Innowacyjna Technologia Wkładów filtrujących PL / Stat-Free

Transkrypt

1 Innowacyjna Technologia Wkładów filtrujących StatFree

2 1. Wprowadzenie Użytkowanie nowoczesnych, przyjaznych środowisku olejów hydraulicznych i smarnych oraz tendencja zmierzająca do stosowania bardziej kompaktowych układów oraz lepszej filtracji w ciągu ostatnich lat spotęgowały problem ładowania i rozładowywania elektrostatycznego. W rezultacie dochodzi do poważnego ograniczenia funkcji poszczególnych komponentów systemów lub nawet do ich uszkodzenia. Rozładowania elektrostatyczne niszczą wkłady filtracyjne, uszkadzają zawory i czujniki, a nawet mogą doprowadzić do wybuchów w zbiorniku hydraulicznym. Ponadto przyspieszają proces starzenia oleju. Aby zapewnić ekonomiczne i bezpieczne działanie układu konieczne jest stosowanie systemów filtracyjnych zdolnych do absorpcji produktów starzenia się olejów i zapobiegających powstawaniu niebezpiecznych rozładowań elektrostatycznych. Dzięki stosowaniu takich systemów filtracyjnych można uniknąć nieplanowanych i kosztownych wymian oleju. Zidentyfikowaliśmy długofalowy problem rozładowań elektrostatycznych i dzięki innowacyjnej serii wkładów filtrujących StatFree opracowaliśmy skuteczne rozwiązanie problemu rozładowań elektrostatycznych w układach hydraulicznych i smarnych. Bazując na wynikach specjalnie opracowanych badań elektrostatycznych, które zostały potwierdzone przez TÜV oraz na licznych próbach byliśmy w stanie opracować technologię, która powstrzymuje zjawisko rozładowań elektrostatycznych w samym wkładzie filtrującym oraz znacząco redukuje ładowanie się oleju. Na kolejnych stronach przedstawiamy zasady i konsekwencje rozładowań elektrostatycznych w układach hydraulicznych oraz zalety nowej technologii StatFree. 2. Trend w płynach hydraulicznych Globalizacja wymusza na światowych producentach olejów ciągłe dostawy wysokiej jakości olejów hydraulicznych i smarnych dla producentów oraz użytkowników maszyn. Nie może być to zagwarantowane w kategorii I olejów podstawowych, gdzie struktura molekularna bazy olejowej nie jest zmieniona. Dlatego oleje podstawowe znajdują zastosowanie tam, gdzie struktura molekularna zostaje rozbita przez procesy hydrokrakingu a następnie jest wybiórczo zmieniana w zależności od potrzeb. Zdolności wytwórcze producentów olejów na całym świecie aktualnie wpisują się w ten trend (np. w Azji czy USA, gdzie przeważnie są produkowane oleje podstawowe klasy II lub wyższej). Aby uzyskać parametry olejów zagwarantowane przez producentów, do olejów podstawowych muszą być domieszane dodatki (z reguły kilka, stanowiących pakiet). Oleje podstawowe kategorii I zawierają substancje aromatyczne, często toksyczne. Ponadto dodatki zawierają cynk, który jest metalem ciężkim oraz popioły powstałe przy spalaniu. Dlatego nie odpowiadają już one aktualnym standardom międzynarodowym w zakresie ochrony środowiska. Oleje hydrauliczne i smarne II i III kategorii, które są wytwarzane z odpowiednimi dodatkami nie zawierają substancji toksycznych ani rakotwórczych, są wolne od metali ciężkich i nie wytwarzają pozostałości w wyniku spalania. Jednak z uwagi na fakt, że oleje te nie zawierają żadnych metali, cechują się niskim przewodnictwem elektrycznym. Ładunek elektrostatyczny jest generowany podszas przepływu oleju przez filtry w układzie hydraulicznym. Może to spowodować wyładowania elektrostatyczne w układzie, co z kolei może prowadzić do znacznych uszkodzeń komponentów hydraulicznych. Conductivity Przewodność [ps/m] [ps/m] Przykłady przewodnictwa w olejach różnych kategorii group grupa II group grupa II II group grupa III III 23 C 50 C 2

3 3. Podstawy teoretyczne 3.1 Ładowanie elektrostatyczne cząstek stałych Każda substancja czy materiał posiada określoną pracę wyjścia tj. zdolność do przyjmowania lub uwalniania elektronów. Jeżeli dwie substancje posiadające różną wartość pracy wyjścia zbliżą się (na odległość < 10 9 m) przy tej samej temperaturze wówczas w punkcie styku elektrony są przenoszone z materiału o niskiej pracy wyjścia do materiału o wyższej pracy wyjścia. Powstaje podwójna warstwa elektryczna z określonym ładunkiem Q. Nie musi występować tarcie pomiędzy tymi dwoma materiałami. Tarcie jedynie zmniejsza odległość pomiędzy substancjami biorącymi udział w procesie. 1 podwója warstwa Powstawanie podwójnej warstwy Jeżeli dwa materiały zostaną rozdzielone, zwiększa się odległość między nimi, zmniejsza się pojemność i różnica potencjałów (napięcie) wzrasta. Obydwa materiały są naładowane elektrostatycznie. 2 przejście elektronów a < 1 nm 1 2 Jeżeli powstałe napięcie przewyższa określoną granicę wytrzymałości dielektrycznej (w powietrzu ok. 3 kv/mm) powstaje nagłe wyrównanie napięcia, przeważnie w postaci wyładowania elektrostatycznego. 3.2 Ładowanie cieczy W systemach płynnych / stałych jak w przypadku układów hydraulicznych (medium filtrujące / olej) na granicy faz powstaje podwójna warstwa ładunków, jak pokazano na rysunku. W pobliżu granicy ta podwójna warstwa składa się z połączonej warstwy nośników ładunków (w tym wypadku naładowanych dodatnio). W oleju występuje rozproszona warstwa przeciwnych (ujemnych) nośników ładunku. materiał ładunek dodatni Gdy ciecz przepływa, wówczas ładunki są dynamizowane i powstaje różnica potencjałów. Im szybszy przepływ cieczy, tym większa różnica potencjału. Jeżeli różnica potencjału przewyższa wytrzymałość dielektryczną oleju, wówczas ulegnie rozładowaniu w formie iskrzenia. materiał ciecz hydrauliczna ciecz hydrauliczna przepływ ładunek ujemny Rozkład ładunków w systemach płynnych/stałych. Iskrzenie iskrzenie Rozdzielenie dwóch materiałów Wartość ładunku zależy między innymi od prędkości rozdzielenia. Jeżeli rozdzielenie następuje powoli, ładunek może być wyrównany przez ostatni punkt kontaktu. Im szybsze rozdzielenie, tym wyższy ładunek. Warunkiem wstępnym gromadzenia ładunków jest wystarczająco niska przewodność cieczy, w przeciwnym wypadku, gdy przewodność cieczy jest wysoka ładunki z warstwy rozproszonej przepływają swobodnie i może nastąpić wyrównanie potencjałów. 3

4 3.3 Główne czynniki Główne czynniki wpływające na zjawiska elektrostatyczne w układach hydraulicznych: Przewodnictwo elektryczne Im niższe przewodnictwo, tym wyższy ładunek Materiał filtracyjny Różne materiały wytwarzają różne ładunki w zależności od pracy wyjścia elektronu Temperatura Ogólnie naładowanie spada wraz ze wzrostem temperatury Prędkość przepływu Im wyższa prędkość przepływu, tym wyższy ładunek Zanieczyszczenie Cząstki przewodzące lub woda zwiększają przewodnictwo cieczy, co skutkuje niższym ładunkiem. Dziura wypalona w materiale filtracyjnym Co więcej, poprzez dalszy przepływ oleju do niekontrolowanych rozładowań może dochodzić w zbiorniku hydraulicznym. W zależności od mieszaniny oleju i gazu w zbiorniku może dojść nawet do niebezpiecznych wybuchów. 4. Skutki rozładowań Skutki rozładowań elektrostatycznych mogą być poważne. Filtr napowietrzający spalony w wyniku wybuchu w zbiorniku. Rozładowania elektrostatyczne mogą również powodować powstanie fal elektromagnetycznych, które zakłócają i uszkadzają wrażliwe czujniki oraz komponenty elektroniczne w układzie hydraulicznym. Rozładowania elektrostatyczne we wkładzie filtrującym Iskry powstające w wyniku rozładowań mogą wypalić dziury np. w materiale filtracyjnym. Następna ilustracja przedstawia dziurę wielkości ok. 200 µm w materiale filtracyjnym o dokładności 3 µm. Pożądana czystość oleju nie może być osiągnięta. Nie tylko same komponenty, ale również oleje hydrauliczne ulegają uszkodzeniu w wyniku rozładowań. Iskrzenie uszkadza molekuły cieczy i powstają wolne rodniki. Te rodniki ulegają polimeryzacji w długie łańcuchy, co z kolei prowadzi do powstania pokostu. Dodatkowo wolne rodniki przyspieszają starzenie się oleju. 4

5 5. Sprzęt pomiarowy 5.1 Przenośny sprzęt pomiarowy Aby dokładniej zbadać w praktyce zjawiska elektrostatyczne zachodzące w układach hydraulicznych mamy w ofercie szeroką gamę sprzętu pomiarowego. Z pomocą przenośnych urządzeń mierzących przewodnictwo możemy w szybki i prosty sposób określić przewodnictwo elektryczne cieczy hydraulicznych. To pozwala nam wstępnie oszacować, czy przewodnictwo spadło poniżej krytycznego zakresu i może prowadzić do zjawisk elektrostatycznych. Co więcej HYDAC opracował specjalny czujnik napięcia nazywany StatStick. W połączeniu z naszym szeroko rozpowszechnionym przenośnym urządzeniem pomiarowym (HMG 3000) nasi inżynierowie mogą w praktyce zmierzyć napięcie w oleju bezpośrednio w systemie. W przypadku wyładowań iskrowych w układzie jako urządzenia pomiarowego można użyć oscyloskopu. Z uwagi na dużą częstotliwość próbkowania oscyloskopu krótkotrwałe rozładowania są pokazane jako wartość na wyświetlaczu. 5.2 Stacjonarne stanowisko prób Nasze specjalnie zaprojektowane stanowisko prób, które zostało zatwierdzone przez TÜV jest używane do symulacji rzeczywistych krytycznych aplikacji. Przy pomocy stanowiska prób zostały dogłębnie przeanalizowane zjawiska elektrostatyczne zachodzące w filtrach hydraulicznych dla olejów krytycznych. Doprowadziło to do opracowania wkładów filtracyjnych serii StatFree, które rozwiązują problem rozładowań elektrostatycznych. StatStick Stanowisko prób elektrostatycznych HYDAC Innowacyjny czujnik StatStick z HMG Napięcie [V] Standardowy wkład Wkład StatFree Przepływ [l/min] Porównanie pomiarów wykonanych na stanowisku prób elektrostatycznych dla standardowego wkładu oraz wkładu StatFree 5

6 6. Technologia StatFree Jeżeli w układzie hydraulicznym stosowany jest olej o niskiej przewodności oraz nieprzewodzący wkład filtrujący, wówczas filtr oraz ciecz mogą ulegać ładowaniu elektrostatycznemu i dochodzi do rozładowań elektrostatycznych. Wykonanie wkładu zdolne wyłącznie do rozładowań rzeczywiście ogranicza iskrzenie we wkładzie, ale olej nadal ulega ładowaniu. Ładunki na styku filtra mogą ulegać rozproszeniu, ale ciecz ma nawet większy ładunek, ponieważ nie występuje rozładowanie na filtrze neutralizujące ten ładunek. Olej z wysokim ładunkiem przepływa dalej przez układ i może dochodzić do niekontolowanych rozładowań w innych częściach systemu, co w pewnych okolicznościach może prowadzić do poważnych uszkodzeń (np. do wybuchu w zbiorniku). Dzięki zastosowaniu nowego rodzaju maty filtracyjnej oraz specjalnemu projektowi wkładu HYDAC po raz pierwszy połączył znakomite właściwości elektrostatyczne z dokładnością filtracji. Nasze wkłady w technologii StatFree uzyskały najniższy odnotowany dotąd poziom naładowania wkładów filtracyjnych oraz cieczy podczas pracy układu. Dodatkowo wkłady w technologii StatFree zostały wyposażone w oringi oraz rury rdzeniowe z elementami ułatwiającymi przewodzenie ładunku. Osiągnięcia wkładów StatFree zostały potwierdzone w testach laboratoryjnych oraz eksploatacyjnych. Porównując dane na poniższym wykresie zauważamy, że wkłady StatFree mają uderzającą przewagę nad standardowymi wkładami w zakresie wytwarzanych ładunków w oleju. Nowa technologia StatFree jest dostępna dla następujących mat filtrujących HYDAC: Mobilemicron (MM) dla dokładności filtracji 8, 10, 15 µm Optimicron (ON) dla dokładności filtracji 1, 3, 5, 10, 15, 20 µm, Optimicron Pulp & Paper (ON/PP) dla dokładności filtracji 5 µm oraz Betamicron (BN4HC, BH4HC) dla dokładności filtracji 3, 5, 10, 20 µm W tym przypadku prosimy o dodanie /SFREE w kodzie wkładu. Przykładowo: 2600 R 010 ON /SFREE Optimicron Power (ON/PO) dla dokładności filtracji 5, 10, 20 µm oraz Optimicron Pulse (ON/PS, OH/PS) dla dokładności filtracji 3, 5, 10, 20 µm zawierające technologię SFREE Wkłady StatFree są szczególnie polecane do zastosowań w elektrowniach, w turbinach gazowych, we wtryskarkach, w kalandrach (w przemyśle papierniczym) oraz w hydraulice mobilnej, jak również w innych układach hydraulicznych i smarnych, gdzie stosowane są oleje o niskim przewodnictwie. Zapewniają wysoki poziom bezpieczeństwa użytkowania, ponieważ zapobiegają iskrzeniu, deflagracji oraz powstawaniu osadów w oleju. Dzięki łagodnej filtracji ulega wydłużeniu okres eksploatacji oleju. Porównanie naładowania elektrostatycznego (w woltach) Napięcie rozładowania ładunku wkładów StatFree jest dużo niższe niż w przypadku wkładów standardowych! Test na płaskiej powierzchni materiału filtracyjnego Test na wkładzie Standardowy wkład Wkład StatFree Porównanie naładowania elektrostatycznego [V] 6

7 7. Rzeczywisty przykład i referencje HYDAC zwrócił uwagę na możliwość zajścia eksplozji w zbiorniku hydraulicznym stanowiącym część dużego układu po stwierdzeniu spalenia filtrów oddechowych. Rozpatrywany przypadek dotyczył filtrów konkurencji, które nie były zoptymalizowane pod kątem rozładowań elektrostatycznych. Pomiary wykonane u klienta przy użyciu StatStick ujawniły maksymalne wartości napięcia do wolt oraz niebezpieczne iskrzenie powstałe w wyniku rozładowań w zbiorniku. Po zastosowaniu wkładów StatFree, nie wykryto dalszych rozładowań, a napięcie wynosiło jedynie 23 wolt. Co więcej funkcjonalość wkładów filtrujących StatFree została przeanalizowana przez DEKRA EXAM GmbH, niemiecką niezależną instytucję specjalizującą się w zabezpieczeniach przeciwwybuchowych w górnictwie (BVS). Efektywność wkładów filtracyjnych została potwierdzona w raporcie biegłych 13EXAM BVSBI sporządzonym przez Dział Ochrony Przeciwwybuchowej DEKRA EXAM GmbH. 8. Podsumowanie Oddzielenie ładunków w olejach o niskim przewodnictwie powoduje powstanie rozładowań elektrostatycznych. Rozładowania elektrostatyczne mogą powodować między innymi następujące szkody: wybuchy w zbiorniku hydraulicznym przyspieszone starzenie się oleju uszkodzenia wkładów filtrujących zniszczenie komponentów elektronicznych uszkodzenie systemów chłodzących Wykonanie przewodzących wkładów filtrujących nie wystarcza do ograniczenia ładowania się oleju. Wkłady filtrujące HYDAC serii StatFree zapewniają bardzo niski ładunek we wkładzie filtrującym oraz w cieczy roboczej. Zalety: Wysoki poziom niezawodności eksploatacji dzięki wyeliminowaniu takich zjawisk, jak iskrzenie powstałe na skutek rozładowywania, deflagracja oraz powstawanie osadów Dłuższy okres eksploatacji oleju dzięki łagodnej filtracji Pomiar napięcia przy użyciu StatStick (powyżej standardowy wkład konkurencji: najwyższe wartości napięcia do 17 kv [skalowanie 5 kv], poniżej wkład Hydac StatFree : 23V [skalowanie: 5V]) Wiele znanych firm działających w takich obszarach jak energetyka, prasy, wtryskarki oraz hydraulika mobilna polecają wkłady HYDAC jako rozwiązanie problemu rozładowań elektrostatycznych, jak ilustruje poniższa wypowiedź: Podsumowanie: Powyższy projekt pokazał, że HYDAC zawsze znajduje rozwiązanie na problemy klientów. Zapewniamy nie tylko skuteczne rozwiązania, ale wspieramy naszych klientów przez cały proces diagnostyczny, szczególnie w przypadkach stanowiących wyzwania. "Z uwagi na często pojawiające się problemy w układach zdecydowanie polecamy stosowanie wkładów filtracyjnych, które powstrzymują elektrostatyczne ładowanie się olejów o niskim przewodnictwie. Takie filtry są dostarczane przez HYDAC pod standardowymi kodami, z dodaniem "/SFREE"." Chętnie usłyszymy o Państwa nowych projektach! 7

8 Globalna obecność Lokalna kompetencja Główna siedziba firmy HYDAC Spółki firmy HYDAC Partnerzy handlowi i serwisowi firmy HYDAC HYDAC Sp. z o.o. ul. Reymonta Mikołów Telefon: , Faks: , info@hydac.com.pl 8