Vznik a působení oxidačních produktů v hydraulickém oleji

Pošta Josef

Oxide products in hydraulic oil go regarded a one of the series incident contamination. Actual conception of degeneracy hydraulic oil is such, but that myself acts about relatively backward, temporal dependent plot, that is one of the plot chief at aggravation functional affection charge. Accordingly is perhaps hydraulic oil longitudinal gently filter.

Development and experience along with operation hydraulic framework administration at a birth green conception about mechanism of degeneracy of hydraulic oil. As big myself indicate plot, chief at birth oxidative growth. The are in all likelihood bottom case knot along with operation fashionable, very well designed and manufactory elaborate of hydraulic systems.

Current allowance enlighten about basic cogitations hereof new approach to knotty.

hydraulic; hydraulic oil; contamination oil; oxidation; filtration; polymer oxide products;

 

 

1. Úvod

Moderní stroje a jejich mechanismy jsou konstrukčně stále lépe propracovány a výrobně precizněji provedeny. Tímto vývojem se postupně mění limitující faktory strojů. To má za následek také zvyšující se nároky na dodržování všech zásad správného používání a údržby strojů.

Uvedené platí beze zbytku také pro hydraulická zařízení. Jejich součásti jsou velmi přesně vyráběny ve velmi úzkých rozměrových a tvarových tolerancích. Obvykle užívaným tlakovým mediem je hydraulický olej minerálního původu. S postupujícím vývojem hydraulických zařízení se právě hydraulický olej stává limitujícím faktorem pro další zvyšování kvality konkrétních hydraulických zařízení. Dosavadní, všeobecně přijímané a uznávané, představy o tribologických jevech v hydraulických zařízeních nevedou vždy k odstranění konkrétních problémů. V této souvislosti se vynořuje řada otázek a pochyb, hledají se nová vysvětlení, mění se dosavadní představy, které nedávají uspokojivé vysvětlení všech vyskytujících se problémů. Za hlavní příčinu provozních problémů bývá považována přítomnost tvrdých velkých částic v oleji. Pro jejich eliminaci se zařazují stále jemnější filtry, problémy však přetrvávají. Zdá se, že "klasické" představy o vlastnostech a funkcích oleje v hydraulickém zařízení bude třeba přinejmenším doplnit a rozšířit.

 

2. Znečištění hydraulického oleje

Problémy s hydraulickými zařízeními byly dosud vždy spojovány s přítomností velkých (> 5 m m, podle některých autorů > 15 m m) tvrdých částic v oleji. Měkké částice, tj. většinou polymerované oxidační produkty, bývají dokonce považovány za dobrý mazací prostředek. Novější studie však prokazují, že právě polymerované polarizované oxidační produkty jsou skutečným nebezpečným znečištěním hydraulického oleje. Důvody a vysvětlení tohoto tvrzení jsou dále stručně shrnuty.

 

 

Vznik oxidačních produktů v hydraulickém zařízení

Ve většině hydraulických zařízení je olej používán po takovou dobu, že nevyhnutelně dojde k oxidaci. Část oxidačních produktů polymeruje a tvoří v oleji nerozpustné kaly. K tomu dochází proto, že v hydraulických zařízeních vzniká teplo, hydraulický olej obsahuje rozpuštěný a rozptýlený vzduch, vlhkost, kovový otěr a ionty kovů, které působí jako katalyzátory a urychlují oxidaci. Polymerované oxidační produkty po době delší než dva roky tvoří hlavní podíl znečištění minerálních hydraulických olejů. Polymerované, polarizované, v oleji a nepolarizovaných kapalinách nerozpustné oxidační produkty velmi pevně ulpívají na povrchu kovů. To způsobuje snižování průtoku. V jejich vrstvě se zachycují tvrdé nečistoty. Takovýto "hrubý" povrch zhoršuje mazání, zvyšuje tření, zvyšuje množství otěru. Existuje tedy přímá spojitost mezi působením měkkého lepivého znečistění a výskytem tvrdého pevného znečištění.

Stick-Slip efekt

Dostanou-li se plochy pokryté lepivou vrstvou polarizovaných oxidačních produktů do kontaktu, dojde k jejich slepení. Při následném pohybu se to projeví vysokým počátečním třením a trhavým pohybem, tzv. Stick-Slip efektem. To je znázorněno na obr. 1.

Nastanou-li v některém prvku hydraulického zařízení tyto trhavé pohyby, přenášejí se na další prvky a efekt se může zesilovat. Výrobky, které jsou vyráběny během této Stick-Slip fáze, jsou defektní. To se často objevuje u hydraulických vstřikovacích lisů.

 

Krátká provozní selhání

Krátká provozní selhání mohou vzniknout také v důsledku přilepení či uváznutí pohyblivých částí, např. pístů ventilů. Jestliže je na povrchu součástí lepivá vrstva polymerovaných oxidačních produktů, může dojít k "vychýlení" pístu, tím k jeho "uváznutí" a provoznímu selhání. K tomu může dojít také tehdy, jsou-li v lepivé vrstvě oxidačních produktů zachyceny tvrdé částice, jejichž velikost je blízká vůli mezi pístem a tělesem. Takovéto "uváznutí" může být uvolněno poklepem na plášť ventilu, nebo tlakovým rázem v zařízení. To se často stává a je to jeden z důvodů, proč se velmi těžko dají určit příčiny takovýchto krátkých provozních selhání.

Selhání zabudovaných filtrů

Konstruktéři chrání hydraulická zařízení zabudovanými filtry, umístěnými v sacích a (nebo) výtlačných větvích. Tím se snaží odstranit co nejdokonaleji “tvrdé” nečistoty, považované dosud za základní příčinu všech provozních problémů s hydraulickými systémy. Polymerované oxidační produkty filtry ucpávají a zhoršují tak činnost hydrogenerátorů. Protože tyto produkty mají velmi malé rozměry, až molekulárního řádu, nemohou být filtrováním z oleje zcela odstraněny. Dostávají se na všechny povrchy hydraulického zařízení, díky své polaritě na nich pevně ulpívají, takže ani při výměně oleje nemohou být zcela odstraněny. To je také jedním z důvodů, proč se i krátce po výměně oleje opakují stejné problémy se zařízením.

Mechanismus vzniku oxidačních produktů

1) V hydraulickém oleji je vždy obsažen vzduch. Ten je nasáván s olejem a v hydrogenerátoru při kompresi dochází ke zvyšování jeho teploty. To podporuje a urychluje vznik oxidačních produktů. Dosahované teploty závisí na stupni komprese a jsou překvapivě vysoké. Lze je stanovit následující úvahou:

Průběh komprese vzduchu v hydraulickém oleji, který je přítomen ve formě jemných bublin, lze považovat za adiabatický děj. Obvykle se jedná o kompresi z počátečního atmosférického tlaku (beztlakové nádrže), předpokládejme, že výchozí teplota oleje v nádrži je pokojová (tj. 293 K). Ze stavové rovnice a z Poisonovy rovnice lze odvodit vztah pro výstupní teplotu v závislosti na poměru výstupního a vstupního tlaku

kde T2 je absolutní teplota vzduchu v bublině na konci adiabatické komprese, K

T1 je absolutní výchozí teplota, K

p2 je tlak na konci adiabatické komprese, MPa

p1 je výchozí tlak, MPa

je Poisonova konstanta, pro vzduch k = 1,4

Vyčíslením pro různé hodnoty výstupního tlaku dostáváme hodnoty výsledné teploty

p2

MPa

2

4

10

20

30

40

T2

K

689

840

1092

1331

1494

1623

T2

oC

416

567

819

1058

1221

1350

Přestože množství tepla je vzhledem k nepatrné hmotnosti vzduchu v bublině malé, podmínky pro oxidaci oleje jsou vzhledem k teplotě, přítomnosti kyslíku, vlhkosti, styku s kovovým otěrem velmi dobré a oxidace nastává.

 

2) Oxidaci oleje napomáhá též olejový filtr, je-li z elektricky nevodivého materiálu. Taková je většina filtrů. Je-li nevodivou vrstvou filtru protlačován nevodivý olej, vzniká elektrostatický náboj. Ten se odvádí výbojem na vodivou část . Tyto výboje mají za následek vznik volných radikálů, které reagují s kyslíkem. Elektrostatický potenciál je tím vyšší, čím je větší tření ve filtrační nevodivé vrstvě. Tedy filtry s jemnějšími otvory mají poněkud paradoxně za následek rychlejší vznik oxidačních produktů. Snaha odstranit “malé” částice (pod 5 m m a menší) vede k urychlování oxidačního znehodnocení oleje uvedeným dějem. Navíc naráží tato snaha na bariéru praktické proveditelnosti, viz obr. 2.

 

 

 

3. Závěry

Z výše uvedených, experimentálně ověřených a potvrzených dějů a představ lze vyvodit hypotézy a závěry, které lze volně shrnout takto:

Pozorování a praktické zkušenosti potvrzují uvedené představy. Reference předních firem potvrzují účinnost zařízení pro čištění hydraulických olejů, založených na těchto představách.

Lze očekávat, že přístup k problematice provozní péče o hydraulická a podobná zařízení se oproti dnes běžné praxi změní.

 

4. Literatura:

1. Prospekty a materiály firmy KLEENTEK

2. Sasaki, A.: Výzkum a řešení problémů v hydraulice. KLEENTEK, Praha, 1996

3. Sasaki, A.: Ošetřování hydraulických olejů. Přednáška na semináři "Metoda elektrostatického čištění olejů - minimalizace příčin hlavních ztrát ve výrobě", 6.6.1996, Dům techniky, Praha

4. Pošta, J.: Technologie údržby a oprav strojů. TF, ČZU, Praha, 1995, 196 s., ISBN 80-213-0248-8

 

Adresa autora:

Česká zemědělská univerzita v Praze

technická fakulta

Doc. ing. Josef Pošta, CSc.

Kamýcká 129

165 21 Praha 6 - Suchdol