Tribotechnické listy

 

 

Monitorování potenciálu oleje k tvorbě úsad v olejových systémech

Mazací oleje vystavené zvýšené teplotě a vzdušnému kyslíku degradují za tvorby úsad, které mohou být různého charaketru.Tyto úsady jsou  v určité fázi vývoje silně lepivé a působí velké problémy  v regulačních systémech, ale i v třecích dvojicích. Je proto velmi důležité spolehlivě monitorovat jejich tvorbu a potenciál oleje k jejich tvorbě. Standardní analytické metody postihující degradaci (stárnutí) olejů, např. stanovení čísla celkové kyselosti TAN, tento potenciál dobře nevystihují. Je potřeba využít výsledků více metod, metody nové nebo upravit metody používané.

 

Úsady v olejových systémech
Degradace (stárnutí) mazacích olejů vlivem zvýšených teplot a vzdušného kyslíku je chemická reakce, do které se zapojují jak přísady, tak základový olej. V první fázi vznikají látky rozpustné v oleji, které se mohou shlukovat, dále reagují za vzniku výšemolekulárních produktů, které jsou v oleji rozpustné pouze částečně a mohou již z oleje vypadávat. Další reakce vede k produktům v oleji nerozpustným, které z oleje mohou vypadávat a tvořit úsady v olejových systémech. Podle podmínek, charakteru a délky degradačních reakcí jsou výsledné produkty měkké a  lepivé nebo tvrdé a křehké nebo cokoliv mezi tím. V mazacích systémech především turbín byly nalezeny tyto úsady : tmavé snadno praskající povlaky na ucpávkách, tmavě žluté přilnavé povlaky na ventilech, uhlí připomínající úsady na ložiskových kompozicích, hnědé lepivé úsady na olejových filtrech, černé strupaté úsady na površích ucpávek axiálních ložisek, karbonové zbytky na pohybujících se površích.

 

als1

 

 als2

Co způsobují
Zásadní problémy způsobené těmito úsadami jsou neplánované odstávky strojů, jejichž výsledkem jsou velké ztráty. Konkrétně dochází k váznutí ventilů, opotřebení ložisek, ucpávání filtrů, zanášení potrubí a hadic, poškození těsnění, snížení výkonu ohřevu, resp. chladičů oleje a dalším problémům způsobeným vypadáváním úsad z oleje. Produkty degradace oleje jsou polární látky, které mají tendenci adsorbovat na kovové povrchy a  „nabalovat" na první vrstvu další a další vrstvy.

 

Jak předcházet vzniku úsad
Pokud je zjištěn zvýšený potenciál oleje ke tvorbě úsad, je nutné velmi rychle aplikovat takový způsob čištění oleje, který je schopen vedle částic odstraňovat z oleje i produkty jejich degradace. Osvědčeným prostředkem je elektrostatické čištění oleje (1). Podle některých názorů (2) je nutné aplikovat také takovou metodu čištění, která odstraňuje i rozpustné produkty degradace - adsorpční filtrace, ion charge bonding. Oba postupy eliminují z olejů polární složky a i když je jejich funkce podložena tvrzením, že neodstraňují aditiva, je třeba to vždy ověřit.

 

Vhodné metody pro monitorování potenciálu ke tvorbě úsad
Zatím jako nejjistější se ukazuje kombinace několika metod a určení výsledného potenciálu ke tvorbě úsad z korelace mezi výsledky jednotlivých metod. Tribologické laboratoroře ALS v severní Americe využívají ke sledování tzv. Varnish Potential balíček šesti různých metod.:
Kapková zkouška - pokud se po kápnutí jedné kapky dobře promíchaného oleje na filtrační papír Whatman vytvoří tmavý vnitřní kruh, znamená to právě zvýšenou hodnotu potenciálu. Hodnotí se podle závažnosti úroveň od 1 do 5.
Měření barvy oleje - jde o standardní zkoušku podle ASTM D 1500 s hodnocením 0 až 8.
Stanovení pomocí odstřeďování - vzorek oleje se odstřeďuje v odstředivce s velkými otáčkami a podle hmotnosti a zbarvení úsad na dně zkumavky po odstřeďování se vyhodnocují stupně 1 až 8.
Membrane Patch Colorimetry - vzorek oleje se filtruje přes membránu s velmi malými póry (0,45 μm) a pak se vyhodnocuje zbarvení membrány pomocí speciálního kolorimetru iLab. Čím větší je potenciál oleje ke tvorbě úsad, tzn. čím více olej obsahuje produktů degradace, které se již zachytí na membráně, tím větší je odečet kolorimetru. Kolorimetr vyhodnocuje zbarvení membrány způsobené zachycenými produkty degradace. Podle naměřené hodnoty se rozlišují 4 stavy oleje : normální, zhoršený, abnormální a kritický. A zároveň se stanoví hmotnost celkových nečistot zachycených na membráně.

 

als3

 

als4


Stanovení kódu čistoty oleje podle ISO 4406:1999, tzn. vyhodnocení počtu nečistot v oleji ve velikostních třídách >4 μm, >6 μm a >14 μm.
Stavení obsahu antioxidantů přístrojem RULER - v americké normě ASTM D 6971 je popsáno stanovení zbytkové životnosti oleje (z anglického Remaining Useful Life Evaluation Routine je také odvozen název přístroje). Metoda byla vyvinuta kvůli možnosti stanovení antioxidantů v moderních turbínových olejích, ve kterých je kromě klasického antioxidantu typu stíněný fenol používán ještě antioxidant aminického typu. Stanovení je založeno na voltammetrii, vzorek použitého oleje se porovnává s nepoužitým olejem stejného typu. Výsledkem je obsah antioxidantů v relativních procentech. Na obrázku 6 je typický výsledek stanovení obsahu antioxidantů přístrojem RULER.

 

als5

 

als6

 

Vyhodnocení Varnish Potential
Po provedení všech testů se vyhodnotí vzájemná korelace a výsledkem je stanovení úrovně Varnish Potential analyzovaného oleje. Tyto úrovně mohou být čtyři: nízká, střední, zvýšená a vysoká. Podle toho, jaká úroveň je stanovena, je uživateli oleje doporučen další postup. Při nízké úrovni není nutné měnit pravidelné kontroly, při střední úrovni je doporučeno zkrátit interval odběru vzorků, při zvýšené úrovni příprava nápravné akce a při vysoké úrovni okamžitý zásah.

 

Rutinní hodnocení Varnish Potential
Výše popsaný způsob je komplexním přístupem k hodnocení Varnish Potential, který je rozhodně na místě v případě hodnocení olejů z plynových turbín. Oleje jsou vystaveny vysokým teplotám a moderní turbínové oleje vyrobené ze základových olejů skupin II a III vybavené kombinacemi antioxidantů mají sice vynikající termooxidační stabilitu, ale mají také tendenci ke konci své životnosti k náhlé změně vlastností. Zatímco tradiční turbínové oleje stárnou postupně a jejich stav lze spolehlivě monitorovat, moderní turbínové oleje mění své vlastnosti dlouhou dobu velmi málo a pak dochází k výše popsanému zlomu.

 

 als0


V případě sledování hydraulických olejů a turbínových olejů z jiných typů turbín než plynových, kdy nejsou provozní podmínky tak drastické, není změna vlastností tak náhlá. Proto je možné Varnish Potential sledovat i méně náročně. Zatím nejlépe se osvědčuje vyhodnocování barvy membrán po stanovení celkových nečistot, případně doplněné srovnávací FTIR analýzou. Jako příklad mohu uvést vzorek, jehož infračervené spektrum je uvedeno na obrázku 8. Membrána připravená z tohoto vzorku je na obrázku 9, kolorimetr iLab ukázal hodnotu 66, což je hodně přes limit kritického stavu. Jedná se o hydraulický olej typu HM, který je trvale vystaven velmi těžkým provozním podmínkám.
  

als8

 

als9

                                        

Ukazuje se, že pravidelné sledování potenciálu oleje ke tvorbě úsad v systému (tzv. Varnish Potential) je důležitou součástí tribotechnické diagnostiky, zvláště u turbínových a hydraulických olejů, ale i ostatní typy olejů lze výše popsanými metodami sledovat.

 


Ing. Vladimír Nováček

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
9 + 2 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd