưới cấu tạo từ vỏ 1, nắp 2 với cửa vào và cửa ra, ống 3 được cố định với nắp 2. Phần tử lọc dạng nỉ 4 được gắn với ống dẫn 3.

6. Bộ lọc phân ly

Bộ lọc phân ly là bộ lọc có khả năng lọc không giới hạn với cản trở nhỏ. Nguyên lý hoạt động của bộ lọc này dựa trên việc dẫn dầu thủy lực đi qua trường lực có thể hút, lưu giữ các tạp chất lại. Trên hình vẽ thể hiện cấu trúc bộ lọc từ C43-3, có công dụng làm lắng các tạp chất có từ tính. Cấu tạo bộ lọc gồm vỏ 3, nắp 8 gắn với ống đồng 7 bằng ren và cụm bẫy từ. Cụm bẫy từ gồm đĩa tròn 4 liên kết với ống đồng 7 bằng ren, trên đĩa tròn 4 đục 6 lỗ, mỗi lỗ được lắp vào 1 thanh nam châm 9. Các thanh nam châm được cách ly với nắp bộ lọc bởi vòng đệm 5. Phần dưới ống đồng 7 được gắn cố định với 1 đĩa đồng 2, có công dụng như một vách chắn từ. Các hạt từ tính khi đi qua bộ lọc sẽ bị hút lại trên bề mặt các nam châm.

Lắp đặt bộ lọc dầu thủy lực trong hệ thống thủy lực

Khi lựa chọn sơ đồ lắp đặt cần tính đến các điều kiện sau:

- Nguyên nhân tạo tạp chất

- Độ nhạy của các chi tiết của hệ thống thủy lực đối với tạp chất;

- Chế độ công tác của máy thủy lực;

- Áp suất công tác;

- Thiết bị điều khiên hay không điều khiển được;

- Điều kiện vận hành.

Lắp đặt bộ lọc có thể tại đường ống hút, đường ống nén, và đường ống xả và tại các đường nhánh phụ tách ra từ các đường ống chính trên. (hình 8)

• Lắp đặt các bộ lọc trên đườngống hút (hình 8.a) nhằm bảo vệ tất cả các thiết bị thủy lực trong hệ thống thủy lực. Nhược điểm: làm giảm khả năng hút của máy bơm, tăng khả năng xuất hiện hiện tượng xâm thực. Đối với kiểu lắp đặt bộ lọc trên đường ống hút thường cần bổ sung thêm đồng hồ kết hợp với van một chiều, tác dụng khi dầu không quá nhiều tạp chất.
• Lắp đặt các bộ lọc trên đường ống nén (hình 8.b) nhằm bảo vệ tất cả các thiết bị thủy lực trong hệ thống trừ máy bơm. Dầu thủy lực lẫn tạp chất, qua máy bơm, dưới áp suất nén có thể phá hủy các phần tử lọc của bộ lọc. Để bảo vệ bộ lọc cần lắp thêm van an toàn.
• Lắp đặt bộ lọc trên đường ống xả (hình 8c) là kiểu phổ biến nhất, các bộ lọc không làm việc với áp suất cao, không tạo ra cản trợ bổ súng trên ống hút và ống nén, đồng thời có thể lọc bỏ tất cả tạp chất cơ khí chứa trong dầu thủy lực trước khi đổ về thùng chứa. Nhược điểm của sơ đồ lắp đặt kiểu này đó là làm nóng dầu thủy lực.
• Lắp đặt bộ lọc trên đường nhánh phụ không đảm bảo bảo vệ hoàn toàn, nhưng có thể làm giảm cơ bản tạp chất trong dầu thủy lực. Mang hiệu quả lọc bổ sung cho các bộ lọc chính. Phổ biến và hiệu quả nhất là sơ đồ lắp đặt bộ lọc dầu tinh trên đường nhánh phụ tách ra từ đường ống xả.

Khi lắp đặt bộ lọc tại các đường ống có dòng thuận nghịch đi qua (tại đoạn ống đó có thể xuất hiện dòng theo cả 2 chiều) cần sử dụng thêm các van 1 chiều để đảm bảo dòng dầu thủy lực đi qua bộ lọc chỉ theo 1 chiều cố định mà không ảnh hưởng tới chức năng làm việc của đoạn ống dẫn này.

Người ta sử dụng áp kế để kiểm tra khả năng làm việc của bộ lọc trong trường hợp này. Khi độ chênh áp kế giữa 2 đầu bộ lọc tăng lên, tức là lượng tạp chất bị bộ lọc giữ lại đã nhiều, và cần thay bộ lọc hoặc làm sạch phần tử lọc.