อาจหาญ ณ นรงค์
แผนกวิศวกรรมและซ่อมบำรุง
บริษัท โยโกฮาม่า ไทร์ แมนูแฟคเจอริ่ง (ประเทศไทย) จำกัด

กรองเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญมากในระบบไฮดรอลิกแต่ส่วนมากเราจะมองข้ามหรือไม่ค่อยให้ความสำคัญกับอุปกรณ์ชิ้นนี้กันมากนัก หน้าที่ของกรองก็คือการดักเอาอนุภาคเจือปน (Contamination) ออกจากน้ำมันโดยการดักอนุภาคสิ่งเจือปนเหล่านั้นให้ติดไว้กับแผ่นกรองโดยที่แผ่นกรองแบบพื้นฐานนั้นจะมีลักษณะเป็นแผ่นลักษณะเป็นตาข่ายหรือคล้าย ๆ กัน ในส่วนของความหยาบหรือละเอียดในการกรองนั้นจะขึ้นอยู่กับความถี่หรือห่างของวัสดุที่นำเอามาทำเป็นกรองนั้น ๆ ดังรูปที่ 9 เป็นตัวอย่างแผ่นกรองอย่างง่าย

ตัวแผ่นกรองสามารถทำมาจากวัสดุหลายแบบเช่นลวดถัก ผ้า กระดาษ เส้นไยหรืออื่น ๆ ซึ่งก็ขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งานและราคาที่ผู้ผลิตและผู้ใช้ต้องการ สิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเราใส่กรองเข้ากับระบบก็คือแรงดันตกคร่อมที่เกิดขึ้นกับตัวกรอง ดังนั้นเราจะเห็นว่ารูปแบบของกรองแบบต่าง ๆ นั้นผู้ผลิตพยายามให้มีพื้นที่กรองให้มากที่สุดเพื่อที่จะให้มีพื้นที่กรองมากซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของกรองและลดแรงดันตกคร่อมที่เกิดขึ้นให้ได้มากที่สุด

สำหรับกรองที่ทำจากลวดถักซึ่งมีความละเอียดน้อยซึ่งจะใช้สำหรับดักอนุภาคขนาดใหญ่ เรียกว่ากรองหยาบ(Strainer) ส่วนกรองที่มีความละเอียดสูงส่วนมากจะทำมาจากกระดาษหรือวัสดุอื่น ๆ ใช้สำหรับดักอนุภาคขนาดเล็ก ๆ เราจะเรียกว่ากรอง (Filter) 

รูปที่ 9 ตัวอย่างแผ่นกรองอย่างง่าย

ความลึกของแผ่นกรองจะเป็นตัวบ่งบอกเราว่ากรองนั้นสามารถกรองได้ดีแค่ไหน ถ้าแผ่นกรองมีความลึกหรือความหนาของแผ่นกรองมาก กรองนั้นก็สามารถที่จะดักอนุภาคเจือปนได้มากกว่ากรองที่บางแต่แรงดันตกคร่อมจะมากกว่า  

ส่วนความหยาบของแผ่นกรองจะเป็นตัวบ่งบอกถึงความสามารถดักจับอนุภาคขนาดต่าง ๆ เช่น ถ้าแผ่นกรองมีความหยาบมากก็จะกรองได้แต่อนุภาคขนาดใหญ่ และถ้ากรองมีความละเอียดมากก็จะสามารถที่จะกรองอนุภาคขนาดเล็กได้ดีดังรูปที่ 10 และรูปที่ 11 

รูปที่ 10 กรองแบบหนา 

รูปที่ 11 เปรียบเทียบลักษณะของแผ่นกรองแบบหยาบและแบบละเอียด

การที่เราจะวัดว่ากรองนั้นดีหรือไม่นั้นเราสามารถวัดได้จากค่าต่าง ๆ ดังต่อไปนี้คือ
1. ความสามารถในการดักจับอนุภาคสิ่งสกปรก (Dirt Holding Capacity) ที่ไหลผ่านกรองว่ามากน้อยแค่ไหนถ้าสามารถดักจับอนุภาคได้มากแสดงว่ามีความสามารถในการกรองสูง
2. แรงดันตกคร่อมตัวกรอง (Pressure Differential) ซึ่งค่าแรงตกคร่อมยิ่งน้อยยิ่งดี  

ซึ่งค่าที่เราใช้เป็นตัวชี้วัดประสิทธิภาพของกรองคือค่าเบต้า (?) หรืออัตราส่วนเบต้า (Beta Ratio) ของกรอง ซึ่งในการหาอัตราส่วนเบต้าหรือค่าเบต้าของกรองนั้นเราจะทำการวัดจำนวนอนุภาคตามความสามารถในการกรองของกรองตัวนั้น ๆ เช่นขนาด 40 ไมครอน เป็นต้น โดยเราจะทำการวัดจำนวนอนุภาคก่อนที่จะเข้ากรอง (Up Stream) เปรียบเทียบกับจำนวนอนุภาคหลังออกจากกรอง (Down Stream) โดยจะเป็นไปตามสมการ

              _X = จำนวนอนุภาคก่อนเข้ากรอง (Up Stream)/จำนวนอนุภาคหลังออกจากกรอง (Down Stream) …. (1)                           
โดยที่      _X คือค่าอัตราส่วนเบต้าของกรองที่ขนาดอนุภาค X ไมครอน

ตัวอย่างที่ 1 จากการทดสอบกรองขนาด40ไมครอน ปรากฏว่านับจำนวนอนุภาคขนาด 40 ไมครอน ในจุดก่อนเข้ากรองได้ 50, 000 อนุภาค และในจุดหลังจากออกจากกรองนับจำนวนอนุภาคขนาด 40 ไมครอนได้ 20,000 อนุภาค ดังนั้นอัตราส่วนเบต้าของกรองตัวนี้จะเท่ากับ
₄₀ =  = 2.5 หมายความว่ากรองใบนี้มีอัตราส่วนเบต้าของอนุภาคขนาด 40 ไมครอนเท่ากับ 2.5

ประสิทธิภาพของกรองคือความสามารถในการดักจับอนุภาคที่ผ่านตัวกรอง กรองที่มีประสิทธิภาพ 100 เปอร์เซ็นต์หมายความว่าถ้าอนุภาคผ่านมา 100 อนุภาค ตัวกรองจะสามารถจับไว้ได้ทั้ง 100 อนุภาค หรือประสิทธิภาพ 50 เปอร์เซ็นต์ หมายความว่ากรองจะสามารถจับอนุภาคที่ผ่านตัวมันไว้ได้ครึ่งหนึ่งของจำนวนอนุภาคที่ผ่านประสิทธิภาพของกรองจะเป็นดังสมการ Efficiency _X =    ………. (2)

นอกจากอัตราส่วนเบต้าแล้วสิ่งอื่น ๆ ที่เกี่ยวกับกรองจากการทดสอบในเวลาเดียวกัน เช่นแรงดันตกคร่อมกรองที่เกิดขึ้น สำหรับการทดสอบกรองนั้นจะใช้อุปกรณ์และวงจรการทดลองดังรูปที่ 12 

สำหรับการเลือกอัตราค่าเบต้าของกรองนั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบหลายอย่างเช่น แรงดันของระบบ ความหนืดของน้ำมัน และอุปกรณ์ที่เราต้องการจะนำกรองไปใช้ ดังรายละเอียดในตารางที่ 9 และตารางที่ 10

รูปที่ 12 วงจรการทดสอบหาประสิทธิภาพของกรอง

การเลือกอัตราเบต้าสำหรับระบบหล่อลื่นจะแบ่งประเภทการหล่อลื่นตามชนิดของอุปกรณ์หล่อลื่นโดยที่อัตราเบต้า (?X) ในบางอุปกรณ์นั้นจะขึ้นอยู่กับความแม่นยำของอุปกรณ์นั้น ๆ

จากตารางที่ 11 จะเห็นว่าที่แรงดันสูงนั้นจะต้องการความสะอาดของน้ำมันมากกว่าเพราะว่าที่แรงดันยิ่งสูงแรงและการเสียดทานที่เกิดขึ้นในขณะที่ระบบทำงานจะสูงขึ้นดังนั้นถ้าอนุภาคสิ่งสกปรกที่มีขนาดใหญ่เข้าไปในระบบเป็นจำนวนมากเกินไปก็จะทำให้อุปกรณ์ต่าง ๆ เกิดความเสียหายให้เร็วกว่าปกติ

* กรองทางดูด (Suction Filter) จะติดตั้งอยู่ในตำแหน่งก่อนเข้าปั้ม ซึ่งจะเป็นตัวป้องกันความเสียหายที่เกิดกับปั้มเนื่องจากสิ่งเจือปนที่มีอยู่ในน้ำมันไฮดรอลิก

ซึ่งส่วนใหญ่แล้วกรองทางดูดจะทำมาจากลวดถักมีความละเอียดในการกรองประมาณ 150–200 ไมครอนหรือตามคำแนะนำของผู้ผลิตปั้ม ซึ่งในการเลือกขนาดนั้นบางทีอาจบอกเป็นไมครอนแต่บางทีอาจบอกเป็นขนาดเมท (Mesh) ซึ่งมีรายละเอียดดังตารางที่ 12 ในกรองทางดูดนั้นจะต้องมีแรงดันตกคร่อมกรองน้อยเพื่อป้องกันการเกิดคาวิเทชั่นและเสียงดังผิดปกติที่อาจเกิดขึ้นกับปั้มขณะทำงาน

* กรองภายในระบบ (Pressure Filter or Inline Filter) เป็นกรองที่ติดตั้งอยู่หลังจากปั้มหรือก่อนที่จะเข้าสู่อุปกรณ์หรือวงจรย่อยของระบบไฮดรอลิก วัตถุประสงค์ของกรองนี้ก็เพื่อป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์ที่สำคัญในระบบ โดยปกติแล้วขนาดความละเอียดในการกรองของกรองภายในระบบจะอยู่ที่ 5–25 ไมครอน ลักษณะของตัวกรองส่วนมากจะเป็นเกลียวขันติดกับท่อทางภายในระบบหรือเป็นตัวเสียบเข้ากับอุปกรณ์

รูปที่ 13 กรองทางดูด (Suction Filter) 

รูปที่ 14 กรองในระบบ (Pressure or Inline Filter)

รูปที่ 15 กรองทางกลับ (Return Filter) 

รูปที่ 16 กรองภายนอก (Off Line Filter)

* กรองทางกลับ (Return Line Filter) เป็นกรองที่ติดตั้งอยู่ที่ทางเดินน้ำมันก่อนที่น้ำมันจะกลับถัง กรองทางกลับติดตั้งไว้เพื่อที่จะกรองเอาอนุภาคที่เกิดขึ้นจากการทำงานของอุปกรณ์ในระบบ เช่น การแตกหักเสียหายและการสึกหรอของชิ้นส่วนต่าง ๆ ตลอดจนอนุภาคที่เล็ดรอดจากการกรองของกรองตัวอื่นที่ติดตั้งอยู่ในระบบ ส่วนมากกรองทางกลับจะเป็นกรองกระดาษมีความละเอียดในการกรองประมาณ 25–40 ไมครอน

* กรองภายนอกระบบ (Off Line Filter) เป็นระบบกรองที่ถูกติดตั้งแยกต่างหากกับวงจรปั้มของระบบไฮดรอลิก  หรืออาจถูกติดตั้งรวมไว้ด้วยกันกับระบบระบายความร้อนของน้ำมัน (Oil Coolers) โดยระบบกรองภายนอกระบบนั้นจะเป็นชุดกรองอิสระที่ประกอบด้วยท่อทางปั้มและมอเตอร์ไฟฟ้า

ตัวกรอง ที่เป็นอิสระจากการทำงานของระบบไฮดรอลิก ซึ่งกรองภายนอกระบบนี้จะช่วยในการ Flushing และทำความสะอาดน้ำมันในระบบตลอดเวลาที่เปิดการทำงานของชุดกรอง ซึ่งช่วยให้คุณภาพของน้ำมันในระบบมีความสะอาดอยู่เสมอ

ซึ่งเราอาจติดตั้งเพิ่มเติมให้กับระบบได้ถ้าหากมีความจำเป็น และในการออกแบบหรือเลือกขนาดปั้มของกรองแบบภายนอกระบบนั้นอัตราการไหลโดยรวมของปั้มจะต้องไมเกิน10เปอร์เซ็นต์ของจำนวนน้ำมันในระบบ เช่นถ้าน้ำมันในระบบมี 1,000 ลิตร อัตราการไหลของปั้มของระบบกรองภายนอกต้องไม่เกิน 100 ลิตร/นาที

เรือนกรอง (Filter Housing) เป็นชิ้นส่วนที่ห่อหุ้มตัวกรองเอาไว้ภายใน ซึ่งจะประกอบด้วยรูทางเข้าและรูทางออกไว้สำหรับต่อกับระบบ และภายในจะประกอบด้วยชิ้นส่วนต่าง ๆ คือ

1. By Pass Valve สำหรับผ่านน้ำมันในกรณีที่กรองตันและทำให้แรงดันภายในกรองมากเกินกำหนดเพื่อป้องกันไม่ให้ตัวเรือนกรองและระบบเกิดความเสียหาย
2. ตัวบอกสภาพของกรองว่าตันหรือไม่ซึ่งจะกล่าวถึงภายหลัง
3. แผ่นกรองซึ่งจะเป็นตัวทำหน้าที่กรองเอาสิ่งเจือปนออกจากน้ำมัน
4. โครงแผ่นกรองซึ่งเป็นตัวรองรับและรักษารูปแผ่นกรองไม่ให้เปลี่ยนรูปเมื่อต้องเจอกับแรงดันในระบบ

รูปที่ 17 เรือนกรอง (Filter Body)

สำหรับรูปแบบของเรือนกรองนั้นจะมีรูปร่างตามการออกแบบและจุดที่ติดตั้งซึ่งในรูปที่ 17 เป็นเรือนกรองของกรองทางกลับ (Return Line Filter) ซึ่งโดยทั่วไปจะสามารถรับแรงดันได้ประมาณ 34 บาร์ (Bar) สำหรับเรือนกรองรูปแบบอื่น ๆ เช่นกรองในระบบ (Pressure or Inline Filter) โดยทั่วไปจะสามารถรับแรงดันได้สูงถึง 133 ถึง 400 บาร์ (Bar)

หลังจากที่เราได้ใช้งานกรองในระบบไฮดรอลิกไปช่วงระยะหนึ่งก็จะเกิดการอุดตันของกรองเนื่องจากเศษอนุภาคและสิ่งสกปรกที่ปะปนอยู่ในระบบจะไปรวมตัวกันที่กรอง ทำให้กรองเกิดการตันและเป็นผลให้แรงดันตกคร่อมกรองจะสูงขึ้นซึ่งจะขึ้นอยู่กับ

1. ขนาดของเรือนกรอง (Filter Housing) และความละเอียดของแผ่นกรอง
2. คุณภาพและเกรดของแผ่นกรอง
3. ความหนืดของน้ำมัน
4. อัตราการไหลของน้ำมันที่ผ่านแผ่นกรอง

รูปที่ 18 อุปกรณ์บอกสภาพของกรอง

อุปกรณ์บอกสภาพแผ่นกรอง(Element Condition Indicator) มีหลักการทำงานเหมือเกจวัดแรงดันธรรมดา แต่จะถูกติดตั้งไว้กับเรือนกรอง ซึ่งเราจะพบมากในกรองทางกลับ (Return Line Filter) ซึ่งจะติดตั้งไว้ตรงทางกลับถัง แต่ส่วนมากเราจะไม่ได้ให้ความใส่ใจกับอุปกรณ์ตัวนี้กัน โดยปกติจะมีหลายแบบ อาจเป็นแบบเข็มและแถบสี แบบแถบสี  หรืออาจเป็นแบบสวิตซ์แรงดัน (Pressure Switch)

โดยปกติถ้าเป็นแบบแถบสีนั้นจะมีสามสีคือ สีเขียวแสดงว่ากรองปกติยังไม่ตัน สีขาวแสดงว่ากรองเริ่มจะตันเล็กน้อย ส่วนสีแดงแสดงว่ากรองตันแล้วให้ทำการเปลี่ยนกรองใหม่ ซึ่งในกระบวนการตันของกรองนั้นเราจะเห็นว่าในตอนแรกที่กรองเริ่มตันนั้นจะเป็นไปอย่างช้า ๆ แต่การตันจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในตอนหลังเมื่อกรองหมดอายุการใช้งาน

จากเรื่องราวเกี่ยวกับสิ่งเจือปนในน้ำมันและรายละเอียดต่าง ๆ ของกรองในระบบไฮดรอลิกที่นำเสนอมาเบื้องต้นคงจะทำให้ผู้อ่านมีความเข้าใจและมีแนวคิดในเรื่องความสะอาดของน้ำมันไฮดรอลิกและการบำรุงรักษากรอง ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่สำคัญในระบบไฮดรอลิกแต่บางทีอาจมองข้ามไป สำหรับเนื้อหาที่นำเสนอนี้อาจไม่ครอบคลุมทั้งหมดในรายละเอียดแต่ผู้เขียนหวังว่าคงจะพอที่จะเป็นแนวทางในการดูแลรักษาส่วนประกอบของระบบไฮดรอลิกบ้างไม่มากก็น้อย

เอกสารอ้างอิง