Prodloužení životnosti olejů a strojů sledováním kondice oleje

Ke sledování kondice oleje jsou ideální dvě novinky v oblasti analýz olejů – metoda MPC a měření antioxidantů RULER. Obě tyto metody jsou výsledkem dlouholetého vývoje analytických metod a požadavků výrobců a provozovatelů zařízení na rychlou, přesnou a jednoduchou analýzu, která poskytne během několika minut jasnou informaci o kondici oleje, jež bezprostředně ovlivňuje provozní parametry strojů – prostoje, poruchy, kvalitu výroby či opotřebení komponent.

Výsledky měření přístroje RULER. Červená čára odpovídá vzorku použitého oleje, šedá linka referenčnímu vzorku nového oleje. Je vidět, že fenolický antioxidant je na úrovni 16,6 % nového oleje, zatímco aminický antioxidant je na úrovni 76,3 % nového oleje. Klikněte pro zvětšení na obrázek.

Úsady (resp. přesnější anglický výraz varnish) je tzv. měkké znečištění způsobené degradací oleje a přísad. Úsady zvyšují tření na pohyblivých součástech. Produkty oxidace oleje jsou lepivé a podobně jako mucholapka na sebe zachytávají větší částice tzv. tvrdého znečištění. Vytvářejí tak povrch připomínající smirkový papír. Vyšší tření na povrchu zasaženého i okem neviditelnou mikroskopickou vrstvou úsad znamená lokální zvýšení teploty, zvýšené namáhání stroje, rychlejší opotřebení a v důsledku rychlejší degradaci oleje a vznik dalších úsad. Úsady negativně ovlivňují zejména ventily, čerpadla, hydromotory, ložiska, filtry, soukolí převodovek, teplosměnné povrchy chladičů a ohřevu oleje, ucpávky atp.

Typické projevy úsad:

• zasekávání ventilů;
• trhavý pohyb hydraulik (slip-stick efekt);
• zvýšené opotřebení;
• snížená účinnost chlazení způsobující přehřívání strojů;
• zkrácená životnost filtrů;
• zkrácená životnost oleje;
• úniky oleje.

Maziva procházejí v posledním desetiletí dramatickými změnami. Postupně se na trhu objevují oleje s vylepšeným chemickým složením, které poskytuje vyšší výkonnost oproti výkonu maziv v nedávné minulosti. Výměna tradičního oleje za moderní formulaci nebo jejich postupné mísení však může přinést neočekávané problémy. Těmto problémům lze předcházet, ale je nutné aktualizovat desítky let zavedené postupy a zavést nový soubor pravidel pro jejich sledování a údržbu.
Sledování životnosti průmyslových maziv se dosud provádělo dobře zavedenými testy, které poskytovaly včasné varování před problémy, tak, aby měl uživatel dostatek času pro přijmutí proaktivních opatření ještě před negativním dopadem na spolehlivost zařízení. Moderní maziva v případě, že dojde k vyčerpání antioxidantů, mohou degradovat velice rychle. V důsledku toho většina standardních olejových analýz neposkytuje žádné varování o tom, kdy začne olej degradovat a vytvářet úsady.

Z moderních olejů tak díky jejich nižší rozpouštěcí schopnosti nerozpustné produkty degradace vypadávají a tvoří úsady častěji než u tradičních olejů.

MPC (Membrane Patch Colorimetry) nabízí možnost měření a sledování množství nerozpustných nečistot v oleji a umožňuje tak předem upozornit na nebezpečí tvorby úsad v kritických komponentech strojů a zařízení. Přitom definuje potenciál oleje k tvorbě úsad, resp. příčinu vedoucí k většině problémů strojů a zařízení.
RULER (Remaining Useful Life Evaluation Routine) je patentovaná zkušební metoda měření zbývající životnosti maziv. Přístroj RULER měří úroveň antioxidantů v mazivech a poskytuje tím klíčovou informaci o schopnosti oleje odolávat namáhání a oxidaci.

Technologie RULER poskytuje snadný způsob, jak určit zbývající životnost maziv stanovením hladiny antioxidantů v olejích a mazivech. RULER identifikuje typ antioxidantů v oleji a porovnáním výsledků s novým olejem umožňuje určit, kolik antioxidantů bylo vyčerpáno. Pokud známe stáří oleje či proběh motohodin, jsme schopni určit i zbývající životnost oleje.

Dříve se používaly v turbínových olejích antioxidanty výhradně fenolického typu, jejichž kvantitativní analýzu bylo možné provádět například pomocí FTIR. U moderních typů olejů se využívá komplex stíněných fenolů a aromatických aminů. U řady dalších průmyslových maziv či v motorových olejích se používají antioxidanty na bázi zinku. Právě pro přesné kvantitativní stanovení obsahu antioxidantů aminového typu vznikla laboratorní metoda RULER. V tuto chvíli také jde o jedinou přesnou a komerčně dostupnou metodu stanovení obsahu antioxidantů všech zmíněných typů.

Technologie RULER využívá pro měření voltametrie a je navržena tak, aby sledovala jednotlivé antioxidanty. Není proto nutné vědět, jaká aditiva výrobce použil při výrobě oleje a podle toho volit vhodnou laboratorní metodu. Unikátní odolná konstrukce přístroje RULER View byla přizpůsobena k tomu, aby přístroj bylo možné používat i mimo laboratoř, aby bylo možné získat rychlé a přesné výsledky přímo v provozu.

V současnosti existují mimo jiné tyto ASTM normy založené na technologii RULER:

• ASTM D7527 – Standard Test Method for Measurement of Antioxidant Content in Lubricating Greases by Linear Sweep Voltammetry;
• ASTM D7590 – Standard Guide for Measurement of Remaining Primary Antioxidant Content in In-Service Industrial Lubricating Oils by Linear Sweep Voltammetry;
• ASTM D6810 – Standard Test Method for Measurement of Hindered Phenolic Antioxidant Content in Non-Zinc Turbine Oils by Linear Sweep Voltammetry;
• ASTM D6971 – Standard Test Method for Measurement of Hindered Phenolic and Aromatic Amine Antioxidant Content in Non-zinc Turbine Oils by Linear Sweep Voltammetry.

Pro vlastní měření postačí vzorek oleje menší než kávová lžička – od 200 do 600 µl. Vzorek oleje se promísí se zkušebním roztokem, do nějž se následně vloží měřicí elektroda. Potom je možné pomocí dotykové obrazovky spustit vlastní měření, které zabere cca 20 sekund. Výsledky se v přehledné formě zobrazí přímo na obrazovce tabletu a pomocí bezdrátových technologií je možné odeslat výsledek na firemní server, na tiskárnu nebo e-mailem ve formátu PDF. Měření lze po očištění elektrody opakovat.

Jakmile se spustí degradace antioxidantů v mazivu, prvním fyzickým dopadem na mazivo je produkce velmi malých submikronových částic nečistot. Tyto částice se mohou skládat z produktů degradace základových olejů, ale v počátečních fázích vývoje se častěji jedná o degradované antioxidanty.

MPC nabízí možnost měření a sledování množství nerozpustných nečistot v oleji a umožňuje tak předem upozornit na nebezpečí tvorby úsad v kritických komponentech strojů a zařízení tím, že definuje potenciál oleje k tvorbě úsad, resp. příčinu vedoucí k většině problémů strojů a zařízení.

MPC je relativně jednoduchá a přímočará zkouška, kterou je možné provádět i v provozu. Padesát mililitrů vzorku oleje se smíchá se stejným množstvím rozpouštědla a filtruje se přes laboratorní membránu s póry o velikosti 0,45 µm. Kolorimetr vyhodnocuje zbarvení membrány způsobené zachycenými nerozpustnými nečistotami a produkty degradace. Čím vyšší je změřená hodnota ΔE kolorimetrem, tím vyšší je znečištění oleje a tím vyšší je zároveň i potenciál k tvorbě úsad v olejovém systému (Varnish Potential).

Jinými slovy – čím je membrána po průchodu vzorku oleje světlejší, tím nižší je hodnota změřená kolorimetrem a tím vyšší bude spolehlivost a životnost strojů a zařízení. Pro metodu MPC od prosince 2012 platí mezinárodní norma ASTM D7843. Podle naměřené hodnoty je možné snadno zařadit stav oleje do jedné z následujících skupin:

• normální stav, ΔE < 15;
• zhoršený stav, ΔE = 15–30;
• abnormální stav, ΔE = 30–40;
• kritický stav, ΔE > 40.

V praxi se pro hodnocení kondice olejů stále hojně využívají metody měření množství částic v definovaném množství vzorku oleje, které však principiálně nepostihují produkty degradace oleje, protože kód čistoty vyhodnocuje pouze částice větší než 4 nebo 5 µm. Hodnocení kondice oleje na základě kódu čistoty NAS 1638, resp. ISO 4406 tak nepřináší podstatnou část informace o oleji, kterou bychom mohli využít pro odhalení a prevenci příčin prostojů a poruch strojů a zařízení.

Kolorimetrie MPC a RULER představují jednoduché nástroje pro vyhodnocení kondice oleje a potažmo i kondice stroje. Testy jako RPVOT, číslo kyselosti a viskozita poskytují jen malou vypovídací hodnotu pro detekci počínající degradace moderních olejů. Většina z těchto moderních maziv nedegraduje lineárně, ale mají potenciál k rychlému selhání ke konci své životnosti.

Metoda RULER identifikuje vyčerpání antioxidantů a poskytuje kritickou informaci, kdy olej začne exponenciálně degradovat. MPC měří tvorbu těchto degradačních produktů a umožňuje uživatelům odhadnout, kdy se začnou usazovat v mazacím systému.

Metody RULER a MPC přinášejí uživateli zásadní informace o příčinách většiny negativních projevů strojů. Jsou nástroji pro prevenci a predikci vzniku úsad v olejovém systému. V důsledku přinášejí provozovateli finanční úspory plynoucí z optimálního využití vlastností moderních maziv, snížení nákladů na údržbu a prodloužení životnosti zařízení. Z výše uvedených důvodů by se měly stát nedílnou součástí všech programů sledování kondice olejů.

Pravidelné sledování čistoty olejů a potenciálu k tvorbě úsad, zbývající životnosti oleje a úbytku antioxidantů je důležitou součástí pravidelné údržby stroje a je nástrojem pro snižování nákladů spojených s provozem strojů a zařízení, eliminaci prostojů a zvýšení produktivity, efektivity a kvality výroby.

Ing. Jan Novák

Intribo

novak@intribo.com
www.intribo.com