Oceny filtrów hydraulicznych: współczynnik beta i ISO 16889

Kluczowe wnioski

• Filtr oznaczony „10 mikrometrów” mówi ci prawie nic: bez współczynnika beta i informacji, przy jakim rozmiarze był mierzony, to jest etykieta, a nie specyfikacja.
• Współczynnik beta to stosunek liczby cząstek większych niż x upstream do tych większych niż x downstream, mierzony w teście wielokrotnego przepływu. Skuteczność (%) = (1 minus 1 podzielone przez beta) razy 100.
• Warto zapamiętać: beta 2 daje 50 procent, beta 10 daje 90 procent, beta 75 daje 98,7 procent, beta 200 daje 99,5 procent, a beta 1000 daje 99,9 procent.
• ISO 16889 standaryzuje współczesny test wielokrotnego przepływu; starsze ISO 4572 liczyło cząstki inaczej, więc nie datowana wartość beta nie jest porównywalna.
• Wybór zaczyna się od docelowego kodu ISO 4406 dla najbardziej wrażliwego elementu, a potem dobiera się ocenę, pozycję i pojemność zatrzymywania zanieczyszczeń. Zmieniaj wkłady na podstawie ciśnienia różnicowego lub stanu, nie kalendarza.

Dlaczego „10 mikrometrów” to nie specyfikacja

Magazyny etykietują wkłady jednym numerem: 3 mikrometry, 10 mikrometrów, 25 mikrometrów. Etykieta sugeruje sito, a model sita jest błędny. Wkład hydrauliczny to medium głębokościowe, włókna szklane lub celulozowe o grubości milimetrów, zatrzymujące cząstki przez przechwycenie, impakt i dyfuzję. Złapanie jest probabilistyczne, rośnie wraz z wielkością cząstki, zamiast włączać się przy przekroczeniu progu.

Współczynnik beta i jak przekłada się na skuteczność

Współczynnik beta definiuje się dla zadanej wielkości cząstki:

• beta_x = liczba cząstek większych niż x mikrometrów upstream podzielona przez liczbę cząstek większych niż x mikrometrów downstream

Jeśli w stanowisku policzono 20 000 cząstek większych niż 5 mikrometrów na mililitr upstream i 100 downstream, beta_5 = 200. Przeliczaj tak:

• skuteczność (%) = (1 minus 1 podzielone przez beta) razy 100

Dla beta 200 to (1 minus 0,005) razy 100, czyli 99,5 procent. Czytaj wartość przecieku raczej niż skuteczność: dla tej samej wielkości cząstki beta 10 przepuszcza 10 procent tego, co trafia do wkładu, a beta 1000 tylko 0,1 procent, sto razy mniej na wyjściu filtra, nie sto razy mniej w zbiorniku.

Beta nie ma sensu bez podania rozmiaru. Beta 200 przy 5 mikrometrach, zapisane beta_5 = 200, jest kompletne; samo „beta 200” nie jest, ponieważ ten sam wkład może mieć beta_12 = 200 i beta_5 = 2. Porównuj elementy dla tej samej wielkości, wybranej pod najszczelniejsze przejście, które chcesz chronić.

ISO 16889 i dlaczego stare wartości beta nie przekładają się

Współczynniki beta pochodzą z testu wielokrotnego przepływu: zanieczyszczenie jest wstrzykiwane w kontrolowanym tempie, podczas gdy wkład cyrkuluje płyn testowy, a liczniki próbkują upstream i downstream w miarę wzrostu ciśnienia różnicowego do wartości końcowej. ISO 16889 określa metodę, pył odniesienia (ISO 12103-1 A3 medium) i kalibrację liczników (ISO 11171), ale szybkość przepływu testowego i końcowe ciśnienie różnicowe wybiera producent i są one raportowane z wynikiem, więc dwa elementy są porównywalne tylko wtedy, gdy zgłoszone warunki się zgadzają.

Poprzedni test, ISO 4572, używał innej kalibracji licznika i innego pyłu odniesienia, więc „3 mikrometry” wtedy i teraz to nie ta sama populacja cząstek. Traktuj każdą wartość bez wskazania standardu jako niezweryfikowaną.

Beta to wynik laboratoryjny, mierzony na czystym, ustalonym przepływie: zimne starty, falowanie pompy i skoki pracy cylindrów powodują, że rzeczywista czystość w terenie jest gorsza niż przewiduje stanowisko, więc przewiduj margines.

Wybór zaczyna się od docelowego kodu czystości

Dobór filtra to ostatni krok. Zidentyfikuj najbardziej wrażliwy komponent, ustaw docelowy kod ISO 4406, zmierz obecny stan oleju, a następnie wybierz klasę i pozycję, które poradzą sobie z rzeczywistym napływem zanieczyszczeń. Trzy liczby w kodzie czystości oleju ISO 4406 odpowiadają zliczeniom przy 4, 6 i 14 mikrometrach.

Dwie awarie dominują. Pierwsza to dobieranie filtra do rozmiaru portu zamiast do obciążenia: obudowa pasująca do przewodu nic nie mówi o przepływie, lepkości ani napływie zanieczyszczeń. Druga to pominięcie pomiaru, powtarzalna praktyka pobierania próbek oleju to to, co przemienia kod docelowy w pętlę kontroli.

Gdzie montuje się filtry i co potrafi każda pozycja

• Filtr ssący: gruboziarnista siatka, typowo 74-149 mikrometrów, ma zapobiec uszkodzeniu pompy przez większe zanieczyszczenia; bezużyteczny przeciw mułowi i stwarza ryzyko kawitacji po zatkaniu.
• Linia ciśnieniowa: ostatnia linia obrony przed wrażliwym zaworem, więc tu umieszczane są wysokie klasy, ograniczone rozmiarem obudowy i pulsacjami.
• Linia powrotna: łapie zanieczyszczenia z zużycia zanim trafią do zbiornika, ale skoki przepływu wywołane pracą siłowników mogą popychać przepływ powrotny znacznie powyżej wartości znamionowej, powodując gwałtowne wzrosty ciśnienia różnicowego, przez co medium może odrzucać zatrzymane cząstki lub może otworzyć się obejście.
• Obieg zewnętrzny (offline lub „kidney loop”): niezależna pompa i filtr przy niskim, stabilnym przepływie, gdzie opłacalne są bardzo wysoka klasa i duży element.

Pojemność zatrzymywania zanieczyszczeń, zapychanie i obejście

Pojemność zatrzymywania zanieczyszczeń to masa zanieczyszczeń, którą element zatrzymuje przed osiągnięciem końcowego ciśnienia różnicowego. Wysoka skuteczność przy niskiej pojemności to złe połączenie: element beta 1000 o niewielkiej powierzchni mediów zatka się w ciągu tygodni w brudnym systemie, a zakład wtedy zamontuje coś grubszego.

Napełnianie sygnalizuje wskaźnik ciśnienia różnicowego, a wiele zespołów ma zawór obejścia otwierający się przy 3-5 barach różnicy. Tu jest pułapka łapiąca doświadczonych ludzi: gdy filtr pracuje na obejściu, wzrost ciśnienia różnicowego przez niego zatrzymuje się, więc manometr wygląda na stabilny, podczas gdy wkład nic nie filtruje. Utrzymujący się, podwyższony odczyt jest sygnałem do sprawdzenia obejścia, nie dowodem zdrowia układu.

Dyscyplina konserwacji

Wkłady zmieniaj na podstawie ciśnienia różnicowego lub stanu, nigdy jedynie według kalendarza, co powoduje wyrzucanie dobrych elementów w czystym systemie i ukrywa pracę na obejściu w brudnym. Wyzwalacz powinien pochodzić z dowodów, dokładnie tak jak dla okresów ponownego smarowania łożysk. Zapisuj kod ISO 4406 przed i po każdej wymianie: jeśli się nie zmienia, element nie był problemem.

Kontrola napływu zanieczyszczeń to druga połowa. Brud trafia przez odpowietrzniki, zużyte uszczelnienia tłoków i niedbałe uzupełnianie, więc montuj odpowietrzniki z osuszaczem, wymieniaj przeciekające uszczelki i używaj filtrowanego sprzętu do przelewania. Ustrukturyzowane trasy smarowania zapobiegają osuwaniu się tych praktyk. Wymiany filtrów i pobieranie próbek powinny być częścią tego samego planu konserwacji zapobiegawczej, co inne rutynowe prace.

W Fabrico kontrola różnicy ciśnień filtra może być zadaniem rutynowego przeglądu (PM) z listą kontrolną, a każdy odczyt jest zapisywany przy aktywie, więc rosnący trend jest widoczny. Nieudany ręczny sprawdzian może uruchomić zadanie uzupełniające, a dane o zatrzymaniu maszyny z PLC lub kanału OEE mogą stać się zleceniem pracy. Aby zobaczyć historię filtrów dla konkretnego aktywa, umów krótki demo.

Przykład z rzeczywistymi liczbami

Komórka do wtrysku pracuje z pompą przy 120 litrach na minutę zasilającą zawory proporcjonalne. Producent zaworu wymaga ISO 4406 18/16/13; próbka pokazuje 21/19/15, trzy kody gorsze przy 4 i 6 mikrometrach i dwa gorsze przy 14. Zainstalowany filtr to element linii powrotnej oceniony na beta_12 = 75 (czyli beta 75 przy 12 mikrometrach), bez obiegu offline i z kapturkiem odpowietrznika z siatką.

Beta 75 to (1 minus 1 podzielone przez 75) razy 100, czyli 98,7 procent, przy 12 mikrometrach. Ale dwie liczby kodu, które tu się liczą, dotyczą 4 i 6 mikrometrów, a krzywa ISO 16889 daje tam tylko beta_6 = 2, czyli 50 procent: połowa tej populacji przechodzi przy każdym przejściu. Element jest sprawny w pobliżu liczby 14 mikrometrów i słaby przy 4 i 6 mikrometrach, przy których ten system faktycznie zawodzi.

Teraz zliczenia. Kod 19 przy 6 mikrometrach oznacza 2 500 do 5 000 na mililitr, środek geometryczny to pierwiastek z 2 500 razy 5 000, około 3 540. Kod 16 to 320 do 640, środek 453. Wymagana redukcja to 3 540 podzielone przez 453, czyli w przybliżeniu 7,8 razy, a każde połowienie to jedna zmiana kodu.

W prostym modelu recyrkulacyjnym stan ustalony stężenia jest wprost proporcjonalny do szybkości napływu zanieczyszczeń podzielonej przez (przepływ filtrowany razy skuteczność). Przy niezmienionym napływie i przepływie, zastąpienie elementu o 50 procent elementem ocenionym beta_6 = 200, czyli 99,5 procent, podnosi składnik usuwania z 0,5 do 0,995 i zmniejsza stan ustalony o czynnik 1,99, czyli około jednego kodu ISO. Sto-krotna liczba dotyczy frakcji przepuszczanej, nie ilości oleju w zbiorniku, a pomylenie tych dwóch jest najczęstszym błędem w doborze filtrów: sama skuteczność nigdy tu nie kupi więcej niż 2 razy, bo nie możesz usunąć więcej niż wszystko, co dociera do wkładu. Potrzebne 7,8 razy do osiągnięcia celu kodowego musi więc pochodzić z większego przepływu filtrowanego i mniejszego napływu zanieczyszczeń, dlatego rozwiązanie poniżej dodaje obieg offline i odpowietrznik z osuszaczem, a nie tylko lepszy wkład.

Pozycja jest tak samo ważna jak klasa, ponieważ linia powrotna widzi tylko to, co zwracają siłowniki. Obieg offline przy 20 litrach na minutę na 400 litrowym zbiorniku odnawia zawartość co 20 minut, czyli 3 obroty na godzinę, gdzie element beta_6 = 200 o pojemności 90 gramów przeżyje miesiące.

Werdykt: zachowaj element powrotny beta_12 = 75 jako grubą fazę chroniącą pojemność, dodaj obieg offline z elementem beta_6 = 200 i zamontuj odpowietrznik z osuszaczem, by zmniejszyć napływ, który uczynił cel nieosiągalnym. Powtórz pobranie próbek po 50 godzinach pracy. Sama zmiana sprzętu podnosi składnik usuwania z 120 litrów na minutę przy 50 procent do tego samego plus 20 litrów na minutę przy 99,5 procent, czyli około 1,3 razy więcej usuwania, co jest zdecydowanie poniżej jednego kodu. Reszta poprawy musi pochodzić od odpowietrznika zmniejszającego napływ, więc spodziewaj się wyniku w przedziale 18/16/13 do 20/18/14, gdzie czystszy koniec wymaga, by odpowietrznik ograniczył napływ mniej więcej 6 razy, a brudniejszy zakłada, że ogranicza go tylko około 1,5 raza; odczyt na czystym końcu traktuj jako dowód, że to napływ, a nie filtracja, był ograniczającym czynnikiem.

Typowe błędy

• Cytowanie współczynnika beta bez podania rozmiaru cząstki, tak że niezweryfikowane „beta 1000” jest traktowane jako lepsze niż „beta 200 przy 5 mikrometrach”, gdy ten pierwszy był mierzony przy 25 mikrometrach i jest słabszy przy rozmiarze rzeczywiście rządzącym kodem.
• Mieszanie danych z arkusza z epoki ISO 4572 z obecnymi wartościami ISO 16889, a potem zdziwienie, dlaczego pole nie zgadza się z oboma.
• Dobieranie według rozmiaru portu i pasowania obudowy zamiast przepływu, lepkości i napływu, a potem obwinianie wkładu, gdy się zapcha.
• Odczytywanie stabilnego ciśnienia różnicowego jako dowodu zdrowia, gdy zawór obejścia już się podniósł.
• Montaż najwyższej dostępnej klasy w małej obudowie o niskiej pojemności zatrzymywania zanieczyszczeń, przez co zatka się w tygodnie i zostanie wymieniony na coś grubszego.
• Wymiana wkładów według kalendarza bez zapisu kodu ISO 4406 przed i po, więc nikt nie może powiedzieć, czy to zadziałało.

Najczęściej zadawane pytania

Czy wyższy współczynnik beta jest zawsze lepszy?

Nie sam w sobie. Wyższe beta przy rozmiarze, na którym ci zależy, ostro redukuje przeciek, ale kosztuje powierzchnię mediów, spadek ciśnienia i żywotność elementu. Element beta 1000 o niskiej pojemności zatka się szybko w brudnym systemie i zostanie zastąpiony czymś grubszy, co jest stratą netto.

Jaką wielkość cząstki powinienem podać przy współczynniku beta?

Pracuj od komponentu, który chronisz: wybierz wielkość równą lub mniejszą niż najsmuklejsze dynamczne prześwity, bo cząstki bliskie tej wielkości powodują największe ścierne uszkodzenia. Zawory proporcjonalne i serwozawory zwykle przesuwają specyfikację do 4 lub 6 mikrometrów, i kod docelowy powinien używać tych samych wielkości.

Czy mogę przeliczyć ocenę w mikrometrach na kod ISO 4406?

Nie. Ocena mikronowa opisuje element; kod opisuje płyn w punkcie poboru próbki. To, co osiągniesz, zależy od współczynnika beta przy odpowiednich rozmiarach, pozycji filtra, wskaźnika wymiany zbiornika, napływu przez odpowietrzniki i uszczelnienia oraz wytwarzanego zanieczyszczenia ze zużycia.

Skąd wiem, czy filtr pracuje na obejściu?

Wskazówką jest odczyt różnicy ciśnień, który przestał rosnąć i utrzymuje się na lub blisko ciśnienia, przy którym otwiera się obejście. Porównaj go z ustawieniem obejścia na rysunku zespołu i dokonuj odczytu przy temperaturze roboczej, aby niska lepkość na zimno nie wprowadzała w błąd. Próbka za filtrem to rozstrzygające potwierdzenie.

Czy obieg offline zastępuje filtrację w linii?

Uzupełnia ją. Obieg offline utrzymuje czystość masową zbiornika efektywnie, ponieważ przepływ jest niski, stabilny i nieograniczony przez główny obwód, więc wysoka klasa i duży element są praktyczne. Nie może on jednak chronić komponentu przed zanieczyszczeniami wygenerowanymi wcześniej w trasie, których wystarczy pojedyncze przejście, by uszkodzić element.