wersja mobilna
Online: 726 Środa, 2016.12.07

Temat miesiąca

Dobre smarowanie to zdrowe maszyny

środa, 02 kwietnia 2008 10:26

Smarowanie i nawilżanie to dwa z nieodzownych zabiegów stosowanych w większości maszyn mechanicznych. Rola poprawnej lubrykacji jest często niedoceniana aż do momentu pojawienia się problemów i zatarcia elementów ruchomych maszyn. W artykule omawiamy potencjalne problemy związane z instalacjami olejowymi oraz sposoby wykrywania ich przyczyn.

Spis treści » Co się może zdarzyć?
» Jak walczyć z problemami?
» Pozostałe sposoby analizy
» Pokaż wszystko

Olejowe instalacje przemysłowe w maszynach wbrew powszechnej opinii mają często dużo więcej zastosowań, niż tylko smarowanie mechanizmów. Odpowiednia mieszanka oleju z wodą lub innymi cieczami pozwala także chłodzić albo nawet oczyszczać elementy urządzenia. Smar odpowiedniej konsystencji może również służyć jako uszczelniacz.

Rola, jaką odgrywa odpowiedni stan i skład mieszanki nawilżającej, odkrywana jest niejednokrotnie dopiero w momencie wystąpienia usterki i nieplanowanego przestoju maszyn. Powodowane jest to degradacją składu płynu smarującego, która może wynikać z wielu czynników, takich jak np. praca w wysokich temperaturach, schnięcie pod wpływem powietrza, interakcje z niektórymi gazami, nadmierna wilgotność otoczenia, zanieczyszczenie cząsteczkami stałymi i kurzem, dostanie się do obiegu substancji wykorzystywanych w procesie technologicznym, a nawet nadmiernym promieniowaniem.

Należy także pamiętać, że oleje stosowane w oddzielnych instalacjach smarująco-chłodzących mogą być ze sobą niekompatybilne i ich niekontrolowane mieszanie zazwyczaj prowadzi do obniżenia sprawności obu układów. Czynniki te i inne wpływają na zmianę lepkości i pojawianie się cząsteczek stałych, które są pierwszymi oznakami postępującej degradacji płynu nawilżającego.

 

Co się może zdarzyć?

Jednym z najczęściej spotykanych przyczyn degradacji jakości oleju jest jego utlenianie. Proces ten powoduje zazwyczaj zwiększenie się lepkości oleju i liczby Kottstorfera (liczby kwasowej) oraz znacząco przyspiesza zużycie substancji dodatkowych, które wprowadzane są do roztworu smarującego w celu ograniczenia lub czasami i katalizacji którejś z reakcji chemicznych oddziałujących na elementy maszyny.

Ponadto utlenianie powoduje rozkład podstawy olejowej substancji smarującej, co prowadzi do zatykania filtrów umieszczonych w instalacji i zmniejsza zdolność oleju do pienienia się. Utlenianie się lubrykantu jest również przyczyną powstawania osadów i szlamu oraz rdzy, a także narośli wewnątrz instalacji. Znacząco przyspiesza procesy korozyjne.

Z tych względów ochrona płynu smarującego przed zbyt szybkim utlenianiem się jest jednym z najważniejszych zadań związanych z utrzymaniem tego typu instalacji. Niestety nie istnieją sposoby całkowitego powstrzymanie procesu utleniania, a jedynie takie, które umożliwiają jego spowolnienie. W tym celu do cieczy dodaje się odpowiednie czynniki, które ograniczają nieco utlenianie lub neutralizują produkty procesu utleniania. Pozwala to na wydłużenie czasu pracy zastosowanego oleju.

Drugą przyczyną degradacji jest nadmierna temperatura, która może spowodować np. rozkład płynu. Wysokie temperatury są nie do uniknięcia w przypadku bardzo wielu urządzeń. Dzieje się tak, gdyż jak to zostało wcześniej zaznaczone – olej bardzo często ma za zadanie także odprowadzać ciepło z nawilżanych urządzeń. Pod wpływem wysokiej temperatury możliwe jest także odparowywanie najbardziej lotnych składników płynu chłodzącego, co w efekcie zwiększa jego lepkość oraz ogranicza działanie ulatniających się reagentów.

Ponadto przekroczenie punktu stabilności temperaturowej prowadzi do rozpadu większych cząsteczek na mniejsze, które to następnie przyczyniają się do kolejnych zmian struktury płynu. Przykładowo mogą inicjować polimeryzację, niszczyć niektóre z celowo dodawanych reagentów oraz powodować powstawanie swobodnych nierozpuszczalnych cząsteczek i gazów. W niektórych przypadkach degradacja temperaturowa może wpłynąć na zmniejszenie się lepkości płynu.

Trzecim z omawianych zjawisk są lokalne nagłe wzrosty ciśnienia. Zjawisko to nosi angielską nazwę microdieseling i występuje w wyniku szybkich zmian ciśnienia w płynach. W procesie tym bąbelki powietrza podlegają przemianom adiabatycznym przyczyniając się niekiedy do lokalnych i nagłych wzrostów temperatury na poziomie ok. 1000°C, czego efektem jest powstawanie produktów ubocznych w postaci węglanów. Ich obecność w płynie smarującym jest wysoce niepożądana i przyczynia się do szybkiej degradacji mieszanki.

Kolejnym zjawiskiem jest wreszcie wyczerpywanie się dodatków, jakimi są katalizatory i inne składniki mieszanki olejowej. Proces ten jest dosyć przewidywalny i zupełnie naturalny, gdyż większość z tych dodatkowych składników zmienia swoją postać w czasie, gdy uczestniczą one w reakcjach chemicznych.

Jednakże w celu zabezpieczenia się przed nagłymi zmianami składu warto jest stale monitorować poziom poszczególnych składników i odpowiednio go regulować. Jest to tym bardziej ważne, gdy w procesie katalizacji składniki te przechodzą w inne produkty reakcji chemicznych, które następnie muszą być neutralizowane za pomocą kolejnych dodatków. Z tego względu pełen monitoring poziomów składników dodatkowych może być skomplikowanym zadaniem.

Innym dosyć niespodziewanym zjawiskiem jest gromadzenie się ładunków elektrostatycznych wewnątrz płynu chłodzącego. O ile w przypadku czystego lubrykantu problem ten występuje rzadziej, gdyż jednolita substancja może szybko i bezproblemowo przepływać przez ciasne przepusty, to jeżeli płyn będzie zanieczyszczony, a do tego suchy, tarcie międzycząsteczkowe w płynie może prowadzić do powstawania różnic potencjałów pomiędzy poszczególnymi obszarami płynu.

W efekcie nagromadzenia się ładunków powstają iskry o temperaturze 10 tys. do 20 tys. °C, które uderzają najczęściej w ostre powierzchnie i filtry mechaniczne powodując ich trwałe uszkodzenia. Uszkodzenia te mogą prowadzić do oderwania się cząsteczek materiału, z jakiego zbudowane są niszczone fragmenty instalacji i dostania się ich do mieszanki chłodząco-smarującej.

Ostatnią ale dosyć oczywistą przyczyną obniżenia jakości smaru są zanieczyszczenia ciałami stałymi. Wolne cząsteczki metali takich jak żelazo i miedź są katalizatorami procesu rozkładu miedzi, z której często wykonywane są elementy urządzeń mechanicznych. Prowadzi to do jeszcze szybszego procesu rozkładu miedzi, który znacząco pogarsza parametry fizykochemiczne lubrykantu.

Do nawilżacza mogą także dostawać się różnego rodzaju cząsteczki z poza instalacji – choćby te przenoszone w wodzie lub przez powietrze. Dlatego też, o ile to tylko możliwe – warto jest stosować zamknięte instalacje chłodzące, w których dostęp wody i powietrza z zewnątrz jest ściśle ograniczony lub zminimalizowany do zera.

Miliony złotych za zatkany zawór

Pewna fabryka stosowała urządzenia hydrauliczne, które pracowały z wykorzystaniem mieszanki oleju i wody jako płynu smarującego. Roztwór ten w 98% składał się z wody, w której rozpuszczony był olej oraz z którą zmieszano trochę nierozpuszczalnego oleju hydraulicznego. System działał prawidłowo aż do momentu, gdy filtry zaczęły się szybko zapychać czarną, smolistą substancją. Ponieważ problem ten nie został zdiagnozowany i usunięty, po pewnym czasie zapchał się jeden z zaworów grzybkowych, powodując poważne uszkodzenie prasy hydraulicznej.

Usterka stała się powodem wstrzymania pracy całej fabryki na dwa dni, przyczyniając się do strat rzędy kilku milionów złotych. W celu określenia źródła osadów zatrudniono zespół ekspertów, którzy przeprowadzili wiele z testów omówionych w niniejszym artykule. Okazało się, że przyczyną problemów było nadmierne utlenienie oleju, które prowadziło do powstawania nierozpuszczalnych cząsteczek gromadzących się w postaci lepkiej masy. Niemniej, do wyjaśnienia całej genezy problemu należało jeszcze stwierdzić, co jest przyczyną nadmiernego utlenienia oleju – szczególnie, że cały płyn w instalacji hydraulicznej był wymieniony na krótko przed wystąpieniem awarii.

Okazało się, że osad składa się głównie z organicznych tlenków i fosforanów oraz tlenku żelaza, który stanowił na aż 20% masy osadu. Ten ostatni czynnik pozwolił odkryć, że to znaczące podniesienie się poziomu Fe3O4 w jeziorze, z którego pobierano wodę do było jedną z głównych przyczyn awarii. Związek ten katalizował reakcję utleniania oleju, która prowadziła do powstawania osadu i zatykania filtrów. Jednocześnie stosowany antyutleniacz – dialkiloditiofosforan cynku okazał się być niestabilny w środowisku wodnym i wcale nie spełniał swojej roli, a jedynie rozkładał się na odnalezione w osadzie fosforany.

W celu przywrócenia maszyn do działania dwukrotnie przepłukano całą instalację oraz zainstalowano specjalny filtr oczyszczający wodę z jeziora z nadmiernej ilości Fe3O4. Zaprzestano też stosowania oleju hydraulicznego, który zawierał wspomniany przeciwutleniacz. Odkąd podjęto te działania system przestał się zatykać i działał w pełni sprawnie.



 

Powiązane artykuły

Centralne systemy smarowania

zobacz wszystkie Nowe produkty

Przemysłowe anteny M2M na pasma 450...490 MHz i 880...960 MHz

2016-12-07   |
Przemysłowe anteny M2M na pasma 450...490 MHz i 880...960 MHz

Firma Laird opracowała serię anten Yagi YF adresowanych do przemysłowych systemów M2M wymagających monitorowania danych ze zdalnych czujników i zapewnienia ciągłej łączności z terminalami RTU. Są to anteny przeznaczone do pracy w trudnych warunkach środowiskowych.
czytaj więcej

2- i 4-kanałowe karty rejestracji obrazu GigE Vision PoE+

2016-12-07   | Guru Control Systems
2- i 4-kanałowe karty rejestracji obrazu GigE Vision PoE+

PCIe-GIE72 i PCIe-GIE74 to nowe karty akwizycji obrazu w ofercie Adlink Technology, zawierające odpowiednio 2 i 4 gniazda do współpracy z kamerami z interfejsem GigE Vision obsługującym standard PoE+. Mogą znaleźć zastosowanie aplikacjach widzenia maszynowego.
czytaj więcej

Nowy numer APA