CN102665853A - 一种用于对通向液压箱的回流管线中的液压油进行过滤的过滤器和方法，以及包含该过滤器的钻机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使液压油通向液压箱(2)的回流管线(L1、L2)的过滤器(5)，所述过滤器(5)包括过滤器元件(11)。根据本发明，过滤器(5)被设置成当液压油处于过滤器(5)中的第一油液位(H1)以下时，通过过滤器元件(11)过滤液压油，以及，过滤器(5)包括当过滤器(5)中的油液位(H)超过第一油液位(H1)时，引导液压油通过过滤器元件(11)的装置(15)。

Description

一种用于对通向液压箱的回流管线中的液压油进行过滤的过滤器和方法,以及包含该过滤器的钻机
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所介绍的过滤器。
背景技术
在例如钻机的液压系统中，液压油在回流管路中返回液压箱。来自液压系统中的大部分液压部件的液压油在其返回到液压箱的路径上穿过回流过滤器。该过滤器通常为具有基于压力的旁路功能的类型。
然而，许多液压部件需要在不经过回流过滤器的情况下将液压油直接内部地泄漏到液压箱的独立的回流管线，这是由于回流管线必须“免受压力”，也就是说，回流管线必须具有不带有任何显著背压的正常的大气压力。否则，对于这种来自例如过滤器的背压可能改变例如阀的功能，或者引起液压泵的失效。特别地，液压泵对背压非常敏感，这是由于泵的壳体与其轴承、活塞等等将被设置在压力下。增加的壳体压力影响活塞，使得活塞与液压泵的滑动板的接触变松，因而引起泵失效。制造商所允许的背压的极限可近似地位于存在于液压泵的吸入管线中的压力之上0.5-2巴，但制造商优选该压力比上述压力低，并且由于该原因不建议安装回流过滤器。
变量液压泵的回流管线必须考虑到在液压泵改变排量期间的短时间(25-100ms)内调整活塞压出到回流管线内的小体积的油而被设定尺寸。在回流管线中被移除的油的体积因此对应于流量的较大值，指定为升/分。
用于在对背压敏感的液压部件的回流管线中避免背压的现有技术只是在没有经过液压箱的回流过滤器的情况下使回流管线从所述液压部件和泄漏连接向液压箱及其泄漏连接直接布线。
当使用现有技术时的一个问题是，来自对背压敏感的液压部件的液压油不穿过回流过滤器，因而液压油不被过滤。这意味着，特别地，来自液压泵的滑动轴承和滚柱轴承的微粒，在没有被过滤出的情况下直接到达液压箱中。然后，这些微粒伴随着液压油回到液压系统内以及到达组成液压系统的液压部件中，并通过磨损而产生进一步的微粒，导致功能紊乱以及不正常的磨损。在泵失效之后所需的对液压系统的清洁是量大的。在不更换所涉及的液压部件的情况下获得对于已经遍布液压系统的微粒的完全清除也是困难的。在最坏的情形中，剩余的微粒将来将引起液压系统的问题。
发明内容
根据本发明的一方面，提出一种具有权利要求1中限定的特征的过滤器。
优点是在过滤器不引起任何显著背压的情况下执行过滤，即使在液压油的暂时高的泄漏流量的情况下也不会引起显著背压，这是由于基于液位的旁路功能可被用于该过滤器中。该过滤器因此能够用于对背压敏感的液压部件。例如，在液压泵中的轴承失效的情况下，本发明将捕获来自失效的微粒，这些微粒已经从液压泵的泄漏管线传送至液压箱内。
否则，这些微粒可能被吸入液压泵内，并且这样进一步破坏液压泵，并通过液压系统再次分散以及破坏其他的液压部件。泵失效之后的附带损坏，以及由此还有所需的液压系统的清洁的程度，通过本发明减到最小。
附图说明
借助于优选的实施方式以及参考附图将更加详细地描述本发明，在附图中：
图1示出钻机中的现有技术的液压系统的概况，
图2示出根据本发明的钻机中的液压系统的概况，以及
图3示出根据一个实施方式的过滤器的横截面图。
具体实施方式
图1示出现有技术的液压系统1的概况，其包括带有至少一个钻床的钻机中的多个不同的液压部件。液压系统1连接至液压箱2。一个或多个液压泵3通过一个或多个吸入油管线S将液压油从液压箱2泵送至液压泵3，并且通过一个或多个增压管线P将液压油从液压泵3泵送至液压系统1。大部分液压油然后通过一个或多个第一回流管线T1、T2从液压系统1回流到第一回流过滤器4并且从第一回流过滤器4回流至液压箱2。第一回流过滤器4可为带有基于压力的旁路功能6的传统类型，这意味着如果在第一回流过滤器4中的压力变得太高时，第一回流管线T1、T2中的油被引导通过第一回流过滤器4。
某些液压部件，特别是液压泵3，对于具有基于压力的旁路功能6的传统回流过滤器4能够引起的背压是敏感的。对于钻机特别地如此，在钻机中，已知的全流式过滤器通常用作回流过滤器4，而同时液压油的回流流量可以是200-600l/min，这就是可能产生相对较高的背压的原因。因此，对于背压敏感的液压部件3具有通过第二回流管线L1、L2直接连接至液压箱2的回流流量，而不具有传统回流过滤器4。这通常是泄漏油流动的情况。
图2示出根据本发明的钻机中的液压系统的概况，其中，一个或多个第二回流过滤器5设置用于第二回流管线L1、L2，并且在第二回流过滤器5和液压箱2之间具有一个或多个另外的第二回流管线L3。第二回流过滤器5具有基于液位的旁路功能，这将利用一个实施例在下面更详细地描述。在实践中，第二回流过滤器5可被集成到液压箱2中或者其可以与液压箱2分离。
图3示出第二回流过滤器5的实施方式。第二回流过滤器5包括过滤器保持器11、一个或多个过滤器元件12、通向过滤器保持器11内的一个或多个进口13、来自过滤器保持器11的一个或多个出口14以及一个或多个开口15。过滤器元件12设置成对进口13和出口14之间的油进行过滤。开口15设置成进口13和出口14之间的无过滤器通道。
过滤器元件12可具有多种外观中的任何一种。过滤器元件12的最简单的模型可以是位于进口13和出口14之间的直壁，并且具有为位于其上面的敞开区域的形式的开口15。然而，最大的优点通过具有圆柱形式的过滤器元件12获得，因为具有圆柱形式的过滤器元件12具有最大的过滤面积。为了进一步增大该过滤面积，具有波形边缘的过滤器元件12是有利的。过滤器元件12应当被充分精细地掩蔽以捕获尽可能多的微粒，但不能如此精细地掩蔽以至于通过过滤器元件12的流动变得太慢。例如，对于过滤器的合适的等级是绝对的100μm。
如图3所示，通向第二回流过滤器5的进口13设置在具有圆柱形式的过滤器元件12的外表面上，同时出口14设置在过滤器元件12的内表面上，用于从外向内进行过滤，但是，更换进口13和出口14的位置以使得过滤替代地从内向外发生是同样可能的。
来自对背压敏感的液压部件的回流管线L1、L2的液压油通过过滤器保持器的进口13被引导进入过滤器保持器11内。液压油通常并不以稳定的流动速度到达：液压油可能随着时间而大范围地变化。当利用过滤器保持器11的未过滤的液压油16对过滤器保持器11的油的体积进行增加时，未过滤的液压油16的油液位H升高。与此同时，过滤器元件13允许一定量的液压油17通过并且过滤这些量的液压油，这些液压油从过滤器保持器11通过过滤器保持器11的出口14和回流管线L3被引导至液压箱2。
进入过滤器保持器11的未过滤的液压油16的流入量与从过滤器保持器11的过滤的液压油17的流出量之间的比率确定了未过滤的液压油16的体积，并因此确定液位H。如果流入量相对于流出量迅速地增加，例如，如在液压泵3的排量的突然改变之后可能发生的，油液位H升高并且液压油16、17之上的自由空气18的体积减小。过滤器的构造积聚过滤器保持器11中的体积的短期增加并且在不产生泄漏管线L1、L2中的任何显著背压的情况下执行完全过滤。
只要增大的流入量产生比第一液位H1低的油液位H，就可实现完全过滤，第一液位H1对应于过滤器元件12的到达开口15的高度。如果流入量进一步增加，在未被过滤并且不产生任何显著的背压的情况下，过量进入的未过滤的液压油16被引导通过过滤器元件的开口15，并且向前通过过滤器保持器11的出口14到达液压箱2。在该情况中已获得具有基于液位的旁路功能的过滤器5，而非传统的基于压力的旁路功能。
有利地，过滤器保持器11是透明的，使得易于看到在过滤器内部正在发生的情况。安装液位传感器19，例如电液位传感器，以便测量油液位H，甚至是更加有利的。如果过滤器保持器中的油液位H超过作为完全过滤的极限的第一液位H1，则系统能够执行关断必要的部件和发起警报中的至少一个，对于钻床而言，必要的部件可能是整个钻床。这将避免未过滤的液压油16从第二回流管线L1、L2回流到液压箱2。警报在这个情况中可以是过滤器必须被更换或清洁的指示。
如果油液位H继续升高到第一液位H1之上并且开口15不足以处理未过滤的油16的流入量，则存在油液位H将升高到第二液位H2的风险，该第二液位H2在图3中对应于过滤器保持器的顶板20。在这种情况下将在过滤器保持器11中建立压力，该压力将在泄漏管线L1、L2中产生不期望的背压，有损坏液压部件的风险。在这种情况中液位传感器19能够发出警报并关断必要的部件。
因此，在已经位于第一液位H1时发出警报并关断以便防止任何重大数量的未过滤的油16通过过滤器是可选择方案。另一个可选择的方案可以是，在第一液位H1时仅发出警报，而在第二液位H2时发出警报和关断两者都发生，以便避免泄漏管线L1、L2中的背压。第一可选择方案的变型可以是保持开口15常闭，并且当液位传感器19发出警报时打开开口15。在例如过滤器在其中承受大量振动的环境中，使用最近的可选择方案是有利的，否则存在未过滤的油将溅撒到开口15内的风险。
如果突然地出现未过滤的液压油16的大量的流入，并且进口13位于过滤器保持器的底板中，则未过滤的液压油16可能向上溅撒到过滤器保持器的顶板20上，即使过滤器保持器11不满，并且这样能引起关于过高的液位H1、H2的错误的警报。可替代地，或者关于这点另外地，一定量的未过滤的液压油16可以通过开口15溅撒出。出于这个原因，在进口13处具有确保未过滤的液压油16被迫使而发生轻微的偏离并因此表现得更平静的障碍物22是有利的。当然，如果为了从内向外地过滤而使进口13替代地定位在过滤器元件12的内表面上，或者如果进口13例如位于过滤器保持器的顶板20或壁23中，则如图3中可能将相应的障碍物22设置在进口13处。
过滤器保持器11中的空气18影响液压油17从过滤器保持器11的流出量。由于过滤器保持器11中的液压油16、17的量可能以不期望的方式变化，如果过滤器保持器11被气密地密封，则空气压力将受到影响。例如，如果从过滤器保持器11流出的液压油多于流入过滤器保持器11的液压油，则空气压力将下降，并且因此，液压油16、17可能被捕集在过滤器保持器11的内部。为了避免空气压力的大的变化，空气18可被设置成通过例如接管24与例如液压箱2中的空气接触。然后，在过滤器保持器11中获得与液压箱2中的空气压力相同的空气压力，现在处于大气压力以上0-0.2巴的压力中。这导致在第二回流过滤器5和液压箱2之间的增大的流量。自然地，可以使用其他方法来平衡压力。
由回流过滤器5引起的小的背压主要由两个因素引起：过滤器保持器11中的油液位H和油上方的空气18中的空气压力。试验已经表明，在钻机中具有大约为133mm的第一液位H是足够的，这将带来来自油液位的大约0.01巴的背压。这在本文中是可以忽略的。如上所述，空气压力能够带来0.2巴的最大背压，如果回流管线L1、L2根据现有技术已被直接连接至液压箱2，则背压将升高，并且0.2巴的最大背压远低于由制造商设定的0.5巴的极限。
以上已主要描述了第二回流过滤器5如何用于来自例如液压泵3的泄漏油。然而，将第二回流过滤器5用于任何的回流油自然是可能的——包括来自能够承受背压的液压部件的回流油：据此为回流过滤器5设定尺寸是简单必要的。不使用第一回流过滤器4并且使第二回流过滤器5能够处理全部回流油也是可能的。
自然地，本发明不受上述例子的限制：其可在所附专利权利要求的范围内进行改进。

Claims (9)

1.一种用于使液压油通向液压箱(2)的回流管线(L1、L2)的过滤器(5)，所述过滤器(5)包括过滤器元件(11)，其特征在于，所述过滤器(5)被设置成当所述液压油处于所述过滤器(5)中的第一油液位(H1)以下时，通过所述过滤器元件(11)过滤所述液压油，以及，所述过滤器(5)包括当在所述过滤器(5)中的油液位(H)超过所述第一油液位(H1)时引导所述液压油通过所述过滤器元件(11)的装置(15)。
2.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，当所述过滤器中的液压油的液位超过最大油液位时，用于引导所述液压油通过所述过滤器(5)的所述装置(15)是所述过滤器元件中的开口(15)。
3.根据权利要求1或2所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器(5)进一步包括如果所述油液位(H)超过所述第一油液位(H1)或第二油液位(H2)或者超过两者时执行发出警报和关断部件中的至少一个的装置(19)。
4.根据权利要求3所述的过滤器，其特征在于，用于执行发出警报或关断部件中的至少一个的所述装置(19)包括液位传感器(19)，优选地电液位传感器。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的过滤器，其特征在于，所述过滤器(5)进一步包括用于平衡所述过滤器(5)中的空气隔室(18)内的空气的压力的装置(24)。
6.根据权利要求5所述的过滤器，其特征在于，用于平衡所述过滤器(5)中的空气隔室内的空气(18)的压力的所述装置(24)包括用于使所述过滤器(5)中的所述空气隔室与所述液压箱(2)中的相应的空气隔室连接的装置。
7.一种钻机，其特征在于，所述钻机包括根据权利要求1-6中的任一项所述的过滤器(5)。
8.一种用于借助于过滤器(5)对回流管线中的液压油进行过滤的方法，其特征在于，如果所述过滤器(5)中的油液位(H)处于第一油液位(H1)以下，则对所述液压油进行过滤，以及，如果所述过滤器(5)中的所述油液位(H)超过所述第一油液位(H1)，则引导所述液压油通过所述过滤器(5)。
9.根据权利要求8的用于对液压油进行过滤的方法，其特征在于，如果所述过滤器中的所述油液位(H)超过所述第一油液位(H1)和第二油液位(H2)中的至少一个，则执行发出警报或关断部件中的至少一个。
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