Tribotechnické listy

 

 

Mazivá v prevádzke strojov a zariadení

Mazací prostriedok, mazivo má danú určitú životnosť pri jeho použití v strojoch a zariadeniach. Vzhľadom nato si treba uvedomiť, že ide o určitý riadiaci proces, ktorý treba poznať a rešpektovať, aby sme dosiahli exploatačné vlastnosti maziva a tiež požadovanú životnosť. Vysoká kvalita mazacích prostriedkov, mazív je podmienená nielen požiadavkami, či už ide o výber základových olejov, prísad, ktoré sa používajú na zlepšenie úžitkových vlastností mazív, ale aj požiadavkami na zabezpečenie ich kvality počas prepravy od výrobcu, resp. pri skladovaní u spotrebiteľa. S tým súvisí aj ich použitie v konkrétnych prevádzkových podmienkach, trecích uzloch, čo má vplyv na ich životnosť.

Doba skladovania a životnosť mazív

Doba skladovania má byť uvedená v príslušnej norme výrobku, napr. STN, technickom liste a pod. V tabuľke č. 1 uvedieme dobu skladovania mazív v mesiacoch podľa jednotlivých druhov mazív. Ide o všeobecné informácie.

Tabuľka č.1

Druh maziva

Doba skladovania v mesiacoch

Oleje automobilové motorové a prevodové

36 až 60

Oleje priemyselné

24 až 60

Plastické mazivá

12 až 36

Rezné kvapaliny (rezné oleje)

24 až 36

Rezné oleje (emulgačné oleje)

6 až 12

Parafinické emulzie

3 až 6

Vzhľadom na široký sortiment mazív a rôznorodosť v ich formulácii, uvedieme v tabuľke č.2 možné dôvody, príčiny, ktoré majú vplyv na životnosť mazív pri skladovaní.

Tabuľka č.2

Dôvody

Nárast životnosti

Pokles životnosti

Základový olej

Vysoko rafinované ropné oleje a syntetické oleje

Nižšie triedy ropných olejov a niektoré esterové oleje

Prísady

Prísady R & O

Prísady EP

Zahusťovadlá

Nie

Áno

Teplota skladovania

Nízka

Vysoká

Kontajner

Plastový

Kovové sudy

Vlhkosť

Nízka

Vysoká

Miešanie

Malé

Veľké

Skladovanie vonku

Nie

Áno

Uvedené dôvody, príčiny majú často výrazný vplyv na životnosť mazív pri skladovaní, čo treba rešpektovať. Na životnosť mazív v samotnej prevádzke, t. j. pri ich aplikácii platia iné pravidlá, kritéria. Mazivá počas prevádzky treba chrániť pred preťažením, znečistením, prehrievaním, vnikaním vody, vzduchu a iných nečistôt. Z toho dôvodu je treba často požadovať konštrukčné úpravy trecích uzlov, vykonávať technické úpravy mazacích zariadení, zaraďovať účinné filtračné zariadenia, napr. filtre, chladič a iné.

Požiadavky na mazivá

Mazivo, či už ide o olej alebo plastické mazivo predstavuje súhrn výkonových vlastností, ako je oxidačná životnosť, odolnosť proti teplotnej a hydrolytickej degradácii, odolnosť proti opotrebovaniu,  vlastnosti proti zadieraniu, odlúčivosť vzduchu a vody a iné. Požadované vlastnosti pre niektoré druhy mazív sú uvedené v tabuľke č.3. Ak sú tieto výkonové vlastnosti dohodnuté, mazivo má schopnosť minimalizovať trenie, opotrebovanie a koróziu, kontrolovať nečistoty, častice kovov,  odvádzať teplo, prenášať silu a pohyb, napr. hydraulické systémy. To všetko zabezpečuje spoľahlivosť strojov a zariadení v prevádzke. V ďalšej časti uvedieme informácie, ktoré budú zamerané na degradáciu maziva, možnosti predĺženia životnosti maziva a zásady, kedy mazivo, olej má byť vymenený.

Tabuľka č.3

Vlastnosti maziva

Prevodové oleje

Hydraulické kvapaliny

Turbínové oleje

Kompresorové oleje

Motorové oleje

Odlúčivosť vzduchu

X

X

X

X

M

Stabilita peny

X

X

X

X

M

Deemulgačná schopnosť

X

X

X

X

/

Oxidačná stabilita

X

X

X

X

X

Teplotná stabilita

X

X

X

X

X

EP vlastnosti

X

/

/

/

/

Mazivosť – AW

M

X

/

X

X

Ochrana proti hrdzi

X

X

X

/

X

Dielektrické napätie

/

M

M

/

/

Biologická odbúrateľnosť

/

B

/

B

/

Filtrovateľnosť

M

X

X

M

M

Strihová stabilita

/

X

/

X

X

Hydrolytická stabilita

M

X

X

M

/

Disperzancia

/

/

/

/

X

Poznámka :   X – veľmi dôležitá,  M -  málo dôležitá,  B – závislé použitie

Mazací olej v prevádzke

Na mazací olej v prevádzke pôsobia často neočakávané vplyvy, určité prevádzkové aspekty. Ide o fenomén, ktorý súvisí s uvedenými informáciami  a má zásadný vplyv na olej, teda jeho fyzikálne a chemické vlastnosti. To spôsobuje potom často  problémy, ktoré vedú k narušeniu prevádzkovej spoľahlivosti a funkčnosti strojových častí. Uvedieme niektoré problémy, ktoré môžu vzniknúť v prevádzke strojov:

· Menšie, užšie tolerancie, uloženia trecích uzlov, ovplyvnenie mazacieho režimu, prechod z hydrodynamického mazania na hraničné mazanie, nárast opotrebovania napr. čerpadiel, ložísk, ventilov a iných strojových častí

· Všeobecne nárast trenia v trecích uzloch, trhavý pohyb mechanických časti, ako sú regulačné ventily a pod.

· Zvýšené prevádzkové teploty, tvorba lakov (živice), ktoré pôsobia ako izolátor, znižuje sa efekt chladenia a tiež ochladzovania mazacích olejov

· Zmeny toku, prúdenia oleja, zanášanie a zníženie účinnosti  filtrov, ventilov a pod.

· Nárast opotrebovania, tvorba mäkkých častíc, ktoré môžu obsahovať aj tvrdé nečistoty, vznik abrazívneho opotrebovania a teda celkové nárast opotrebovania

· Poškodenie mechanických tesnení, ložísk a iných strojových častí

· Nárast nákladov z dôvodu čistenia strojov,  mazacích systémov a iné

Výmena oleja

Treba si uvedomiť, že olej má svoju životnosť a preto po určitom čase musí byť vymenený, alebo ošetrený. Všetko to záleží často od prevádzkových podmienok strojov a zariadení. V niektorých prípadoch olej musí byť vymenený aj z toho dôvodu, že nastala degradácia základového oleja a olej nie je vhodný pre ďalšiu prevádzku. Oxidácia, teplotná a hydrolytická degradácia môže zmeniť fyzikálne a chemické vlastnosti základového oleja, ktoré celkom zmenia mazacie vlastnosti oleja. V iných prípadoch môže nastať úbytok zušľachťujúcich  prísad v oleji. Okrem toho olej môže byť kontaminovaný cudzími látkami, ktoré nie je možné odstrániť. V takých prípadoch je treba olej vymeniť. Uvedieme niektoré postupy degradácie mazacieho oleja.

Degradácia mazacieho oleja

Oxidácia

Jedna z rozhodujúcich foriem degradácie oleja je jeho oxidácia. Vzniká vtedy, keď kyslík reaguje s mazacím olejom, ktorým je typický uhľovodík. Keď olej zoxiduje, tak niektoré molekuly uhľovodíkov sa premenia na kyseliny a kaly, ktoré ovplyvňujú výkonové vlastnosti oleja. Niektoré molekuly sú schopnejšie odolávať oxidácii ako iné. Z toho dôvodu majú niektoré základové oleje lepšiu odolnosť proti oxidácii ako iné. Oxidáciu oleja významne ovplyvňuje prítomná voda a kovy, ako je železo a meď. Z toho dôvodu ochranu základového oleja pred oxidáciou zabezpečujeme antioxidačnými prísadami.

Teplotná degradácia

Na rozdiel od oxidácie, teplotná degradácia nevyžaduje kyslík pre jej vznik. Teplotná degradácia vzniká, keď olej prichádza do styku s horúcim povrchom vo vnútri stroja, ako je spaľovací priestor, alebo výfukové priestory, alebo keď prichádza do kontaktu so stlačenými bublinkami, aké sú napr. v hydraulických systémoch. Teplotné poškodenie je výsledkom straty vodíka, odchodom karbónových častíc v tvare kalov a nečistôt. Teplotným poškodením sa netvoria kyslé látky, hoci sa tvoria nečistoty, ktoré ovplyvňujú výkonové vlastnosti oleja. V niektorých prípadoch však uhlíkové reťazce sa narušujú, krakujú na menšie substancie, znižujú priemernú molekulovú váhu a tým aj viskozitu oleja.

Hydrolýza

Hydrolýza je chemická reakcia a jej opakom je neutralizácia. Neutralizácia sa zakladá na spojení vodíkových iónov a hydroxidových iónov na molekuly vody. V prevádzke  oleja vzniká hydrolýza vtedy, keď základový olej je zmiešaný s vodou, čím sa pravidelne mení štruktúra molekúl v základovom oleji. Teda ide o soli, vodné roztoky, ktoré potom nereagujú neutrálne, ale kyslo alebo zásadito. To všetko je založené na hydrolýze, t. j. na rozklade solí pomocou vody na kyselinu a zásadu. Hydrolýze podliehajú také soli, na zložení ktorých je zúčastnená slabá kyselina alebo slabá zásada. Ide o zušľachťujúce prísady, napr. prísady na báze Zn-DTF (zinkdithiofosfát), t. j. prísady obsahujúce zinok. V prítomnosti vody nastáva hydrolýza, rozklad soli a prísady na báze Zn-DTF strácajú potrebný účinok, ako prísady proti opotrebovaniu. Z toho dôvodu niektorí výrobcovia strojov žiadajú oleje bez obsahu zinku.

Esterové základové oleje, kde patria aj polyolesterové a fosfát esterové oleje sú veľmi náchylné na hydrolýzu. Esterifikácia alkoholom a kyselinou, proces ktorým vzniká esterový základový olej, produkuje ester a vodu, ako jej vedľajší produkt. Keď sú oleje vystavené vode, estery ľahko hydrolyzujú späť na alkohol a kyselinu. Mnohé mazivá a hydraulické kvapaliny využívajú estery, ako ich prvotné zložky základového oleja, alebo vedľajšie základové oleje na zlepšenie rozpustnosti a zlepšenia výkonnosti vysoko rafinovaných ropných a syntetických olejov.

Úbytok prísad

Prísady sú formulované do maziva na zlepšenie jeho výkonových vlastností, ako je odlúčivosť od vzduchu alebo vody a tiež na potlačenie neželaných vlastností, ako je tendencia k tvorbe parafínu pri nízkych prevádzkových teplotách. Prísady tiež zahrňujú nové vlastnosti maziva, ako je zníženie opotrebovania pri hraničnom režime mazania a iné. Po čase sa však prísady strácajú, nastáva ich úbytok a prevádzkové vlastnosti maziva  treba obnoviť. To môžeme riešiť buď výmenou maziva, doplnením prísad do maziva, doplnením čerstvého maziva s čiastočným vypustením použitého maziva, a tak dosiahnuť jeho požadované vlastnosti. Úbytok prísad závisí od typu prísad a tiež prevádzkových podmienok, čiastočne na teplote a prítomnosti vody. Niektoré prísady kondenzujú a oddeľujú sa zo základového oleja pri nízkych teplotách. Mnohé prísady sú citlivé na hydrolýzu, a prítomná voda v mazive  často poškodzuje systém prísad.

Výber základových olejov

Podľa API (American Petroleum Institute) sú základové oleje klasifikované a rozdelené do 5 skupín podľa ich kvality. Je známe, že pre dosiahnutie dlhšej životnosti maziva je dôležitý výber vhodného základového oleja, výber vhodného systému prísad, alebo ich vzájomná kombinácia. API kategórie klasifikujú skupiny základových olejov I, II, III, IV a V. Skupiny I, II a III predstavujú rafinované ropné (minerálne ) oleje premenlivých stupňov. Podľa API sú predpísané pre skupiny I, II a III niektoré kvalitatívne parametre a to viskozitný index (V.I.), percentuálne množstvo nasýtených uhľovodíkov a percentuálne množstvo síry.  Skupina IV predstavuje špeciálne syntetické uhľovodíkové oleje a to sú polyalfaolefíny (PAO), ktoré sú veľmi rozšírené, ako základové syntetické oleje. Skupina V predstavuje  všetky ostatné základové oleje, ktoré nie sú zahrnuté v skupinách I, II, III a IV, ako napr. esterové oleje, polyolesterové oleje (POE),  polyglykolové oleje (PG), fosfátesterové oleje, biele oleje a množstvo ďalších základových olejov, ktoré poskytujú špeciálne vlastnosti. Vzhľadom na špecifické vlastnosti olejov skupiny V sa niektoré ani nevyrábajú.

Kontrola kontaminácie maziva

Bez ohľadu na výber maziva, spotrebiteľ má veľký podiel na skutočnej životnosti maziva a to z dôvodu prevádzkovej starostlivosti o maziva, odstraňovanie nečistôt z maziva (ošetrovanie, filtrácia) a obnovenia systému prísad. Kontrola kontaminácie mazacieho systému, obsah nečistôt je jednoduchý a veľmi rozšírený systém pre dosiahnutie dlhšej životnosti maziva.

Kontaminácia obsahuje všetky cudzie látky a neželané formy látok a energie, kde patria aj  kovové častice, vlhkosť, teplotu, vzduch, chemikálie a radiáciu. Na obrázku č.1 je uvedený všeobecne uvádzaný percentuálny pomer nečistôt vyskytujúcich sa v mazacom oleji.

Obrázok č.1

Teplota

Teplota je najväčším nepriateľom maziva. Oxidačný život maziva sa riadi všeobecným  zákonom (Arrheniov zákon), že hodnota chemickej reakcie narastá exponenciálne s absolútnou teplotou. Platí palcové pravidlo, že oxidačný život oleja je polovičný pre každých 10 °C nárastu teploty. Napr., ak oxidačný život maziva je 10 000 prevádzkových hodín pri prevádzkovej teplote oleja 70 °C potom skutočná životnosť maziva pri teplote 80 °C je len 5 000 prevádzkových hodín. Z toho vyplýva, že riadenie teploty je veľmi kritické k dosiahnutiu správnej životnosti maziva. Teplota oleja v nádrži teda ovplyvňuje priebeh, hodnotu oxidácie maziva.

Vzduch

Vzduch je ďalší faktor, ktorý ovplyvňuje obe hodnoty a to oxidáciu maziva a jeho teplotnú degradáciu. Všetky maziva obsahujú vždy nejaký rozpustený a strhávaný vzduch. Uvádzajú sa štyri stavy, formy vzduchu v mazacom systéme a to voľný, rozpustený, strhávaný a pena.   Nárastom množstva rozpusteného a strhávaného vzduchu narastá aj veľkosť oxidácie. Atmosférický vzduch je zmes látok a to dusíka, kyslíka a ďalších látok, ako argón, kysličník uhličitý a iné. V našom prípade budeme venovať pozornosť najmä kyslíku, aj keď vplyv dusíku v niektorých prípadoch aplikácie mazacích olejov nie je zanedbateľný. Treba povedať, že pri obyčajnej teplote je kyslík málo reaktívny. Pri vyššej teplote je veľmi reaktívny. Interakcie medzi olejom a vzduchom môžu byť nasledovné:

· vzduch je rozpustený alebo jemne rozptýlený v mazacom oleji

· na povrchu oleja sa tvorí pena (emulzia typu vzduch/olej)

· nastáva zmena, starnutie oleja z dôvodu chemických reakcií s atmosférickým kyslíkom pri vysokých teplotách.

V prípade, ak je vzduch rozptýlený v tvare jemných bubliniek v oleji hovoríme často o vzduchovej emulzii alebo pene. Prítomnosť voľného vzduchu v oleji je nežiaduca a v prevádzke môžu vzniknúť tieto problémy:

· kavitačné opotrebovanie, poškodenie čerpadiel (tlakové rozdiely)

· problémy pri prenose sily v hydraulických mechanizmoch (stlačiteľnosť vzduchu)

· nárast teploty z dôvodu zníženia odvodu tepla  (zmeny prúdenia oleja)

· urýchlené starnutie oleja z dôvodu jeho oxidácie pri náhlom stúpnutí teploty, „krakovanie oleja“ (prudké zmeny tlaku a teploty, Lorenzov efekt, elektrostatický výboj)

· nárast opotrebovania v zaťažených trecích uzloch (zníženie hrúbky olejového filmu)

· blokovanie olejových filtrov a iné.

Sklon oleja k peneniu a stabilita peny sú funkciou jeho čistoty, povrchového napätia, viskozity a teploty. Povrchovo aktívne látky, ktoré sa v oleji rozpúšťajú (živice, organické kyseliny, niektoré zušľachťujúce prísady a iné) zvyšujú sklon oleja k peneniu a stálosti peny. Je známe, že stabilita peny narastajúcou viskozitou stúpa. Riadenie obsahu vzduchu malo by byť dôležitou úlohou pre dosiahnutie požadovanej životnosti maziva.  Konštrukcia nádrže, jej veľkosť, systém dopravy maziva a množstvo iných faktorov tiež ovplyvňujú množstvo kontaminovaného vzduchu.

Voda

Voda, resp. vlhkosť nie je žiaduca v mazivách, mazacích systémoch strojov a zariadení. Voda vstupuje do stroja, keď je možnosť prepojenia s prostredím, vrátane nových zdrojov  znečisťovania oleja, prostredníctvom odvzdušňovačov a vetracích otvorov, nevhodných tesnení hriadeľa a iné. Najlepší spôsob, ako zabrániť znečisteniu vodou je používať vhodné tesnenia, vysušovače vlhkosti, alebo iné vodu vylučujúce  prostriedky. Prítomná voda v oleji zhoršuje jeho vlastnosti a vedie často k vytváraniu vodných emulzií, kalov, podporuje penenie, spôsobuje vytváranie kryštálikov, zamŕzanie v mazacích systémoch chladiacich kompresorov, znižuje dielektrickú pevnosť izolačných olejov a je príčinou korózie kovových súčiastok a ich zvýšeného opotrebovania, čo vedie k zníženiu ich životnosti. Prítomnosť vody v oleji môže byť vo viazanej forme (pod krivkou nasýtenia), alebo vo voľnej forme (emulgovaná alebo v kvapkách). Množstvo vody, ktoré  ropný olej môže rozpustiť závisí na pôvode základového oleja, druhu a množstve prísad, na prítomnosti nečistôt (produktov starnutia) a zvlášť na teplote. Malé množstvo vody sa v oleji môže rozpustiť bez zakalenia. Zakalenie, mliečny vzhľad oleja naznačuje, že roztok je nasýtený (bod nasýtenia vody v oleji), resp. bola prekročená hranica (krivka) nasýtenia pri danej teplote oleja a to naznačuje prítomnosť viazanej a voľnej vody v oleji. To znamená, že môže prebiehať vznik emulzie, typu voda v oleji (V/O). Treba poznamenať, že so zvyšujúcou sa  teplotou rozpustnosť viazanej vody v oleji narastá. V technickej praxi sa stretávame so vznikom nežiaducich olejových emulzii, ktoré majú za následok kvalitatívne znehodnotenie mazacieho oleja, jeho funkčných vlastnosti a iné. Najmä tie oleje, ktoré obsahujú povrchovo aktívne látky, ako sú motorové oleje s detergentnými a  disperzantnými prísadami, mastené oleje, opotrebované, použité oleje a pod. sú k tvorbe emulzií veľmi náchylne a podľa toho sa musí s nimi zaobchádzať pri manipulácií, skladovaní a vlastnom použití. Disperzanty môžu pôsobiť v oleji v ktorom je voda, ako účinné emulgátory, čo vedie vzniku emulzie, ktorá sa prejavuje postupne, ako kalová emulzia, napr. studené kaly. V prítomnosti kovov a vody za vyššej teploty môže prebiehať katalyzovaná oxidácia, čo má veľký vplyv na funkčné vlastnosti oleja a na jeho životnosť. V prípade priemyselných olejov treba uviesť jednu zo základných vlastností s ktorou súvisí prítomnosť vody v mazacích olejoch, t. j. vlastnosť podľa ktorej je charakterizovaná deemulgačná schopnosť, odlúčivosť vody z oleja. Táto vlastnosť sa mení počas používania oleja v prevádzke a to najmä vplyvom prítomných nečistôt, ako sú oxidačné produkty, voda a mechanické nečistoty.

Častice

Vplyv kovových častíc na degradáciu maziva závisí najmä od druhu častíc. Unášané častice môžu zvýšiť nárast strhávaného vzduchu, čím nepriamo zvyšujú hodnotu oxidácie. Avšak niektoré častice môžu tiež vyvolať katalytickú oxidáciu. Veľkosť a spôsob katalýzy je závislý na metalurgii kovov a prítomnosti vody. Kremík, ktorý je najčastejší prvok v zemskom povrchu, nepôsobí značne  na oxidáciu maziva. Naopak,  železo a meď mimoriadne pôsobia na katalytickú oxidáciu maziva. Veľkosť katalytickej oxidácie maziva železom a meďou závisí od prítomnosti vody. Voda reaguje s kovom, vytvárajú sa peroxidy a voľné radikály, ktoré zapríčiňujú oxidáciu. Našťastie v praxi nárast nečistôt, častíc je kontrolovaný a vhodným spôsobom aj obsah vody, čo je výhodou pre bezpečnú prevádzku strojov, trecích uzlov. Jednoducho platí, že voda a kovové častice musia byť odstránené. Treba pamätať, že samotný stroj vytvára vlastné častice a teda požiadavka na ošetrovanie mazacieho systému je nutná, aby sa udržala určitá vyváženosť prítomných častíc v mazive. Je veľa zariadení a spôsobov na odstraňovanie častíc z maziva, významné sú najmä filtračné zariadenia.

Ošetrovanie oleja v prevádzke

Na životnosť mazív okrem uvedených  aspektov  má mimoriadny vplyv samotná starostlivosť, pozornosť zo strany užívateľa o mazivá v prevádzke strojov a zariadení. Na odstránenie nečistôt sa používajú filtračné zariadenia a mnohé ďalšie separačné technológie, ktoré odstraňujú pevné nečistoty, vodu (vlhkosť) a iné látky, ktoré sa dajú ľahko odstrániť. Technologické zariadenia na odstraňovanie nečistôt sú často limitované ich veľkosťou, ďalej cirkulačným systémom, ako sú napr. mazacie systémy v turbínach, papierenských strojoch, hydraulických zariadeniach a pod. V takýchto prípadoch ide prevažne o mobilné filtračné zariadenia. V praxi sa používajú aj malé čistiace, filtračné zariadenia pre mazacie systémy, aké sú napr. v prevodovkách. Tu sa prevažne používajú stabilne filtračné zariadenia, ktoré sú nainštalované na mazané zariadenia, napr. prevodové skrine. Ide tu o umiestnenie obtokového filtra, ktorý čistí olej počas prevádzky oleja. Je to veľmi efektívny spôsob. Ošetrením, prefiltrovaním sa odstránia nečistoty z mazacieho oleja, ale toto ošetrenie nemôže obnoviť jeho pôvodné funkčné vlastnosti (obnova prísad), ale je tu predpoklad, že sa môže predĺžiť jeho životnosť.

Záver

Na záver treba pripomenúť, že  treba vykonávať prevádzkové kontroly mazív, ktoré majú podstatný vplyv na životnosť maziva. Každá kontrola nám poskytne informácie o mazive, jeho kvalitatívnych ukazovateľoch, mazacom systéme a stave stroja, zariadenia. Dôležitú úlohu tu má tribotechnická diagnostika, stanovenie a výber  ukazovateľov kvality mazív.

Text: Ing. Jozef Stopka, Tribex

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
8 + 4 =
Odoslanie formulára

Tribotechnika_1_2019

TriboTechnika1_2019 by on Scribd