Kon-41.3023 HYDRAULIIKKA JA PNEUMATIIKKA Suodattimet Lämmönsiirtimet Säiliö Putkistokomponentit
Päivän teemat Onko nesteen puhtaudella väliä eli pitääkö roskat poistaa järjestelmästä? Lämmintä piisaa, liikaako vaiko liian vähän? Säiliö, nesteen varasto, vaiko myös muuta? Miten neste pumpulta venttiileille ja toimilaitteille?
SUODATTIMET Ylläpitävät nesteen puhtautta! Epäpuhtaudet aiheuttavat noin 70-80 % kaikista hydraulijärjestelmien toimintahäiriöistä! EPÄPUHTAUDET KULUMINEN
Epäpuhtaudet Epäpuhtaudet - heikentävät nesteen ominaisuuksia - lyhentävät nesteen käyttöikää - nopeuttavat järjestelmän kulumista - vaikuttavat järjestelmän toimintaan ja toimintavarmuuteen Epäpuhtauslajit: - kiinteät hiukkaset - nesteet (joko hydraulinesteeseen liuenneena tai vapaana) - kaasut (joko hydraulinesteeseen liuenneena tai vapaana) Epäpuhtauslähteet: - järjestelmän alkuepäpuhtaudet - ympäristön epäpuhtaudet - järjestelmän sisällä syntyvät epäpuhtaudet Suodattimet
Epäpuhtaudet Nestemäiset ja kaasumaiset epäpuhtaudet Nestemäisistä epäpuhtauksista merkittävin on vesi - perusnesteeseen liuenneena haittavaikutukset vähäisemmät - liukenemattomana merkittäviä haitavaikutuksia - reaktiot perusnesteen kanssa - kulumisen nopeutuminen - korroosion ja ruostumisen vaara Kaasumaisista epäpuhtauksista merkittävin on ilma - nesteeseen liuenneena haittavaikutukset vähäisemmät - liukenemattomana merkittäviä haittavaikutuksia - reaktiot nesteen kanssa (hapettuminen, vanheneminen) - nesteen kokoonpuristuvuuden voimakas kasvu - kavitaatiovaara Suodattimet
Epäpuhtaudet Kiinteät epäpuhtaudet Vaikutus järjestelmään riippuu epäpuhtaushiukkasten - materiaalista - kovuudesta - koosta - muodosta - määrästä Vaikutukset - äkillisiä vaurioita/toimintahäiriöitä (suuret hiukkaset) - hidasta kulumista (hiukkaset välyskoko) Suodattimet
Epäpuhtaudet Kiinteät epäpuhtaudet Haittoihin myötävaikuttavia hydraulijärjestelmän ominaisuuksia - nesteen virtausnopeus - järjestelmän painetaso - komponenttien välykset Kulumismekanismeja - abraasio - eroosio - pintaväsymismurtuma q V F 1 2 F q V q V F 3 4 F Suodattimet
Epäpuhtaudet Kiinteät epäpuhtaudet Haitalliset hiukkaskoot Komponentti/välys Välys m Hammaspyöräpumppu hampaan kärki - kammion seinä 0,5-5 Hammaspyörä - sivulevy 0,5-5 Siipipumppu siiven kärki - kammion seinä 0,5-5 siipi sivulevy 5-25 Mäntäpumppu mäntä sylinteriseinä 5-40 venttiililevy - sylinteriryhmä 0,5-10 Luistiventtiili luisti runko 5-25 Servoventtiili luisti runko 2-8 suutin läppä 20-70 suutin (halkaisija) 100-400 Hydrostaattinen laakeri 1-30 Suodattimet
Epäpuhtaudet Kiinteät epäpuhtaudet Kuluminen välyskoon kasvu komponenttien kitkojen, vuotojen ja häviötehojen kasvu epäpuhtausmäärän kasvu kuluminen nopeutuu EPÄPUHTAUDET KULUMINEN Suodattimet
Epäpuhtaudet Epäpuhtauslähteet, -lajit ja seuraukset Valmistus ja asennus Uusi hydraulineste Ympäristö Huollot ja korjaukset Kuluminen Kiinteä epäpuhtaus, karkea hiukkaskoko Kiinteä epäpuhtaus, hieno hiukkaskoko Vesi Ilma Vakavat, pysyvät vauriot Hetkelliset toimintahäiriöt Nesteen vanheneminen Kuluminen Suodattimet
Puhtausluokka Ilmaisee - komponentille/järjestelmälle sallittavan - järjestelmästä mitatun epäpuhtausmäärän ja kokojakauman Standardit - ISO 4406 - SAE AS 4059 - NAS 1638 Suodattimet
Puhtausluokka NAS 1638 Puhtausluokka 5 15 m Sallittu hiukkasmäärä (kpl/100 ml) 15 25 25 50 50 100 m m m 100 m 00 125 22 4 1 0 0 250 44 8 2 0 1 500 89 16 3 1 2 1000 178 32 6 1 3 2000 356 63 11 2 4 4000 712 126 22 4 5 8000 1425 253 45 8 6 16 000 2850 506 90 16 7 32 000 5700 1012 180 32 8 64 000 11 400 2025 360 64 9 128 000 22 800 4050 720 128 10 256 000 45 600 8100 1440 256 11 512 000 91 200 16 200 2880 512 12 1 024 000 182 400 32 400 5760 1024 Määritys viidessä kokoluokassa: Tunnusluku heikoimman (yleensä alin luokka) mukaan Suodattimet
Puhtausluokka SAE AS 4059 Laskenta Hiukkaskoko m I > 1 > 5 > 15 > 25 > 50 > 100 II > 4 > 6 > 14 > 21 > Puhtausluokka Kokoluokkakoodi ja sallittu hiukkasmäärät (kpl/100 ml) 38 > 70 A B C D E F 000 195 76 14 3 1 0 00 390 152 27 5 1 0 0 780 304 54 10 2 0 1 1560 609 109 20 4 1 2 3120 1217 217 39 7 1 3 6250 2432 432 76 13 2 4 1,25 10 4 4864 864 152 26 4 5 2,50 10 4 9731 1731 306 53 8 6 5,00 10 4 1,95 10 4 3462 612 106 16 7 10,0 10 4 3,89 10 4 6924 1224 212 32 8 20,0 10 4 7,79 10 4 1,39 10 4 2449 424 64 9 40,0 10 4 15,6 10 4 2,77 10 4 4898 848 128 10 80,0 10 4 31,1 10 4 5,54 10 4 9796 1696 256 11 1,60 10 6 62,3 10 4 11,1 10 4 1,96 10 4 3392 512 12 3,20 10 6 1,25 10 6 22,2 10 4 3,92 10 4 6784 1024 I Hiukkaslaskenta suoritettu joko automaattisella hiukkaslaskurilla (kalibroitu standardin ISO 4402 mukaan) tai mikroskoopilla (kokona maksimimitta). II Hiukkaslaskenta suoritettu joko automaattisella hiukkaslaskurilla (kalibroitu standardin ISO 11171 mukaan) tai elektronimikroskoopilla (kokona projisoidun hiukkasen pinta-alaa vastaavan ympyrän halkaisija). Määritys yhdessä tai useammassa kokoluokassa (hiukkaskoot riippuvat laitteistosta ja kalibroinnissa käytetystä standardista) Useita tapoja ilmoittaa tulos, esimerkiksi 6B (yksi kokoluokka) 7B/6C/5D (kolme kokoluokkaa) SAE AS 4059 korvaa vanhentuneen NAS 1638:n Suodattimet
Puhtausluokka Puhtausluokka Sallittu hiukkasmäärä (kpl / 1 ml) alaraja yläraja < 1 0,00 0,01 1 0,01 0,02 2 0,02 0,04 3 0,04 0,08 4 0,08 0,16 5 0,16 0,32 6 0,32 0,64 7 0,64 1,3 8 1,3 2,5 9 2,5 5 10 5 10 11 10 20 12 20 40 13 40 80 14 80 160 15 160 320 16 320 640 17 640 1300 18 1300 2500 19 2500 5000 20 5000 10 4 21 10 4 2 10 4 22 2 10 4 4 10 4 23 4 10 4 8 10 4 24 8 10 4 1,6 10 5 25 1,6 10 5 3,2 10 5 26 3,2 10 5 6,4 10 5 27 6,4 10 5 1,3 10 6 28 1,3 10 6 2,5 10 6 > 28 2,5 10 6 ISO 4406 Määritys kolmessa kokoluokassa (automaattinen hiukkaslaskin) 4 m 6 m 14 m kolmiosainen tunnusluku esim. 24/21/15 Mikroskooppilaskennassa kaksi kokoluokkaa 5 m 15 m kolmiosainen tunnusluku esim. -/21/15 Suodattimet
Puhtausluokka Komponenttien puhtausluokkavaatimuksia Komponentti Puhtausluokkasuositus ISO 4406 NAS 1638 SAE AS 4059 Suuntaventtiili 21/18/15 10 11A/9B/9C Virtaventtiili 21/18/15 10 11A/9B/9C Paineventtiili, säätävä 21/18/15 10 11A/9B/9C Sylinteri 21/18/15 10 11A/9B/9C Hammaspyöräkoneet 21/18/15 10 11A/9B/9C Mäntäkoneet 20/18/15 9 10A/9B/9C Siipikoneet 20/17/14 9 10A/8B/8C Proportionaaliventtiili 20/16/13 9 10A/7B/7C Servoproportionaaliventtiili 18/16/13 8 8A/7B/7C Servoventtiili 17/14/11 7 7A/5B/5C Servosylinteri 17/14/11 7 7A/5B/5C * Hiukkaslaskenta suoritettu joko automaattisella hiukkaslaskurilla (kalibroitu standardin ISO 11171 mukaan) tai elektronimikroskoopilla. Herkät (pienet välykset) komponentit vaativat puhtaampaa nestettä Suodattimet
Puhtausluokka Painetason vaikutus puhtausluokkavaatimuksiin (ed. taulukkoon nähden) Käyttöpainetaso Puhtausluokan muutos 0 100 bar 3 luokkaa heikommaksi 100 160 bar 1 luokka heikommaksi 160 210 bar Ei muutosta 210 250 bar 1 luokka paremmaksi 250 315 bar 2 luokkaa paremmaksi 315 420 bar 3 luokkaa paremmaksi 420 500 bar 4 luokkaa paremmaksi 500 630 bar 5 luokkaa paremmaksi Suodattimet
Puhtausluokka Järjestelmien puhtausluokkavaatimuksia Järjestelmä Matalapainejärjestelmät perinteisin venttiilein Korkeapainejärjestelmät perinteisin venttiilein Proportionaaliventtiilijärjestelmät Servoproportionaaliventtiilijärjestelmät Servoventtiilijärjestelmät Erittäin herkät suurtehojärjestelmät Puhtausluokkasuositus ISO 4406 NAS 1638 SAE AS 4059 * 24/17/14 9 11 -/8B/7C 21/16/13 7 9 11A/11B/7C 20/15/12 6 7 10A/6B/6C 18/14/11 5 6 8A/5B/5C 18/13/10 4 5 8A/4B/4C 16/11/9 3 4 6A/2B/3C * Hiukkaslaskenta suoritettu joko automaattisella hiukkaslaskurilla (kalibroitu standardin ISO 11171 mukaan) tai elektronimikroskoopilla. Vaaditun puhtausluokan saavuttaminen edellyttää tietynasteista suodattamista Suodattimet
Osat - suodatinpanos - runko - lisävarusteet Suodatin Suodatinmateriaalin toimintaperiaatteet q V q V q V q V Suodattimet
Suodatustehokkuuden ilmaiseminen Suodatusaste Suodatussuhde - hiukkasten määrä (ennen suodatinta N 1 /suodattimen jälkeen N 2 ) - ISO 4572 x Absoluuttinen suodatusaste - suurin pallomainen hiukkanen ( m), joka läpäisee suodattimen - poistaa 99 % ilmoitettua kokoa suuremmista hiukkasista Nimellinen suodatusaste - poistaa 95 % ilmoitettua kokoa suuremmista hiukkasista N N 1 2 Suodattimet
Muita suodattimen ominaisuuksia kuvaavia tunnuslukuja - Epäpuhtauskapasiteetti - Kokoonpuristumispaine - Repeytymispaine - Väsymiskestävyys p [bar] Suurin sallittu painehäviö 16 12 8 4 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Epäpuhtausmäärä/Epäpuhtauskapasiteetti [%] Suodattimet
Suodattimet järjestelmässä Tehtävän mukaan - työsuodattimet - suojasuodattimet 7 Sijainnin mukaan - imusuodattimet - painesuodattimet - paluusuodattimet - sivuvirtasuodattimet - täyttösuodattimet - huohotinsuodattimet 2 3 4 1 6 5 10 9 8 Suodattimet
Suodatintyyppejä Painesuodatin Paluusuodatin Täyttö- ja huohotinsuodatin Suodattimet
Suodatinjärjestelmä Hydraulijärjestelmän suodatinjärjestelmä koostuu useista suodattimista, joiden tehtävänä on estää epäpuhtauksien pääsyä hydraulijärjestelmään sekä poistaa järjestelmästä sinne päässeet ja siellä syntyneet epäpuhtaudet ja täten ylläpitää vaadittu puhtaustaso eli puhtausluokka Suodatinjärjestelmältä vaaditun toiminnon jatkuvuus ja laatu edellyttää järjestelmän jatkuvaa ylläpitoa Suodattimet
LÄMMÖNSIIRTIMET (lämmönvaihtimet) Ylläpitävät nesteen käyttölämpötilaa - jäähdyttämällä - lämmittämällä Käyntitilassa tavoitteena on pitää nesteen viskositeetti optimialueellaan (16 36 cst) ja estää viskositeetin lasku alle voitelurajan arvon (10 cst). Käynnistystilanteissa tavoitteena on laskea viskositeetin arvo järjestelmälle sallitun korkeimman arvon alle.
Jäähdytin Siirtävät hydraulinesteeseen sitoutunutta lämpöä aktiivisesti jäähdytinaineeseen - ilma - vesi ja siten pois hydraulinesteestä Jäähdytystehoon vaikuttavat - jäähdyttävän ja jäähdytettävän aineen välinen lämpötilaero - jäähdytinainevirtauksen suuruus - jäähdyttävä pinta-ala - virtauslaji Lämmönvaihtimet
Jäähdytin q V,1 q V,2 q V,1 q V,2 Lämmönvaihtimet
Jäähdytin Lämmönvaihtimet
Jäähdytin Ilmajäähdytin: - jäähdytysaineen saatavuus hyvä - lämmönsiirtokyky kokoon nähden huono - välitön ympäristökuormitus (ilmavirta, lämpö ja melu) suuri - soveltuvat parhaiten liikkuvan kaluston hydraulijärjestelmiin Vesijäähdytin: - lämmönsiirtokyky kokoon nähden hyvä - välitön ympäristökuormitus vähäinen - jäähdytysaineen saatavuus ja hinta - veden korroosiovaikutus Lämmönvaihtimet
Lämmitin Lämmittävät hydraulinestettä - suoraan - välittäjäaineen kautta Uppokuumennin Läpivirtauslämmitin Lämmitysteho rajattava nesteen ylikuumenemisen ja karstoittumisen välttämiseksi Lämmönvaihtimet
Jäähdytin ja lämmitin 3 2 1 6 4 5 Lämmönvaihtimet
SÄILIÖ Säiliön tehtävät: - hydraulijärjestelmän nestevarasto - imu- ja paluuvirtauksien eroja tasaava puskuri - lämmönsiirrin - nesteen epäpuhtauksien erotin - järjestelmän komponenttien asennusalusta Säiliön nestetilavuus mitoitetaan yleensä järjestelmän pumppujen keskimääräisen minuuttituoton perusteella: - kiinteät teollisuusjärjestelmät V = 2 5 q V,pumput - liikkuvan kaluston järjestelmät V = 1 2 q V,pumput Lisäksi on varattava riittävä ilmatila nestemäärän vaihteluille
Säiliön varusteet Vuotoreuna Huohotinaukko suodattimineen Imukanava Paluukanava Vuotokanava Lämpömittari ja pinnankorkeusmittari Täyttöliitäntä Vuotoallas Huoltoluukku Tyhjennysliitäntä Väliseinä Säiliö
Säiliön toimintojen tehostaminen a b Väliseinä c d Erottajaverkko Erottajaverkko Säiliö
Säiliön virtauskanavien sijoittelu a b Imusuodatin Pumppu c d Vuotokanavat Diffuusori Säiliö
Pumpun sijoittaminen säiliöön nähden Säiliö
PUTKISTOKOMPONENTIT Putket Letkut Liittimet Lohkot Teleskooppi Kauha Kääntö
Jäykkä kytkentä Putkien tyyppiin, materiaaliin sekä seinämäpaksuuksiin vaikuttavat mm. järjestelmän paine, tilavuusvirtojen suuruus, käytettävä neste sekä käytettävät liittimet Putket SFS 2230 Putken ulko- Seinämäpaksuus mm halkaisija d u Nimellispaineella MPa mm 6,3 10 16 25 40 6 1 1 1 1 1,5 8 1 1 1 1,5 1,5 10 1 1 1 1,5 2 12 1 1 1,5 2 2,5 16 1,5 1,5 1,5 2 3 20 1,5 1,5 2 2,5 4 25 2 2 3 3 5 30 2 2 3 4 6 38 3 3 4 5 7 50 3 3 6 6 9 Virtausnopeuden Virtausnopeuden Virtauskanava suositusarvo v s maksimiarvo v max m/s m/s Imukanava 0,5-1,0 1,0-1,5 Paluukanava 2,0-3,0 3,0-4,0 Painekanava 6,3-10 MPa 4,0-4,5 6,0 10-16 MPa 4,5-5,0 6,0 16-25 MPa 5,0-5,5 6,0 25-40 MPa 5,5-6,0 6,0 Järjestelmän kaikki painehäviöt 3 10 % painetasosta Putkistokomponentit
Letkut Joustava kytkentä Luokittelu käyttöpainetason perusteella - matalapaineletkut - keskipaineletkut - korkeapaineletkut Lisää myös hydraulijärjestelmän joustoja! Putkistokomponentit
Letkut Yleisin standardi SAE J517 (14 ryhmää: SAE 100R1 14) Koko ilmaistaan sisähalkaisijaa kuvaavan tunnusluvun avulla (poikkeuksena SAE 100R5 ja SAE 100R14; ulkohalkaisija) Tunnusluku perustuu tuuman kuudestoistaosajakoon. SAE-standardin Letkun sisähalkaisija Nimellissuuruus merkintä in mm NS -04 1/4 6,4 6-05 5/16 7,9 8-06 3/8 9,5 10-08 1/2 12,7 12-10 5/8 15,9 16-12 3/4 19,0 20-16 1 25,4 25-20 1 1/4 31,8 32-24 1 1/2 38,1 40-32 2 50,8 50 Koko voidaan ilmoittaa myös DIN-standardin nimellissuuruutena (= letkun sisähalkaisijan likimääräinen koko millimetreinä) Putkistokomponentit
Liittimet Putkien ja letkujen liittäminen toisiinsa sekä komponentteihin Kierreliitäntöjä (BSP, BSPT, M, NPTF, UNF, jne.) Laippaliitäntöjä (SAE, DIN, CETOP) - matalapaineliittimet - korkeapaineliittimet Putkistokomponentit
Liittimet Putkistokomponentit
Liittimet Komponenttien liittäminen toisiinsa Putkistokomponentit
Päivän teemat kerraten Epäpuhtaudet järjestelmässä - vaikutus? - poisto? Lämpötila järjestelmässä - miten vaikuttaa? - miten pidetään kurissa? Mihin kaikkeen säiliö pystyykään? Putkisto, mitä siitä?