PL237789B1

PL237789B1 - Device that connects the filter with the working liquid system in the water power hydraulics

Info

Publication number: PL237789B1
Application number: PL420351A
Authority: PL
Inventors: Piotr Pawełko; Michał Dolata
Original assignee: Univ West Pomeranian Szczecin Tech
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2021-05-31
Also published as: PL420351A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie łączące filtr z instalacją cieczy roboczej w wodnej hydraulice siłowej. Urządzenie umożliwia utrzymanie czystości cieczy roboczej wchodzącej do i wychodzącej z aktuatora hydraulicznego i przeznaczone jest, po połączeniu z filtrem, do filtracji wody, w galerii wysokiego i niskiego ciśnienia układu hydrauliki siłowej.The subject of the invention is a device connecting a filter with a working fluid system in hydraulic power hydraulics. The device enables the cleaning of the working fluid entering and leaving the hydraulic actuator and is intended, after connection with a filter, for water filtration in the gallery of high and low pressure of the power hydraulics system.

Układy filtracji cieczy roboczej w układach hydrauliki siłowej są powszechnie stosowane od ponad 100 lat. W olejowej hydraulice siłowej przyjęto konieczność prowadzenia filtracji cieczy roboczej. Wśród najszerszej stosowanych filtrów mechanicznych - usuwających zanieczyszczenia w postaci cząstek stałych - rozróżnia się filtry ze względu na dokładność filtracji, od najbardziej dokładnych, gdzie filtruje się cząsteczki o wielkości od 5 μm, do najmniej dokładnych tzw. zgrubnych (ok. 100 μm). Drugim zasadniczym podziałem jest uwzględnienie ciśnienia cieczy roboczej, z jakim pracują filtry: wysokociśnieniowe powyżej 207 bar, średniociśnieniowe 35-83 bar, niskociśnieniowe do 10 bar. Filtry takie umieszcza się w różnych miejscach obiegu cieczy roboczej układu hydraulicznego np. na przewodzie ssawnym pompy, na przewodzie tłocznym, na przewodzie spływowym, za zaworem przelewowym, w zależności od przeznaczenia i konstrukcji układu. Z kolei do filtracji wody używa się obecnie filtrów niskociśnieniowych montowanych jedynie na wejściu układu zasilania, a w obiegu roboczym cieczy hydraulicznej wody, takie filtry już nie występują. Większość układów wodnej hydrauliki siłowej pracuje na wodzie zdemineralizowanej pracującej w obiegu zamkniętym.Working fluid filtration systems in high pressure hydraulic systems have been widely used for over 100 years. In the case of oil hydraulics, the necessity to conduct filtration of the working liquid has been assumed. Among the most widely used mechanical filters - removing impurities in the form of solid particles - filters are distinguished due to the accuracy of filtration, from the most precise, where particles with a size of 5 μm are filtered, to the least precise, the so-called coarse (approx. 100 μm). The second basic division is taking into account the pressure of the working liquid with which the filters work: high pressure above 207 bar, medium pressure 35-83 bar, low pressure up to 10 bar. Such filters are placed in various places in the circulation of the working fluid of the hydraulic system, e.g. on the pump suction line, on the discharge line, on the drain line, behind the overflow valve, depending on the intended use and system design. On the other hand, for water filtration, currently low-pressure filters are installed only at the inlet of the power supply system, and in the working circuit of the hydraulic fluid of water, such filters are no longer present. Most of the hydraulic power hydraulics systems work with demineralized water working in a closed circuit.

Obecne rozwiązania konstrukcyjne filtrów przeznaczonych do oleju hydraulicznego nie nadają się do bezpośredniego zastosowania w wodnej hydraulice siłowej. Występujące tam materiały konst rukcyjne nie są odporne na korozję elektrochemiczną, która w oleju hydraulicznym nie następuje w takim zakresie jak w wodzie. Stosowane materiały filtracyjne filtrów olejowych także nie są obojętne na działanie wody i ulegają przyspieszonej degradacji lub w ogóle nie nadają się do użytku z wodą.The current design solutions of filters intended for hydraulic oil are not suitable for direct use in hydraulic power hydraulics. The structural materials present there are not resistant to electrochemical corrosion, which does not occur in hydraulic oil to the same extent as in water. The filtering materials used for oil filters are also not indifferent to the action of water and are subject to accelerated degradation or are not suitable for use with water at all.

Co istotne zarówno w filtrach olejowych jak i filtrach do wody jest grupa filtrów o budowie modułowej, tzn. składających się z głowicy podłączeniowej, obudowy filtra i umieszczanej wewnątrz, wymiennej wkładki filtracyjnej. Ciecz wpływa przez przyłącze wejściowe, jest filtrowana przez wkładkę i opuszcza filtr drugim przyłączem. Nie wolno zmienić kierunku podłączenia, tożsamego z kierunkiem przepływu cieczy przez filtr, aby zapewnić poprawną filtrację. Filtry takie są jednokierunkowe.Importantly, both in oil filters and water filters there is a group of filters with a modular structure, i.e. consisting of a connection head, filter housing and a replaceable filter insert placed inside. The liquid flows through the inlet port, is filtered through the insert, and leaves the filter through the other port. It is not allowed to change the connection direction in the same way as the liquid flows through the filter to ensure proper filtration. Such filters are unidirectional.

Z amerykańskiego opisu wynalazku US4334592A znany jest wodny układ hydrauliczny do wibratorów podziemnych. W dokumencie opisano szczegółowo budowę wibratora podziemnego do generowania fali sejsmicznej pod dnem morskim. W opisie zawarta jest informacja o wykorzystaniu w układzie hydraulicznym cieczy roboczej w postaci wody morskiej. W układzie znajduje się filtr wody, ale jest to filtr ssawny (niskiego ciśnienia) zainstalowany przed pompą, niestanowiący składnika układu roboczego (wysokiego ciśnienia). Opisany filtr nie filtruje cieczy wychodzącej z układu roboczego - woda po przejściu przez układ jest z niego usuwana bez filtracji. Układ pracuje w trybie otwartym.From the American description of the invention US4334592A there is known a hydraulic hydraulic system for underground vibrators. The document describes in detail the construction of an underground vibrator for generating a seismic wave under the seabed. The description contains information about the use of sea water in the hydraulic system. There is a water filter in the system, but it is a suction (low pressure) filter installed in front of the pump, not part of the operating system (high pressure). The described filter does not filter the liquid leaving the operating system - the water after passing through the system is removed from it without filtration. The system works in open mode.

Z niemieckiego opisu wynalazku DE2140349 A1 znany jest układ do usuwania zanieczyszczeń mechanicznych w postaci cząstek stałych z wody rzecznej lub morskiej przed jej użyciem przemysłowym. Opis zawiera informacje na temat budowy filtra z układem wstecznego oczyszczania. W opisie nie ma informacji na temat zastosowania wody w siłowych układach hydraulicznych. Filtr służy do jednokierunkowego filtrowania wody, przepuszczanie cieczy w kierunku przeciwnym do kierunku filtrowania umożliwia jedynie oczyszczanie filtra. Opisywany filtr jest filtrem niskiego ciśnienia.From the German description of the invention DE2140349 A1 there is known a system for removing mechanical impurities in the form of solid particles from river or sea water before its industrial use. The description contains information on the construction of a filter with a back-pressure system. There is no information on the use of water in power hydraulic systems in the description. The filter is used for one-way water filtration, passing the liquid in the opposite direction to the filtering direction only allows the filter to be cleaned. This filter is a low pressure filter.

Z europejskiego opisu wynalazku EP0429409 A1 znane jest kolejne rozwiązanie samoczyszczącego filtra do wodnych układów hydraulicznych. Opis dotyczy filtra, który ulega samooczyszczaniu przez zmianę kierunku przepływu cieczy roboczej oraz dzięki zainstalowanemu wewnątrz układowi szczotek następuje dodatkowe oczyszczanie mechaniczne. Opisywany filtr dotyczy filtrowania wody o niskim ciśnieniu. Filtrowanie odbywa się tylko w jednym kierunku.From the European description of the invention EP0429409 A1 a further solution of a self-cleaning filter for hydraulic hydraulic systems is known. The description concerns a filter that is self-cleaning by changing the direction of the working liquid flow and, thanks to the brush system installed inside, additional mechanical cleaning takes place. This filter is intended for the filtration of low pressure water. Filtering only takes place in one direction.

Z europejskiego opisu wynalazku EP1358407 A2 znana jest wodna pompa wysokiego ciśnienia służąca do rozpylania wody w układzie dolotowym turbiny gazowej. W opisie można znaleźć informację na temat zastosowania rozwiązania w układach hydraulicznych współpracujących z wodą. Elementy układu wykonywane są ze stali nierdzewnej. Woda natomiast jest wodą demineralizowaną, co pozwala na ograniczenie efektów korozji elektrochemicznej. W opisie nie ma informacji na temat układu filtracji. Z chińskiego opisu wzoru użytkowego CN201979408 U znany jest system hydrauliczny do usuwania zadziorów przy użyciu wysokiego ciśnienia wody. W opisie przedstawiono schemat urządzenia wypoEP1358407 A2 discloses a high pressure water pump for spraying water in the inlet system of a gas turbine. In the description you can find information on the application of the solution in hydraulic systems cooperating with water. System elements are made of stainless steel. Water, on the other hand, is demineralized water, which reduces the effects of electrochemical corrosion. There is no information on the filtration system in the description. From the Chinese utility model description CN201979408 U, a hydraulic system for deburring using high water pressure is known. The description shows a diagram of the device

PL 237 789 B1 sażonego w filtr wody znajdujący się za pompą przygotowania cieczy roboczej, natomiast przed właściwymi pompami roboczymi. Nie jest to filtr dwukierunkowy. Filtr przedstawiony na schemacie filtruje jedynie wodę wchodzącą do układu roboczego.Pl 237 789 B1 equipped with a water filter located downstream of the working liquid preparation pump, and before the actual working pumps. It is not a bi-directional filter. The filter shown in the diagram only filters the water entering the working system.

Nie znaleziono informacji na temat filtrów wodnych dwukierunkowych stosowanych w wodnej hydraulice siłowej.No information was found on two-way water filters used in hydraulic power hydraulics.

Urządzenie łączące filtr z instalacją cieczy roboczej w wodnej hydraulice siłowej, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że ma pierwsze i drugie przyłącze robocze, a każde z nich połączone jest z parą zaworów zwrotnych o przeciwnych kierunkach przepływu. Każda para zaworów zwrotnych jest połączona tak, że jeden zawór połączony jest z wejściem na filtr, a drugi z wyjściem z filtra. Do urządzenia pomiędzy zaworami o tym samym kierunku przepływu włącza się filtr tak, że dwa zawory połączone są z wejściem na filtr, a dwa pozostałe zawory połączone są z wyjściem z filtra. Rozmieszczenie i kierunkowość czterech zaworów zapewnia przepływ cieczy roboczej przez filtr tylko w jednym kierunku, bez względu na podłączenie i kierunek przepływu cieczy przez urządzenie. Z urządzeniem można stosować filtr mechaniczny, mechaniczno-chemiczny, chemiczny, stały lub wymienny. Korzystnie urządzenie do filtracji ma manometr różnicowy, który mierzy różnicę ciśnień cieczy roboczej przed wejściem na filtr i po przejściu przez filtr i pozwala na pomiar stopnia zabrudzenia filtra. Urządzenie, w miejscu kontaktu z wodą, powinno być wykonane z materiałów odpornych na korozję elektrochemiczną. Przykładowe materiały to mosiądz (np. CW614N, stale austenityczne (np. 316L), tworzywa sztuczne (np. PEEK).According to the invention, the device connecting the filter with the hydraulic system for working fluid in the hydraulic power system is characterized in that it has first and second service connections, and each of them is connected to a pair of check valves with opposite flow directions. Each pair of check valves is connected such that one valve is connected to the inlet to the filter and the other to the outlet of the filter. A filter is connected to the device between the valves of the same flow direction, so that two valves are connected to the filter inlet and the other two valves are connected to the filter outlet. The arrangement and directionality of the four valves ensure that the spray liquid flows through the filter in only one direction, regardless of the connection and the direction of flow of the liquid through the device. A mechanical, mechanical-chemical, chemical, permanent or replaceable filter can be used with the device. Preferably, the filtration device has a differential pressure gauge which measures the pressure difference of the working fluid before entering the filter and after passing through the filter, and allows the degree of contamination of the filter to be measured. The device, in the place of contact with water, should be made of materials resistant to electrochemical corrosion. Examples of materials are brass (eg CW614N, austenitic steels (eg 316L), plastics (eg PEEK).

Zadaniem urządzenia jest dostarczenie do komory roboczej aktuatora cieczy przefiltrowanej, tzn. pozbawionej zanieczyszczeń w postaci cząstek stałych oraz filtrację cieczy wydostającej się z komory roboczej aktuatora. Cząstki stałe w układach wodnej hydrauliki siłowej pochodzą w głównej mierze ze stref współpracy elementów mechanicznych oraz korozji elektrochemicznej i są znacznie większym problemem niż w olejowej hydraulice siłowej, gdzie olej w znacznej mierze chroni układ przed korozją i zmniejsza tarcie współpracujących elementów.The device's task is to supply the filtered liquid to the working chamber of the actuator, i.e. free of impurities in the form of solid particles, and to filter the liquid flowing out of the actuator's working chamber. Solid particles in hydraulic power hydraulics systems come mainly from the zones of cooperation of mechanical elements and electrochemical corrosion and are a much greater problem than in oil power hydraulics, where oil largely protects the system against corrosion and reduces friction of cooperating elements.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest synergia cech funkcjonalnych olejowych filtrów hydraulicznych średniociśnieniowych z modularnymi, wymiennymi elementami filtracji występującymi w filtrach do wody. Dodatkowo zmodyfikowana konstrukcja urządzenia zapewnia możliwość dwukierunkowego przepływu cieczy roboczej (urządzenie działa jako filtr dwustronny filtrując ciecz hydrauliczną niezależnie od kierunku przepływu), zapewniając jednocześnie poprawną filtrację cieczy, przy czym ciecz robocza zawsze jest kierowana na filtr tylko z jednej strony. Urządzenie może jednocześnie pracować z filtrem w układzie roboczym (wysokiego ciśnienia) i układzie powrotnym (niskiego ciśnienia). Podczas podłączania urządzenia do instalacji hydraulicznej nie ma znaczenia, jak zostaną podłączone przyłącza, bo i tak symetryczność rozmieszczenia zaworów zwrotnych zapewni poprawne działanie - kierunek przepływu cieczy przez filtr. Dokładność filtracji uzależniona jest jedynie od zastosowanej wkładki filtracyjnej. Urządzenie nie ingeruje w konstrukcję układu hydraulicznego, jest jedynie wpinane na drodze przepływu cieczy hydraulicznej, podłączane w obojętnie w jakim kierunku przepływu. Zastosowanie manometru zapewnia prosty pomiar stopnia zabrudzenia filtra.The advantage of the solution according to the invention is the synergy of functional features of hydraulic oil medium pressure filters with modular, replaceable filtration elements present in water filters. In addition, the modified design of the device enables a two-way flow of the working liquid (the device works as a two-way filter, filtering the hydraulic fluid regardless of the direction of flow), while ensuring proper filtration of the liquid, while the working liquid is always directed to the filter only from one side. The device can simultaneously work with a filter in the working (high pressure) and return (low pressure) system. When connecting the device to the hydraulic system, it does not matter how the connections are connected, because the symmetrical arrangement of the check valves will ensure correct operation - the direction of the liquid flow through the filter. The accuracy of filtration depends only on the filter insert used. The device does not interfere with the construction of the hydraulic system, it is only plugged into the flow path of the hydraulic fluid, connected in any direction of flow. The use of a manometer enables easy measurement of the degree of filter contamination.

Rozwiązanie jest bliżej przedstawione w poniższych przykładach wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat działania urządzenia, Fig. 2 przedstawia urządzenie wykonane w technice płytowej w widoku z góry, Fig. 3 przedstawia urządzenie z rurowymi kanałami przepływu cieczy roboczej w widoku z góry, Fig. 4 przedstawia urządzenie z Fig. 3 w widoku izometrycznym.The solution is presented in more detail in the following embodiments in the drawing, in which Fig. 1 shows a diagram of the operation of the device, Fig. 2 shows a device made in the plate technique in a top view, Fig. 3 shows a device with tubular working fluid flow channels in a top view. , Fig. 4 shows the device of Fig. 3 in an isometric view.

Przykład IExample I.

Urządzenie łączące filtr z instalacją cieczy roboczej w wodnej hydraulice siłowej ma pierwsze 1 i drugie 2 przyłącze. Każde z przyłączy 1, 2 połączone jest z parą zaworów 3 zwrotnych o przeciwnych kierunkach przepływu. Z każdej pary zaworów 3 jeden połączony jest z wejściem na filtr 4, a drugi z wyjściem z filtra 4. Urządzenie stanowi głowica płytowa, która ma wewnętrzne kanały, w których płynie ciecz robocza i zamontowane są zawory 3.The device connecting the filter with the working fluid system in the hydraulic power hydraulics has a first 1 and a second 2 connections. Each of the ports 1, 2 is connected with a pair of check valves 3 with opposite flow directions. From each pair of valves 3, one is connected to the inlet to the filter 4, and the other to the outlet of the filter 4. The device is a plate head, which has internal channels in which the working fluid flows and valves 3 are mounted.

Ciecz robocza płynie (układzie roboczym - wysokiego ciśnienia) z pierwszego przyłącza 1 do wnętrza urządzenia, następnie przez otwarty zawór 3 wpływa wejściem na filtr 4, skąd kierowany jest wyjściem z filtra 4 na kolejny otwarty zawór 3 i na zewnątrz urządzenia drugim przyłączem 2. Pozostałe dwa zawory 3, ze względu na przeciwne kierunki pozostają zamknięte , ciecz robocza nie przepływa przez nie.The working fluid flows (from the working system - high pressure) from the first connection 1 to the interior of the device, then through the open valve 3 it flows through the entrance to the filter 4, from where it is directed from the filter 4 to the next open valve 3 and outside the device through the second connection 2. Other the two valves 3 remain closed due to opposite directions, the working fluid does not flow through them.

W przypadku odwrócenia przepływu cieczy roboczej (układzie powrotnym - niskiego ciśnienia) płynie ona z drugiego przyłącza 2 poprzez otwarty zawór 3 do filtra 4 (do filtra wpływa z tej samej stronyIn the case of reverse flow of the working liquid (low pressure return system), it flows from the second port 2 through the open valve 3 to the filter 4 (it flows into the filter from the same side

PL 237 789 B1 co w układzie roboczym), następnie na kolejny otwarty zawór 3 i wypływa pierwszym przyłączem 1. Zawory 3 otwarte w układzie roboczym są zamknięte w układzie powrotnym i na odwrót.In the operating circuit), then onto the next open valve 3 and flows out through the first port 1. Open valves 3 in the operating circuit are closed in the return circuit, and vice versa.

Przykła d IIExample d II

Urządzenie wykonane analogicznie jak w Przykładzie I, przy czym nie ma konstrukcji płytowej tylko jest wykonane z połączonych ze sobą rur i elementów armatury hydraulicznej. Filtr 4 jest mechaniczny i chemiczny. Urządzenie wyposażone jest w manometr 5, mierzący różnicę ciśnień na wejściu i wyjściu z filtra. Urządzenie działa analogicznie jak w przykładzie I.The device is made in the same way as in Example 1, but it is not a plate structure but is made of interconnected pipes and elements of hydraulic fittings. Filter 4 is mechanical and chemical. The device is equipped with a pressure gauge 5, measuring the pressure difference at the inlet and outlet of the filter. The device works in the same way as in example I.

Claims

Patent claims

A device connecting the filter with the system of working fluid in hydraulic power hydraulics, characterized by the fact that it has first (1) and second (2) working connections, and each of them is connected with a pair of check valves (3) with opposite flow directions, at one valve (3) of each pair is connected to the inlet to the filter (4), and the other to the outlet of the filter (4).

2. The connecting device according to claim 1 A mechanical and / or chemical and / or replaceable filter (4) as claimed in claim 1, characterized in that it is connected to an outlet and an entrance to the filter (4).

3. The connecting device according to claim 1 A device as claimed in claim 1, characterized in that it has a differential pressure gauge (5).