Hydraulic filters and their effect on the hydraulic system

Abstract

It is important to keep the hydraulic system clean to avoid any unwanted failures, which in the worst case can cause severe damage to infrastructure or even workers. Often contamination in the hydraulic system is treated using filters. There are many types of contamination as well as many types of filters to deal with them. Contaminant particles are taken care of by filters where the flow is forced through a mesh inside the filter. Other types of contamination are water and gases. Both can be harmful to the system and there are special ways to remove them from the system. Other types of filters used in hydraulic systems are power filters and hydrodynamic filters. Hydraulic systems have different requirements for clean fluid. Therefore, in addition to the filter size, the location of the filter can differ depending on the needs. The filter can be positioned almost everywhere in the system. An external filter circuit is also possible where fluid is pulled from the tank with a pump, and it goes through the filter and comes back to the tank. Even when the rest of the system is not functioning. Measurements in this thesis were made using a crane test rig. That crane has a motor that powers two pumps that supply flow to the cylinder. That is a DDH (Direct Driven Hydraulics) system which means that there are no valves to control it. The system is controlled using the motor driving the pumps. The main parts of the system for this thesis were the filters. There were three different kinds of filters present in this measurement. The first set of filters was clean and new. The second and third sets were pre contaminated so that they had pressure drops of 2,5bar and 5bar. Those pressure drops were measured using a flow of 38l/min. The main part of the measurements made was pressure drop over the filter. Unfortunately, the flow that the test rig was able to produce was not sufficient for any pressure drop to exist. The measurement figures from the test rig only show the noise from the sensors. The reason why the pressure differences did not show was that the flow of the test rig should have been over 17l/min for the most clogged filters. 25l/min would have been needed for the filters that had the 2,5bar measured pressure drop. To solve this issue the system would need some changes that would make the filters less adequate for the system. Those ways might be either downsizing the filters or changing the whole test rig to something that can produce significantly higher flows.

Hydraulijärjestelmissä on tärkeää, että järjestelmä pidetään puhtaana, jotta pystytään välttämään rikkoutumiset, joista voi huonoimmassa tilanteessa aiheutua suurta vahinkoa järjestelmille tai jopa ihmisille. Monia hydraulijärjestelmän epäpuhtauksia voidaan ehkäistä käyttämällä suodattimia. Hydraulijärjestelmissä on monenlaisia epäpuhtauksia ja näistä eroon pääsemiseksi on monenlaisia suodattimia. Muita mahdollisia epäpuhtauksia hydrauli järjestelmässä ovat vesi ja kaasut. Molemmat voivat olla haitallisia järjestelmälle ja niistä eroon pääsemiselle on omat menetelmänsä. Erilaisia hydraulijärjestelmissä käytettäviä suodatin tyyppejä ovat tehosuodattimet ja hydrodynaamiset suodattimet. Hydraulijärjestelmissä on erilaisia vaatimuksia puhtaalle hydrauliöljylle. Tästä johtuen suodattimen suodatuskoon lisäksi myös suodattimen sijoittamisella on väliä. Suodatin voidaan sijoittaa järjestelmässä käytännössä mihin tahansa vaatimuksista riippuen. On myös mahdollista käyttää ulkoista järjestelmää vain suodattamiseen. Tässä piirissä pumppu pumppaa hydrauliöljyä tankista suodattimelle ja suodattimen jälkeen öljy ohjautuu suoraan takaisin tankkiin. Tässä kandityössä suoritetut mittaukset tehtiin nosturiin liitetyillä suodattimilla. Nosturissa on moottori, jolla ajetaan kahta pumppua, joiden tilavuusvirtaa käytetään sylinterin ohjaukseen. Järjestelmä on suoraan ohjattu, eli siinä ei ole venttiiliä, vaan ohjaaminen tapahtuu pumppua säätämällä. Kandityö keskittyy erityisesti järjestelmässä oleviin suodattimiin. Käytettävissä oli kolme erilaista suodatinsettiä. Näistä ensimmäinen setti oli uusi, kaksi muuta settiä taas sisälsivät jo epäpuhtauksia. Näille suodattimille oli mitattu painehäviöiksi arvot 2,5bar ja 5,0bar 38l/min suuruisella virtauksella. Mittauksissa keskityttiin suodattimen yli tapahtuvaan painehäviöön. Järjestelmällä ei kuitenkaan saatu tuotettua näkyvää mittausdataa, vaan ainoa mittaussuureissa näkyvä asia on sensorien mittauskohina. Syy sille, että paine-eroa ei nähty on järjestelmän liian pieni tilavuusvirta. Minimi tilavuusvirta, joka olisi riittänyt riittävän mitattavan paine-eron syntymiseen, on 17l/min eniten tukkeutuneilla suodattimilla. 2,5bar painehäviöiset suodattimet taas olisivat tarvinneet 25l/min. Tämä ongelma voidaan ratkaista joko pienentämällä suodattimia, jolloin paine ero tietyllä tilavuusvirralla kasvaa. Toinen vaihtoehto on tehdä uusi testausjärjestelmä, joka on mitoitettu juuri saatavilla oleville suodattimille. Tällöin olisi hyödyllistä kytkeä suodattimet kiinni johonkin yksinkertaiseen järjestelmään, jossa mukana on esimerkiksi pumppu ja moottori, jolloin tilavuusvirta saataisiin suuremmaksi.