Dobre smarowanie to zdrowe maszyny

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.