Tribotechnické listy

 

 

Diagnostika hydraulických olejov

Význam hydraulického oleja, v rámci balíka mazív, ktoré firmy nakupujú, je často podceňovaný, resp. nedocenený. Nákupca sa snaží nakúpiť čo najlacnejší produkt a odôvodňuje to takto: „Veď je to len obyčajná tlaková kvapalina. Tak načo kvalitnejší a drahší produkt?" Toto je síce častá, ale mylná predstava o funkcii oleja v hydraulickom systéme. Jeho prvotnou úlohou je prenos síl v hydraulickom systéme. Zároveň má mazaciu funkciu  (maže jednotlivé prvky systému, čerpadlá, hydromotory, ventily) a ochrannú funkciu (chráni systém pred koróziou).

 

Keďže funkcie hydraulického oleja sú špecifické, špecifická je aj jeho diagnostika. K základným parametrom, ktoré sa  stanovujú, patrí podobne ako u iných olejov, kinematická viskozita pri 40°C a pri 100°C. Viskozita je u hydraulických olejov mimoriadne dôležitá. Ak je príliš nízka  môže spôsobiť nadmerné opotrebovanie jednotlivých hydraulických prvkov. Príliš vysoká viskozita je zase príčinou tzv. lenivej hydrauliky, keď  hydraulika reaguje omnoho pomalšie, ako by reagovala s olejom správnej viskozity. Je dôležité viskozitu zmerať pri dvoch rôznych teplotách (obvykle sa volia teploty 40°C a 100°C), aby sa dal vypočítať viskozitný index. Tento parameter je obzvlášť dôležitý u hydrauliky, pracujúcej pod holým nebom, teda v prostredí, kde sa menia teploty medzi dňom a nocou, medzi letom a zimou. Zväčša ide o mobilnú hydrauliku, ale môže ísť napr. aj o železničné zabezpečovacie a signalizačné zariadenia, ako aj stavidlá nádrží a priehrad, ovládané hydraulikou, kde tento parameter nesmieme podceniť. Čím je vyšší viskozitný index, tým je menšia závislosť viskozity od teploty. Laicky povedané, čím je teplota nižšia, tým menej olej „hustne" a čím je teplota vyššia,   tým menej  olej „redne".

 

agip


Veľmi dôležitým parametrom, ktorý sa u hydraulických olejov stanovuje, je kód čistoty. Tento parameter nemá praktický význam u iných olejov, okrem hydraulických a turbínových. Pre hydraulický systém je ale podstatné, aký čistý je olej v ňom. Nečistoty, a to aj čiastočky omnoho menšie, ako je hranica viditeľnosti voľným okom, môžu spôsobiť vážne poruchy hydraulického systému. Najvážnejšou poruchou je asi zalepenie ventilov, ktoré regulujú prietok oleja v jednotlivých vetvách systému. Ich zlyhanie môže mať fatálne dôsledky, a to najmä napr. v leteckej hydraulike, alebo v  železničných zabezpečovacích zariadeniach. Čím je hydraulický systém jemnejší, presnejší a dôležitejší, tým vyššie sú nároky na čistotu oleja v ňom. Na svete sa používajú 3 hlavné systémy vyhodnocovania meraní kódu čistoty, a to ISO 4406, NAS 1638 a SAE AS 4059, v Európe hlavne prvé dva. V minulosti sa na počítanie častíc vo vzorke oleja používali mikroskopy a rastrové mriežky. Dnes ich nahradili laserové počítačky častíc, pracujúce na princípe prerušenia svetelného toku. Preto napr. kód čistoty podľa ISO 4406 do roku 1999, keď bol stanovovaný pomocou rastrovej mriežky a mikroskopu, bol zložený len z dvoch čísel. Predstavoval označenie, ktorému v kódovej tabuľke zodpovedal počet častíc väčších ako 5 μm a väčších ako 15 μm v 1 ml vzorky. Pri využití laserových počítačiek častíc je od roku 1999 kód trojčíselný a v kódovej tabuľke sa dá každému kódovému číslu priradiť počet častíc > 2 μm, > 4 μm a > 14 μm.
Pri určovaní kódu čistoty podľa NAS 1638 sa sleduje počet častíc vo veľkostných kategóriách 5 - 15 μm, 15 - 25 μm, 25 - 50 μm, 50 - 100 μm a > 100 μm v 100 ml vzorky. Kódové číslo sa priraďuje pre každú veľkostnú kategóriu zvlášť a výsledný kód čistoty zodpovedá najhoršiemu kódovému označeniu z jednotlivých veľkostných kategórií častíc. Kód čistoty podľa SAE AS 4059 sa v Európe prakticky nevyužíva, a preto mu nebudeme venovať väčšiu pozornosť. Veľmi dôležitým parametrom, ktorý sa v hydraulických olejoch stanovuje, je obsah vody. Keďže sa tu vyžaduje veľmi presné stanovenie obsahu vody v oleji, používa sa na tento účel veľmi citlivá coulometrická metóda (Karl Fischer). Každý olej, aj hydraulický, je hygroskopický, teda pohlcuje vodu z okolitého ovzdušia. Olej je schopný pohltiť určité množstvo vody, ktoré je charakteristické pre každý typ oleja. Každé ďalšie množstvo vody nad túto hodnotu sa už v oleji neudrží a uvoľňuje sa vo forme voľnej vody. Maximálne množstvo vody, ktoré olej pohltí bez toho, aby sa z neho začala vylučovať voľná voda, sa nazýva saturačný bod. Ten sa pohybuje u hydraulických olejov na minerálnej báze niekde okolo hodnoty 250 ppm. Takže stanovenie obsahu vody napovie aj o riziku vylučovania voľnej vody z oleja do hydraulického systému. Samozrejme, hydraulické oleje s detergentno-dispergačnými prísadami sú schopné do seba pohltiť omnoho väčšie množstvo vody, až 2 %, bez toho, aby sa zmenili ich úžitkové vlastnosti (okrem schopnosti odlučovať vodu).
Z „klasických" metód sa ešte využíva stanovenie čísla kyslosti. Tu je však pri vyhodnocovaní  oveľa dôležitejšia zmena tohto parametra, ako jeho absolútna hodnota, lebo napr. niektoré aditíva môžu pri testovaní oleja reagovať kyslo a skresliť tak výsledok. Zohľadniť treba aj to, či ide o "klasický" olej s obsahom zinku, presnješie ZnDTP, alebo o tzv. bezzinkový (bezpopolovinový). Zmena tohto parametra hovorí o termo-oxidačných zmenách oleja, ktorých dôsledkom je vznik voľných karboxylových kyselín v oleji.
Je vhodné, keď sa tieto degradačné zmeny potvrdia infračervenou spektroskopiou. Keď sa v oblasti spektra pri vlnočte okolo 1650 cm-1 objaví pík, tento predstavuje vibráciu karbonylovej skupiny (C=O), ktorá patrí aldehydom, ketónom a karboxylovým kyselinám, ako produktom oxidačného starnutia oleja. Je jasné, že olej podlieha tepelno-oxidačným zmenám. Ak súčasne stúplo aj číslo kyslosti oleja, možno očakávať, že sa blíži výmena, alebo aspoň čiastočná výmena oleja. Z infračerveného spektra je možné zistiť aj prítomnosť vody v oleji a porovnaním spektier často aj prítomnosť cudzích látok, kontaminantov. Na tieto merania sa využívajú infračervené spektrometre   s Fourierovou transformáciou. Software k nim umožňuje vzájomné porovnávanie nameraných spektier. Tiež umožňuje porovnať neznámu vzorku oleja s tzv. knižnicou spektier, kde sa dá s určitou pravdepodobnosťou zistiť, o aký konkrétny olej ide.
Z moderných metód sa využíva ešte stanovenie oterových a aditivačných prvkov pomocou emisnej, alebo absorpčnej atómovej spektroskopie. Väčšinou sa využíva optický emisný spektrometer s indukčne viazanou plazmou (OES-ICP). Táto analýza poskytne obraz o tom, ako sa spotrebúvajú hlavné aditíva, predovšetkým fosfor a zinok (okrem nich ešte Ba, Ca, Mg a Mo). Informuje aj o tom, či v niektorej časti systému neprebieha proces nadmerného trenia a opotrebovania. Na základe znalosti konštrukčných materiálov a legovacích prvkov v nich sa dá usúdiť, ktorá časť systému sa nadmerne opotrebúva. Touto metódou sa stanovujú tieto oterové prvky: Fe, Al, Cr, Cu, Sn, Pb, Ag, Ti, Ni, W, V. OES umožní aj stanovenie nečistôt, teda prvkov Si, Na a K.
V prípade nejasností, alebo v hydraulických sústavách mimoriadnej dôležitosti, sa  využíva ferografia. Je to technika na analyzovanie úlomkov a oteriek, vznikajúcich v dôsledku opotrebovania. Je založená na separácii častíc, oddelených v priebehu opotrebovania trecích partnerov do oleja. Princípom ferografických analýz je mikroskopické posúdenie produktov opotrebovania feromagneticky izolovaných z analyzovanej vzorky. Na definovanie režimu opotrebovania sa posudzujú nasledovné charakteristiky izolovaných produktov: pozícia častice na vytvorenom ferograme, orientácia hlavného rozmeru častice, tvar častice, charakteristiky povrchu častice - farba, ryhovanie, pitting a pod. Morfológia častice napovie napr., či je častica čerstvá (má ostré hrany a vznikla vytrhnutím materiálu v nedávnej dobe), alebo prúdi v s olejom v systéme už dlhší čas (má zaoblený tvar, obrúsené  hrany). Z morfológie častíc sa dá zistiť aj jej pôvod, či je to častica adhezívna, abrazívna atď., a spolu s inými metódami sa dá približne zistiť, kedy a v ktorej časti systému častica vznikla a aké sily to spôsobili.
Kombinácia „klasických" a moderných elektronických metód nám poskytne dostatočný obraz nielen o stave oleja, ale aj o hydraulickom systéme. To nám umožní včas zareagovať na možné riziká. Ako sme už v minulosti písali, je tu zohľadnený hlavný princíp prediktívnej údržby: „Je jednoduchšie a lacnejšie poruchám predchádzať, ako ich opravovať."

 


Ing. Peter Dálik

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
4 + 2 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd