Spolehlivost strojů vyjádřená normou ASTM D7843

Problémy mazání, zasekávání ventilů, rychlé opotřebení a tvorba úsad v kritických částech olejových systémů jsou příčinou dlouhých prostojů, snížené produktivity a nejdražších provozních problémů vůbec. Je proto důležité a podstatné definovat jejich příčiny.

Většinu problémů způsobuje špatná kondice oleje, která je tvořena znečištěním a degradací oleje. Jednoznačně tedy platí souvislost mezi kondicí oleje a kondicí stroje. Kleentek se fenoménem degradace oleje a tvorby úsad, resp. souvislostí kondice oleje a kondice stroje zabývá více než čtyři desetiletí. Stanovení potenciálu k tvorbě úsad a aplikace technologií na odstranění či zabránění vzniku úsad je základním nástrojem optimalizace spolehlivosti a produktivity strojů.

Úsady (resp. výstižnější anglický výraz varnish) představují v tribotechnické terminologii tzv. měkké znečištění a poznáme je podle typického zabarvení – od hnědé po černou. Úsady negativně ovlivňují zejména ventily, čerpadla, hydromotory, ložiska, filtry, soukolí převodovek, teplosměnné povrchy chladičů a ohřevu oleje, ucpávky apod.

Měkké znečištění je tvořeno degradací oleje zejména působením zvýšených teplot a kyslíku, tedy produkty:
• degradace základového oleje;
• degradace aditiv – přísad.
Díky oxidaci oleje vznikají v oleji volné radikály, které chemicky reagují a začnou tvořit kyseliny, alkoholy, estery a další nežádoucí chemické látky, které dále reagují a mohou se shlukovat, díky čemuž začnou z oleje vypadávat. Další reakce vedou už k produktům degradace v oleji nerozpustných, které pak začnou tvořit úsady různých forem v olejovém systému – od měkkých rosolovitých přes lepivé kaly až po tvrdé a lesklé laky.

Úsady narušují mazací film a zvyšují tření na pohyblivých součástech. Produkty oxidace oleje jsou také velice lepivé a podobně jako mucholapka na sebe nachytávají větší částice tzv. tvrdého znečištění. Vytváří se 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 toho i rychlejší degradaci oleje a vznik dalších úsad.

Typické projevy úsad:

• zasekávání ventilů;
• trhavý pohyb hydraulik (slip-stick efekt);
• zvýšené opotřebení – zejména ložisek a převodovek;
• snížená účinnost chlazení způsobující přehřívání strojů;
• zkrácená životnost filtrů;
• zkrácená životnost oleje.
•
Kondice oleje přímo ovlivňuje ekonomiku provozu stroje – úsady v olejovém systému zvyšují náklady a snižuje se produkce. Kondice oleje přímo ovlivňuje:
• kvalitu výroby, četnost zmetků a množství oprav vadných výrobků;
• odstávky, zpoždění dodávek;
• náklady na údržbu a náhradní díly;
• životnost stroje;
• spotřebu energií, efektivitu výroby;
• návratnost investic.

Kolorimetrie membrán je novou analytickou metodou, která vznikla díky mnohaleté mezinárodní spolupráci předních světových výrobců strojů i specializovaných tribotechnických laboratoří. Kolorimetrie 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. Současně definuje potenciál oleje k tvorbě úsad, resp. příčiny vedoucí k většině problémů strojů a zařízení.

Metoda kolorimetrie byla schválena jako nástroj pro stanovení potenciálu oleje k tvorbě úsad v olejových systémech mezinárodní organizací pro standardizaci ASTM International (americká obdoba ISO) jako standard ASTM D7843, a to počátkem prosince 2012.

Kolorimetr vyhodnocuje zbarvení membrány 0,45 µm, resp. 0,8 µm, způsobené zachycenými nerozpustnými nečistotami a produkty degradace. Čistě bílá laboratorní membrána má největší odrazivost a propustnost světla, a čím je membrána po průchodu definovaného množství oleje s rozpouštědlem tmavší, tím méně světla se od měřené membrány odrazí, tím méně světla membránou projde a tím vyšší je pak naměřená hodnota ΔE.

Hodnota ΔE tedy vyjadřuje rozdíl vyslané a přijaté energie v porovnání s etalonem – čistou membránou. Čím vyšší je změřená hodnota ΔE kolorimetrem, tím vyšší je znečištění oleje a tím vyšší je i zároveň potenciál k tvorbě úsad v olejovém systému neboli Varnish Potential.

Jinými slovy – čím je světlejší membrána po průchodu vzorku oleje, tím nižší je změřená hodnota kolorimetrem a tím vyšší bude spolehlivost a životnost strojů a zařízení.

Podle naměřené hodnoty ΔE je možné snadno zařadit výsledek do následujících skupin:
• ΔE < 15 – normální stav, doporučuje se zachovávat nastavený interval pravidelných kontrol, například 3 měsíce, pravděpodobnost tvorby úsad je nízká;
• ΔE = 15 ÷ 30 – zhoršený stav, upozorňuje provozovatele na zvýšenou pravděpodobnost tvorby úsad, stav oleje by měl být sledován. Je možné také očekávat rychlejší zhoršování kondice oleje. Ačkoliv systém obvykle nebývá ještě úsadami zasažen, začátky tvorby úsad je možné zaznamenat zejména při zchladnutí oleje. Doporučuje se provést další laboratorní rozbory oleje;
• ΔE = 30 ÷ 40 – abnormální stav, pravděpodobnost tvorby úsad je vysoká a z důvodu degradace oleje je v oleji zvýšený obsah měkkého znečištění. Toto měkké znečištění začne vytvářet úsady zejména v úzkých a v chladnějších místech. Olej může způsobovat například problémy u ventilů. Doporučuje se kontrola stroje zaměřená na hledání známek tvorby úsad (např. kontrola filtrů, nádrží, sítek před ventily apod.) a kontrolu zvýšení provozních teplot (např. u ložisek). Doporučuje se přijmout nápravná opatření potvrzená podrobným laboratorním rozborem oleje.
• ΔE > 40 – kritický stav, olej má velký potenciál k tvorbě úsad. Z důvodu degradace oleje je v oleji vysoký obsah měkkého znečištění, které je schopno velmi negativně ovlivnit chod zařízení.

Hlavními výhodami kolorimetrie jsou:

• velice rychlá a snadná interpretace výsledku;
• výsledky je možné jednoduše trendovat, z trendu lze odhadovat další vývoj;
• vysoká přesnost a opakovatelnost;
• proveditelnost přímo v provozu či laboratoři;
• nízké náklady.

Souvislost MPC a množstvím úsad způsobujícím zvýšení teplot na ložisku

Z grafu (viz obr.) je patrná jasná souvislost teploty na ložisku s naměřenou hodnotou MPC v průběhu čištění oleje za provozu.

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. 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 je jednoduchým nástrojem pro vyhodnocení kondice oleje, a tedy i kondice stroje. Pravidelné sledování čistoty olejů a potenciálu k tvorbě úsad v systému je důležitou součástí diagnostiky a je nástrojem pro:
• snižování nákladů spojených s provozem strojů a zařízení;
• eliminaci prostojů;
• zvýšení produktivity a kvality výroby;
• zvýšení efektivity výroby.

Vladislav Chvalina,
Ing. Jan Novák

Kleentek
chvalinova@kleentek.cz
www.kleentek.cz