Обзор основных элементов, из которых состоят фильтры, используемые в промышленных пневмосетях: корпус с патрубками подачи сжатого воздуха (монтируется стационарно в пневмосеть), съемная колба, сменный фильтр-элемент (картридж), клапан отвода конденсата (конденсатоотводчик), дифференциальный манометр для мониторинга

Магистральные фильтры для сжатого воздуха - это важнейший элемент практически любой пневмосистемы, ведь содержащиеся во всасываемом воздухе частицы пыли, влаги и масляных аэрозолей при сжатии воздуха согласно закону Бойля - Мариотта сохраняют свою массу, что ведет к увеличению концентрации загрязнений пропорционально его сжатию. Без должной фильтрации такие концентрации примесей могут привести как к выходу из строя пневматического оборудования, так и к браку в выпускаемой продукции. И то, и другое может привести к существенным материальным потерям и именно поэтому правильное использование магистральных фильтров и своевременная замена фильтрующих элементов является залогом не только надежной работы любой пневмосистемы, но оптимальных затрат на производство в целом.

Здесь не имеет значения, насколько чистый воздух Вы забираете с улицы или насколько хорош и надежен Ваш компрессор - важно запомнить одно: любой воздух при сжатии будет содержать “вредные” примеси, убрать которые можно только с помощью специальных магистральных фильтров.

Принципиальное устройство всех воздушных фильтров, будь то автомобильные или промышленные, примерно одинаково: в корпусе, у которого есть входное и выходное отверстия, находится сменный фильтр-элемент (картридж) из многослойного материала, при прохождении воздуха через который, содержащиеся в нём загрязняющие частицы задерживаются на поверхности этого материала, что приводит к тому, что фильтр-элемент постепенно засоряется, теряя фильтрующие свойства - и через определенный срок его следует заменить на новый. Однако, рассматривая особенности магистральных фильтров для сжатого воздуха, следует отметить основные отличия этого типа фильтров.

Корпус фильтра

Корпус фильтра состоит из двух частей: верхней - стационарно монтирующейся в пневмосеть, с патрубками подачи и вывода сжатого воздуха, и нижней - скручивающейся колбы, внутри которой находится фильтр-элемент. Использование фильтров под высоким давлением (по сравнению с теми же автомобильными фильтрами) определяет достаточно жёсткие требования к обеим частям корпуса - в первую очередь, они должны обладать высокой механической прочностью. Также должна быть исключена возможность возникновения внутри фильтра завихрений, которые могут привести к неоправданным потерям давления. Это может произойти, например, в местах изгиба патрубков внутри фильтра, по которым сжатый воздух подается на фильтроэлемент для очистки, а очищенный выходит к потребителям сжатого воздуха. Поэтому разработчики современных фильтров рекомендуют использовать плавно изогнутую форму патрубков вместо традиционной формы с изгибом под прямым углом, что кстати говоря и применяется на всех фильтрах BEKO серии CLEARPOINT.

Также для хорошего корпуса важно максимально сохранить такие пользовательские качества, как компактность, вес и удобство в сборке и разборке. Здесь важно обратить внимание на два момента:

• чтобы колба удобно откручивалась, её поверхность не должна быть гладкой и круглой одновременно, чтобы руки (или даже специнструмент) не соскальзывали.
• на колбе должны присутствовать метки позиции, чтобы нельзя было ошибиться, перекрутив или не докрутив колбу при установке.

Крепление фильтр-элемента на подающий патрубок обычно делается резьбовым для надежности соединения. Однако если точность изготовления позволяет сделать так, чтобы места сопряжения четко подходили друг к другу, то резьбу можно исключить и сделать так, чтобы фильтр элемент просто стягивался и насаживался на патрубок. В этом случае операция занимает меньше времени и исключает проблемы от “закисания” резьбы от агрессивного конденсата.

Камера

В нижней части колбы у всех фильтров находится камера для сбора конденсата. Конденсат - это та часть влаги и загрязнений, которая не оседает внутри фильтрующего слоя, а конденсируется внутри колбы и на поверхности фильтрующего слоя картриджа и потом в жидком виде стекает вниз. Камера отделена от верхней части фильтра клапаном, который не дает конденсату, попавшему в неё, проникать обратно в верхнюю часть корпуса под воздействием потоков сжатого воздуха. Также в некоторых моделях в нижней части корпуса, где расположена эта камера, есть смотровое окошко, позволяющее отслеживать количество накопленного конденсата - оно важно для тех, кто по-старинке сбрасывает конденсат вручную, открывая и закрывая кран (о типах отведения конденсата подробнее - здесь).

Конденсатоотводчик

Этот кран для сброса конденсата в большинстве случаев (кроме упомянутого выше ручного сброса) остается открытым и ведет к конденсатоотводчику - типы и модели конденсатоотводчиков могут быть разными, однако современные фильтры в большинстве случаев комплектуются автоматическими конденсатоотводчиками, обеспечивающими отсутствие потерь сжатого воздуха на этапе отвода конденсата из фильтра.

Дифференциальный манометр

Сверху корпуса у очень многих моделей фильтров находится дифференциальный маномер (дифманометр) - он измеряет разницу давления на входе и выходе, то есть падение давления внутри фильтра. Важно понимать, что давление на фильтре в любом случае будет падать - ведь сжатый воздуху в процессе фильтрации проходит сквозь механическую преграду фильтрующего элемента. При этом, чем больше величина этого падения, тем большую дополнительную нагрузку приходится испытывать компрессорной станции - а соответственно, тем выше будет общий расход электроэнергии на поддержание необходимого давления в пневмосети. При сильной засоренности фильтра перепад давлений на входе и выходе будет расти, и высокие показатели стрелки дифманометра должны свидетельствовать о необходимости замены фильтр-элемента. Однако, важно понимать, что эти показания достаточно условны: ведь, например, при механическом повреждении картриджа сжатый воздух будет просто проходить сквозь повреждение - при этом фильтр утратит свою основную функцию, а дифманометр будет показывать, что падение давления минимально и всё работает отлично.

Таким образом, наличие этого прибора не является гарантией хорошего мониторинга качества фильтрации и конечно не дает права отказаться от регулярной замены картриджей в соответствии с заявленным сроком их службы. А сам дифманометр при этом представляется нам лишь дополнительной опцией, удорожающей общую стоимость оборудования.

Фильтр-элементы

Разобрав особенности устройства корпусов магистральных фильтров сжатого воздуха, посмотрим на фильтр-элементы (картриджи). Эти элементы и осуществляют сам процесс фильтрации, накапливая внутри фильтрующего слоя загрязнения. Важно понимать, что существуют разные степени очистки сжатого воздуха - и эти степени зависят от картриджа. Так, в один и тот же корпус фильтра, как правило, можно вставить на выбор либо картридж грубой очистки (CX или С - “coarse” по классификации Beko Technologies, улавливает частицы размером 2.0-5.0 μm), либо тонкой (FX или F - “fine” по классификации Beko Technologies, 0.5-2.0 μm), либо супертонкой (SX или S - “superfine” по классификации Beko Technologies, 0.1-0.5 μm). Таким образом, для получения высококачественного сжатого воздуха для тонких производств (например, пищевой или оптической промышленности) необходимо применять каскад из нескольких фильтров, которые будут осуществлять постепенную очистку - ведь если после компрессора сразу поставить, например, фильтр супертонкой очистки, то картриджи в нем придется менять буквально каждый месяц. Подробнее о классах сжатого воздуха и степенях фильтрации читайте в нашей статье!

*Важно понимать, что точное содержание примесей в сжатом воздухе на выходе из фильтра будет зависеть от начальной степени его загрязненности - именно поэтому фильтрация всегда должна состоять из нескольких ступеней, а при описании свойств фильтра в данном случае используется значение коэффициента очистки.

Также важно понимать, что упомянутые магистральные фильтры не убирают из сжатого воздуха воду. Большая часть капельной влаги убирается из пневмосетей с помощью фильтров-водосепараторов (по классификации Beko Technologies - серия W, “water”, не путать с осушителями!), в результате в магистральных фильтрах выводится лишь малая часть водного конденсата, а в основном они направлены на фильтрацию из сжатого воздуха твердых частиц и масляных аэрозолей - то есть параметров 1. и 3. в трехзначном показателе класса сжатого воздуха по ГОСТ ISO-8573-01. Таким образом, в любой пневмосистеме работает целый каскад из фильтров, отвечающих за разные степени очистки сжатого воздуха. У разных производителей названия степеней очистки могут отличаться (как правило, это буквенные обозначения наподобие CX или FX у Beko Technologies). И чем больше таких фильтров, тем дороже получается процесс очистки - ведь, во-первых, каждый фильтр стоит денег, а во-вторых, на каждом фильтре неизбежно происходит падение давления, которое вызывает дополнительную нагрузку на компрессор и дополнительный расход электроэнергии. Поэтому компания Beko Technologies с 2018 г. перешла на три степени очистки (CX / FX / SX) вместо пяти, использовавшихся ранее (C / G / F / S / N) - подобные степени очистки приняты у большинства производителей фильтров, просто названия будут другими. Это решение было продиктовано фактором энергоэффективности - ведь такая схема без потерь качества фильтрации (наоборот, показатели даже улучшились) позволяет существенно уменьшить потери давления (и потребление электроэнергии!) за счет меньшего количества фильтров и картриджей к ним.

Очевидно, что все картриджи подлежат регулярной замене - в большинстве случаев, один раз в год. Beko Technologies - единственный производитель из крупных игроков, кто декларирует увеличенный срок службы картриджей на своих фильтрах CLEARPOINT - 2 года или 8000 часов. Это стало возможным благодаря трём вещам:

• использованию современных фильтрующих материалов
• высокотехнологичным процессам производства фильтров
• высокому уровню контроля качества каждого фильтра

Очевидно, что качество и сам тип фильтрующих материалов становится определяющим, когда мы говорим про два основных качества любого фильтра:

• надежность (как гарантия достижения нужного класса чистоты сжатого воздуха)
• экономичность (как сумма энергозатрат на преодоление сопротивления, которое создаёт фильтр)

То есть в целом - сведение к минимуму падения давления при прохождении сжатого воздуха через фильтр и сохранение работоспособности фильтра с обеспечением требуемой степени очистки.

Надежность фильтр-элементов выражается в первую очередь в качестве выбранных материалов - ведь им приходится выдерживать повышенное давление сжатого воздуха, соответственно они должны быть максимально эластичны и устойчивы к возможным разрывам. В этом плане в первую очередь рекомендуется доверять проверенным производителям из Западной Европы и США, которые давно зарекомендовали себя на рынке. Хотя очевидно, что цена не всегда напрямую коррелирует с качеством, и производители недорогих фильтров из Восточной Европы и Китая также могут обеспечить высокую надежность фильтров, тем более что некоторые из них являются ОЕМ-проиводителями элементов для ведущих мировых брендов. Однако, степень контроля качества у этих производителей, несомненно будет несколько ниже, что повышает риски “напороться” на ненадежные фильтр-элементы, которые будут выходить из строя раньше времени.

Экономичность фильтр-элементов оценить несколько проще, поскольку она будет зависеть в первую очередь не от качества, а от самого типа используемого фильтрующего материала. В производстве фильтров сжатого воздуха используется несколько типов таких материалов.

Боросиликатное волокно: обладает значительно более “тонкой” структурой по сравнению с акриловым или целлюлозным волокном. Это значит, что нить волокон стала тоньше, а пор больше. Иными словами уменьшилась плотность фильтрующего материала, а значит он может в себе удержать гораздо больше загрязнений чем акрил или целлюлоза. Наглядно свойства более современного материала можно продемонстрировать примерно таким образом как изображено на рисунке.

Из рисунка мы видим, что условная толщина фильтрующего слоя (w) в двух разных фильтрах осталась прежней, однако за счет более тонких нитей боросиликатного волокна кое-что изменилось. А именно:

• Удалось увеличить внутреннее пространство между этими нитями, что позволяет новому фильтрующему элементу вмещать в себя больше частичек грязи чем мог вместить в себя старый.
• Получив больше пространства, сжатый воздух стал протекать через материал с меньшим сопротивлением, а значит падение давление снизилось.

  Однако Вы скажете: в данном случае можно заметить то, что наши ячейки увеличились и стали пропускать через себя частицы, которые старый фильтр задерживал. И будете правы! Если у старого фильтра скажем были ячейки не более 5 мкм, то у нового они получились не более 9 мкм, при том, что количество таких ячеек было, например, около 5 миллионов на 1 мм3. Понимая это, инженеры BEKO Technologies повысили плотность нитей, чтобы получить тот же размер ячейки, а их количество возросло до 25 миллионов на 1 мм3.

• Как следствие этого превосходства очевиден другой подход: увеличение числа ячеек для получения дополнительного места хранения частиц "грязи".

  Все это ведет к:

  • уменьшению падения давления (читай к уменьшению энергозатрат)
  • увеличению времени накопления грязи (читай к увеличению периода замены)

  Добавим сюда высокую прочность стекловолокна - и получаем современный материал, обеспечивающий высокую экономичность пневмосетей с такими фильтрами и увеличенный срок службы. Поэтому сегодня большинство лидеров рынка используют именно боросиликатное волокно как основной материал для фильтр-элементов. И хотя стоимость такого волокна заметно выше, чем акрилового, она быстро окупится за счет общей экономичности системы. Это важно понимать, выбирая системы фильтрации и картриджи для Вашего предприятия.

Выбирая сменные фильтр-элементы для Вашей пневмосети важно понимать несколько вещей:

• Все производители, использующие более дорогие, но более экономичные материалы, всегда пишут об этом, чтобы подчеркнуть: “да, мы чуть дороже, но зато с использованием наших фильтр-элементов вы будете экономить и быстро покроете разницу в цене”. Поэтому выбирая картридж, важно читать его описание и смотреть на материал. Если материал не указан - то на 99% фильтрующим материалом является акриловое волокно или целлюлоза. Боросиликатное волокно или высокомолекулярный полиэтилен всегда будут указаны в описании.
• Для любой модели магистральных фильтров сжатого воздуха, как и для автомобильных фильтров, есть “оригинал” и “неоригинал”. При этом неоригинал не значит “дешевле и менее качественно”. Ведь если у Вас стоит недорогой фильтр, который служит надежно, но не обеспечивает высокой экономичности пневмосетей, на него можно найти более дорогой неоригинальный картридж из более современного материала и обеспечить значительную экономию затрат на электроэнергию всей системы без демонтажа и замены корпусов фильтров.
• Почти все производители, использующие более дорогие материалы, говорят о “повышенном сроке службы”, но мало кто дает гарантии: ведь если мы посмотрим на спецификацию фильтр-элементов большинства производителей, поставляющих картриджи из боросиликатного волокна или высокомолекулярного полиэтилена, там будет написано “12 месяцев” или один год - то есть ровно то же самое, что и на фильтр-элементах из аркилового или целлюлозного волокна (то есть тех, на которых не указан материал). В свою очередь Beko Technologies гарантирует срок службы своих картриджей из боросиликата в течение 24 месяцев, что дает фильтрам и сменным фильтр-элементам бренда CLEARPOINT существенное преимущество перед конкурентами.

Ниже мы приводим в форме таблицы основных производителей магистральных фильтров сжатого воздуха. Образцы продукции самых известных на мировом рынке производителей мы рассмотрели в подробном обзоре, опубликованном недавно на нашем сайте. Для значительной части этих фильтров существуют неоригинальные замены CLEARPOINT производства Beko Technologies, использование которых поможет снизить расходы Ваших пневмосетей на электроэнергию и на регулярные закупки сменных картриджей (благодаря увеличенному сроку службы, в 2 раза превышающим срок службы подавляющего большинства других моделей).

* Картриджи производства Beko Technologies (Германия) в том числе для фильтров других производителей гарантируют срок службы в 2 раза дольше (24 мес. вместо обычных 12 мес.) и пониженное падение давления, что ведет к снижению потребления электроэнергии

** Фильтры под этой маркой больше не производятся после поглощения брендом компанией Parker, теперь они называются Parker Domnick Hunter

*** Ultrafilter в наши дни - это независимая от Donaldson Ultrafilter немецкая компания, которая использует то же название потому, что была основана сыном основателя первоначального бренда Ultrafilter, который в 2002 году был поглощен американской компанией Donaldson, которая вывела производство из Германии. Пользуясь лазейкой в законодательстве, он смог заново зарегистрировать в 2006 г. товарный знак Ultrafilter и возродить производство в Германии, основываясь на традициях компании, которая ведет начало с 1972 г.

В прошлом году на базе компании "ПНЕВМОМАШ" и учебного центра "Beko Technologies" в Германии мы провели детальное сравнение фильтров различных брендов - смотрите видео и читайте статью ниже под ссылкой!