KONU : FİLTRELER KONTROL: ÖĞR.GÖR. İSMAİL KÖKTÜRK HAZIRLAYANLAR: MAKİNE IV. SINIF II. ÖĞRETİM 200214112002 VELİ AKBULUT 200214112022 MUSTAFA KARAMEMİŞ
FİLTRELER VE FİLTRELEME TEKNOLOJİSİ
TANIM: •
Filtreler, akışkanlardan katı partikülleri ayırmaya yarayan elemanlardır. • Akışkanlardan katı partikülleri veya gazlardan tozları ayırmada kullanılan filtreler granül veya liflerden imal edilirler. • Sistemde filtre kullanımı, yapı elemanının ömrünü korumak açısından büyük önem taşır. • Filtre edilmiş akışkanlar, filtrat olarak bilinir. Bu işlem filtrasyon olarak adlandırılır.
Sıvının, diğer bazı akışkanlar gibi aşağıdaki özellikleri taşıması gerekir: - Basınç ve kuvvet iletimi - Yağlama - Isı iletimi - Temizleme Bununla beraber, akışkanların aynı anda çok farklı görevleri yerine getiriyor olması gereklidir. Örneğin, hidrolik sistemde kuvvet iletebiliyor olması gibi.
Dönüş hattında filtreleme: Dönüş hattı filtresi, tanka girmeden önce dönüş hattına veya tankın üstünde (içinde de olabilir) bir yere olmak üzere iki şekilde sisteme monte edilebilir. • Dönüş hattındaki hidrolik yağın tamamı filtre üzerinden tanka akmalıdır. • Tanka dönen akışkan bir toplama hattında birleştirilmiyorsa, tali hatlara da filtre yerleştirilebilir. • Dönüş hattında filtreleme basınç hattında filtrelemeden daha ekonomiktir. •
•
•
Filtre büyüklüğünü seçerken, olası maksimum debi, göz önünde bulundurulmalıdır.
Akışkanın tankta köpük oluşturmasını önlemek için, sistem akışkanının, tüm çalışma koşullarında tanktaki akışkan seviyesinin altında dönmesi gerekir. • Filtre çıkışına bir boru veya akış dağıtıcısı monte etmek gerekli olabilir. Tankın altı ile borunun sonu arasındaki mesafenin, boru çapından 2 veya 3 katı değerinden az olmamasına dikkat edilmelidir
Dönüş hattı filtrelerin önemli özellikler: • İşletme basıncı:
Yapının şekline bağlı, maksimum 30 bar’a kadar
• Debi:
1300 I/dak’ya kadar (tanka takılmış filtreler için) 3900 I/dak’ya kadar (boru hattına düşey olarak yerleştirilmiş büyük filtreler için)
• Filtre hassasiyeti:
10-25 µm
• Müsadeli basınç farkı ∆p: Filtrenin yapısına bağlı olarak yaklaşık 70 bar’a kadar
Çift filtreli sistem sembolü
•
Filtre bakımı için sistemin durdurulmasını önlemek amacıyla çift filtre sistemi kullanılır.
•
Bu sistemde iki filtre paralel olup, sistemi durdurmaksızın ikinci filtreyi devreye sokmak suretiyle kirlenmiş filtre değiştirilir.
Emme hattı filtresi: Hidrolik akışkan tanktan, filtre üzerinden emilmesi için filtre emme hattına yerleştirilir. Bu şekilde hidrolik sisteme sadece filtrelenmiş yağ girer.
Emme hattı filtresi Emme Filtresi
•
Emiş filtreleriyle, sadece pompaların fonksiyonelliğin korunması mümkündür. • Pompaların düşük basınca karşı olan hassasiyetlerinden dolayı, filtredeki basınç farkı büyük olmamalıdır. Bu yüzden genellikle, büyük yüzeyli filtreler kullanılır. Buna ek olarak, sisteme bir by-pas valfi ve kirlilik göstergesi de monte edilmelidir. • Emme bölgesinde, filtrasyon işlemi genellikle 100 µm’den büyük kir partiküllerinin filtrelenmesi sınırlandırılmıştır. Hidrolik tahriklerde filtrasyon için özel bir model mevcuttur. Burada, filtre gözenek büyüklüğü 20 µm olan bir emiş filtresi kullanılır.
Emiş filtrelerinin iki çeşidi vardır: 1- Gövdesiz emiş filtreleri 2- Gövdeli emiş filtreleri
Gövdesiz emiş filtreleri: Gövdesiz emiş filtreleri, pompa emme hattına monte edilirler. • Emiş filtresinin, minimum yağ seviyesinin yeterince altına takılmasına dikkat edilmelidir. • Pompayı korumak için, filtre ve pompa arasına düşük basınç şalteri monte edilmelidir. •
•
Gövdesiz özel emiş filtreleri, geri dönüş hattında akışkan dağıtıcısı olarak da kullanılabilirler. • Bunlar, köpük oluşumunu ve bunun tank içine yerleşmesini önlerler. Belli şartlar altında, saptırma duvarları kullanımına ihtiyaç olmayabilir. • Bu filtreler, tanktaki akışkan seviyesinin altına da monte edilebilirler. Böylece, eleman değiştirilirken, gövde boş kalmaz. • Gövde sızıntı engelleri ile doldurulmalıdır.
Gövdeli emiş filtreleri: Gövdesiz emiş filtreleri, pompa emme hattına monte edilirler. Emiş filtresinin, minimum yağ seviyesinin yeterince altına takılmasına dikkat edilmelidir. Pompayı korumak için, filtre ve pompa arasına düşük basınç şalteri monte edilmelidir.
Emiş filtrelerinin önemli özellikler: • •
Filtre hassasiyeti: 60-100µm Bu filtreler daha ziyade, hidrolik akışkan için gerekli temizliğin tankta sağlanamadığı hidrolik sistemlerde kullanılır. • Bunlar sadece pompayı korur. Filtreden 0,060,1 mm mertebesindeki parçacıklar geçebildiği için, bunların filtreleme etkisi azdır. • Ayrıca, yüksek derecede basınç düşmesi veya filtrelerin kirlilik derecesinin artması nedeniyle, pompanın emmesini zorlaştırır. Zira, pompa vasıtasıyla meydana gelebilecek alçak basınç, kavitasyona neden olacaktır. Bu şekilde emme zorlukları olmaması için, emme hattı filtreleri bir baypas valfi ile donatılır.
Emiş filtresinin avantajları ve dezavantajları: Avantajlar -Kolay montaj -Maliyet -Hidrolik elemanları kaba kirlerden korur
Dezavantajlar -Montajın hidrolik sistemdeki konum kötüdür -By-pass gereklidir -Yağa batırılmış olduğundan bakım imkanları kötüdür -Kavitasyon riski nedeniyle sadece kaba filtreleme mümkündür -Kirlilik göstergeleri mümkündür
Basınç hattı filtresi:
Kirlilik göstergesiz, by-pass valfsiz filtre sembolü
Kirlilik göstergesiz, by-pass valfli filtre sembolü
Bu tip filtreler, pompadan sonra gelen elemanların emniyetli çalışmalarını temin etmek için kullanılırlar. Bu nedenle, bu filtreler, korunması gereken elemanlara mümkün olduğunca yakın bağlanmalıdır.
Aşağıdaki hususlar sistemde, basınç hattı filtrelerinin kullanılıp kullanılmayacağına karar verirken göz önüne alınmalıdır: -
Sistemde, kirliliğe karşı özellikle hassas (örneğin, servo valfler ve kontrol valfleri) veya sistemin çalışması açısından önemli olan elemanlar var mı?
-
Sistemde özellikle pahalı olan (örneğin, büyük silindirler, servo valfler, hidrolik motorlar) ve sistemin emniyeti açısından oldukça önemli olan elemanlar var mı?
- Sistemin boşta çalışma maliyeti, oldukça yüksektir. -
Basınç hattı filtreleri, emniyet filtresi ve/veya çalışma filtresi olarak kullanılabilirler.
Basınç hattı filtrelerinin görevleri, aşağıda belirtilmiştir: Çalışma filtreleri • Elemanlarda aşınmaya karşı koruma sağlanması • İstenen akışkan temizlik sınıfının sürekliliğinin sağlanması
Emniyet filtreleri • Elemanların fonksiyonelliklerinin korunması • Emniyet filtreleri sadece çalışma filtreleriyle birlikte kullanılabilirler, • Basınç hattı filtreleri, daima kirlilik göstergeleri ile birlikte kullanılmalıdır. • Filtre gövdesi, maksimum sistem basıncına dayanabilecek nitelikte olmalıdır.
Basınç hattı filtrelerinin Önemli özellikler: • İşletme basıncı:
420 bar’a kadar
• Debi:
330 I/dak’ya kadar
• Filtre hassasiyeti:
3-5 µm
• Müsadeli basınç farkı ∆p: Filtrenin yapısına göre 200 bar’a kadar
Basınç hattı filtrelerinin avantaj ve dezavantajları: Avantajları —Direkt olarak hassas elemanların önlerine bağlanabilirler —Çok hassas filtrelemeye imkân verirler —Bakımı kolaydır —Kirlilik göstergesi ile desteklenebilirler —Uzun servis süresi —Pompa kavitasyonu yok
Dezavantajlar —Sağlam yapılmalı (ağırlık) —Eleman, yüksek basınç farkına göre tasarlanmalı —Akışkan direncine göre, güç ısıya dönüştürülür
Filtrenin kesit diyagram覺
Filtre düzeni: Hidrolik sistemlerde kullanılan filtreler, sistem içinde farklı şekillerde yerleştirilebilirler. İki durum aşağıda belirtilmiştir: • Ana akım filtrelenmesi: Dönüş hattında, emme hattında ve basınç hattında filtrelenir. • Tali akım filtrelemesi: Debinin sadece bir kısmı filtrelenir.
Dönüş hattı filtreleme gösterimi
Emme hatt覺 filtresi g繹sterimi
Bas覺n癟 hatt覺 filtresinin g繹sterimi
Tali ak覺m覺n filtrelenmesi
•
Burada iki resim ile farklı filtre yerleştirme şekilleri gösterilmektedir.
•
Filtrelerin en uygun şekilde yerleştirilmesinde her şeyden önce, korunması gereken yapı elemanlarının kire karşı hassasiyeti, hidrolik akışkanın kirlilik derecesi ve fiyat faktörü önemli rol oynar.
Hidrolik cihazlar
Filtreleme prensibi
Filtrenin hidrolik devredeki yeri
Filtre anma hassasiyeti µm
Eksenel pistonlu pompalar
Akımın tamamının filtrelenmesi
Dönüş hattı ve/veya basınç hattı
≤ 25
Düşük basınç hattı
≤ 25 (10)
Dişli ve radyal pistonlu Akımın pompalar, tamamının silindirler, akış, filtrelenmesi basınç kontrol, Tali akım kapama ve filtreleme yönlendirme valfleri (ilave olarak) Orta devirdeki hidromotorlar
Akımın tamamının filtrelenmesi
Dönüş hattı
≤ 63 ≤63
Emme hattı
Dönüş hattı
Tavsiye edilen filtre hassasiyet değerleri
≤ 25
Temizleme filtreleri: •
Bu filtreler, örn: Metal, selüloz, kağıt veya suni elyaftan yapılmış ince bir örgü tabakasından meydana gelir. • Bunlar daha ziyade sistemin ilk işletmeye alma ve temizleme durumunda kullanılıp, sonradan atılması gereken filtrelerdir.
Hassas filtreler: •
Bunlar, bir arada preslenen veya birkaç kattan meydana gelen tekstil, selüloz, suni elyaf, cam elyaf, metal veya sinter metal kökenli filtrelerdir. • Bu filtreler, aynı filtre yüzeyi ile, diğerlerine göre daha yüksek derecede kir tutma kapasitesine sahiptir.
Malzemesine, hassasiyetine ve çeşidine göre filtreler değişik özelliklere ve uygulama alanlarına sahiptir. Bunlar, aşağıdaki tabloda ifade edilmiştir: Eleman tipi
Filtre hassasiyeti (µm) 3.5.10.20
Mutlak filtre ßx=100
Basınç farkı mukavemeti (bar) 210 30
Normal filtre Polyester Kağıt tabakalı
1,5,10,20
Metal tabakalı 4+4
210 30 veya 10 315 veya 70
25 Çelik tel örgülü Şerit örgülü
25,50,100
30 420
Kullanma alanları, özellikler Hassas elemanların işlevlerinin ve ömürlerinin emniyetle korunması için, örn.: servo ve oransal valfler Daha az hassa elemanların işlevlerinin işlevlerinin ve ömürlerinin emniyetle korunması için; daha az akış direnci; iyi dere4cede kir tutma kapasitesi Filtre malzemesi paslanmaz çelik olmak kaşuluyla bilhassa yanmaya karşı emniyetli hidrolik akışkanlar ve su için kullanılır; yüksek basınç farkı mukavemeti; yüksek derecede kir tutma kapasitesi; özel uygulamalarda işletme sıcaklığı>120 C mümkün.
Filtre elemanlarının seçim kriterleri ( Firma HYDAC )
Her filtre bir miktar basın kaybına neden olur. Bu konuda aşağıdaki değerler tavsiye edilir: Ana akışın filtrelenmesi: Basınç hattı filtresi
∆p – İşletme sıcaklığında 1 den 1,5 bar’a kadar
Dönüş hattı filtresi
∆p – İşletme sıcaklığında 0,5 bar’a kadar
Emme hattı filtresi
∆p – İşletme sıcaklığında 0,005 den 0,1 bar’a kadar.
Tali akışın filtrelenmesi • Tali akış pompasının debisi yaklaşık olarak, tank için öngörülen sıvı miktarının % 10’u kadar olmalıdır. • Basınç kayıplarının az olması için, filtre yeteri kadar büyük seçilmelidir. Viskozite faktörü f, gövde ve filtre elemanından kaynaklanan basınç kaybı ∆p imalatçı firma tarafından verilir. • Filtre için toplam basınç farkı: ∆ptoplam = ∆pgövde + f . ∆pelement ile hesaplanır.
formülü
Filtre elemanı tasarımı: •
•
•
•
•
Filtre elemanlarının tasarımı, üreticiden üreticiye değişir. Basit kağıt elemanlarda, yüksek basınç farklarında filtre elemanında filtre tabakalarının birbirine bastırılması için tel örgü desteksiz bir filtre düzeni oluşturulur. Yüksek kaliteli elemanlar çok tabakalı tasarıma sahiptirler Bu yapı, elemanların basınç tepelerine ve değişken debiye karşı ne kadar dayanıklı olduğunu da belirtir. Destekleme kafesi için belirli bir kafes genişliği sağlanmalıdır aksi halde filtre kiri filtre içine doğru itilir ve filtre etkisiz hale gelir. Elemanlar, son derece dikkatli olarak ve bakım mühendislerinin talimatları doğrultusunda kullanılmalıdır. Eleman katmanlarının montaj sırasında sivri köşelere çarpılması, tabakalı mat yapıya hasar verebilir ve filtrenin verimin azaltabilir.
İyi kalitede bir filtre elemanı, aşağıdaki özeliklere sahip olmalıdır: • Basınç farklarına karşı kararlılık • Geniş bir basınç aralığı için β kararlılığı • Tüm temizleme dereceleri sınıfları için filtreleme gücü • İyi kir tutma kapasitesi • Büyük filtre alanları ve • Uzun ömür
Filtreleme sistemleri: Hidrolik sistemlerde, temel olarak üç tip devre vardır: • Açık çevrim kontrol devresi • Kapalı çevrim kontrol devresi • Her iki çevrim tipinin birlikte kullanıldığı kontrol devresi
Açık çevrim kontrol devresi: •
Açık çevrim kontrol devrelerinde, akışkan tanktan emilir, hidrolik sisteme pompalanır. İçinde dolanır ve tekrar tanka geri yollanır. 1) Ana akış filtresi: • Ana akışkan filtreleri, gerçek hidrolik devredeki akışkanın filtrelenmesi için kullanılırlar. • Emiş, hat ve monte edilmiş geri dönüş hattı filtreleri, ana akışkan filtresi olarak kullanılabilirler.
• • •
•
2) By-pass filtreleri Bu filtreler, dolaşım anında tankta bulunan akışkanı sirküle ederek filtrelemek amacıyla kullanılırlar. Genelde, pompa, filtre ve yağ soğutucudan oluşan komple by-pass filtreleme ünitesi kullanılır. By-pas filtrelerinin avantajı, hidrolik sistemdeki çalışma çevriminden bağımsız olarak çalışabilmeleri ve filtre elemanından geçen akışkanın sabit ve darbesiz olmasıdır. Bir akışkanın yaşlanma işlemi yavaşlatılırsa, akışkanın ömrü önemli ölçüde uzatılmış olur.
3) Havalandırma filtreleri • Bu filtreler, tanka girip çıkan havayı filtrelemek amacıyla kullanılırlar. • Bu filtreler, fonksiyonlarına göre iki bölüme ayrılırlar: çalışma ve emniyet filtreleri. 4) Çalışma filtreleri • Çalışma filtreleri, düşük basınçta kararlı olan filtre elemanlarından oluşurlar. • Bu filtre tiplerinin filtre yüzeyleri geniştir ve pislik tutma kapasiteleri de yüksektir. • Bu filtreler gerekirse sızıntı yağı hatlarına da bağlanabilirler.
5) Emniyet filtreler • Bu filtreler, hidrolik elemanların, çok yüksek seviyede katı partikül kirlenmelerinden doğabilecek ani arızalardan korumak amacıyla kullanılırlar. Yani bu filtreler sadece, hidrolik elemanları ani olarak bloke edebilecek partiküllerin filtrelenmesinde kullanılmalıdırlar. • Emniyet filtrelerinin diğer bir kullanım alanı ise, bir pompa veya motorun aniden arızalanması durumunda, sistemin kirlilikten korunmasıdır. • Böyle bir filtrenin kullanımıyla hasar görebilecek elemanların olası yüksek onarım masraflarından tasarruf edilebilir.
1 2 3 4
Emniyet filtresi ( Hat filtresi ) Çalışma filtresi ( Geri dönüş hat filtresi ) Çalışma filtresi ( By-pass filtresi ) Havalandırma filtresi
Açık çevrim kontrol devresi
Kapalı çevrim kontrol devresi •
Kapalı çevrim kontrol devrelerinde, akışkan sürek hidrolik devre içine pompalanır. Sadece sızıntı yağı tanka geri döner ve besleme pompasıyla, tekrar devreye geri pompalanır. • Uygulama; Örn; hidrolik pompa ve hidrolik motorlu trasmisyon hidroliği. Filtre modeli • Gerçek kapalı devrede, sadece yıkama akışkanı filtrelenir. Sistem bir kez akışkanla temizlendikten sonra, filtreler devreden çıkarılır. • Motor ve pompalarda basınca duyarlı sızdırmazlık sistemlerinin kullanılmasıyla, geri dönüş hattında büyük gözenekli süzgeç filtreleri kullanarak, sadece sızıntı yağını filtrelemek mümkündür.
Kapalı çevrim kontrol devresi örneği 1 Sızıntı hattı geri dönüş hattı filtresi 2 Besleme hattı emiş filtresi 3 Besleme hattı filtresi 4 Kapalı çevrim kontrol devresinde temizleyici akışkan filtresi
Kontrol devresi tiplerinin birlikte kullanılması: Her iki çevrim tipinin birleştirdiği sistemlerde, açık ve kapalı çevrim kontrol devreleri ortak bir tank ile beslenirler. • Uygulama: Örneğin, mobil makineler de, çalışma hidroliği ve döndürme işlemleri, açık çevrim kontrol devresiyle yapılırken; transmisyon hidroliğinin ve döner tahriğin iletimi kapalı çevrim kontrol devresiyle yapılır. •
TASARIM VE BAKIM: Hidrolik sistemin, problemsiz işleyebilmesi için, sistemin tasarımı ve işletmesi sırasında bazı kesin şartlar göz önünde bulundurulmalıdır. •
Sistem ve sistemde kullanılan elemanların görevlerinin belirlenmesi Bir sistemin tasarımı sırasında herhangi bir hatanın yapılmaması için, ayrıntılı tanımlamanın yazılması zorunludur.
•
Hangi elemanların kullanılacağının ve bu elemanların kalite değerlerinin belirlenmesi
•
Hidrolik sistem içine toz girmesi olasılığının, elemanları çevreleyen kirli ortamların, elemanları kirletme hassasiyetinin saptanması
•
İki bakım arası gerçekçi periyotların saptanması
•
Sistemin kullanım süresi. Sistemin günlük çalışma periyodu (bir ya da daha fazla kayma)
•
• • • •
Bir hidrolik sistemin kesintisiz çalışması için gerekli ön şartlardan biri, akışkanın ve tankla temasta bulunan havanın filtre edilmesidir. Filtrelerle uzaklaştırılan kirleticiler, hidrolik sisteme doldurma tapaları ve kapak contalarından giren ortam tozlarıdır. Sistem içine girmesi beklenen kir miktarı, sadece sistemi çevreleyen ortamdaki kire, sistem ve elemanların birleştirilme şekillerine bağlıdır. Hidrolik sistemin pompa, piston ve filtre cidarları gibi hareketli elemanlar tozlar yaratır. Bu pislik tipi dahili pislik olarak bilinir. Hidrolik sistemlerde oluşan fonksiyonsuzlukların çoğunun nedeni kirlenmiş akışkanlardır.
Hidrolik sistemlerde kirliliğin nedenleri: Üretilen elemanların imalatında kirlilik •
İçyapının hatlarının ve parçaların iç bölümlerinin karmaşıklığı nedeniyle bunlar çoğunlukla tam olarak temizlenemezler. • Elemanlar genellikle depo edildikleri zaman koruyucu maddeler ile korunurlar. Bu koruyuculara kir ve toz karışır, Bu tozlar aynı zamanda sistem devreye alınırken akışkana bir şekilde karışırlar.
Tipik kirlilik örnekleri: Maden talaşı, kum, toz, boya, su veya koruyucu maddeler.
Montaj sırasındaki kirlilik (montaj kirliliği): Montaj sırasındaki kirlenme, her bir elemanının birleştirilmesinde, cıvataların montajında olduğu gibi katı parçacıklar oluşabilir. Tipik kirlenmeler şunlardır: Sızdırmazlık malzemeleri, kaynak kalıntıları, hortum lastiği parçacıkları, yıkama sıvısının karışması, ayrılan ve taşlanan tozlar.
Sistemin çalışması sırasındaki kirlilik (üretim kirliliğine bağlı olarak): •
Elemanların aşınmasıyla küçük parçacıklar oluşur.15 µm den daha küçük parçacıklar, bu aşınmanın asıl sorumlusudurlar.
•
Akışkanlarda, çoğunlukla yüksek çalışma ısısında oluşan yaşlanma işlemi, sıvının yağlama özelliğini değiştirir.
Hidrolik elemanlarda kritik boşluklar: • Hidrolik elemanların görevlerini tam olarak yerine getirdiklerinden emin olabilmek için, hareketli parçalar arasında bir tolerans mutlaka bırakılmalıdır. • Bu boşluklarda biriken partiküller, elemanın fonksiyonunu yerine getirememesine ve aşınmaya yol açarlar.
Hidrolik elemanlarda kirlenmeye eğilimli noktalar: • Dişli pompa, paletli pompa, pistonlu pompa, sürgülü valf ve servo valflerdir.