ENVIROMENTÁLNE TECHNOLÓGIE – nové stroje a zariadenia. RECYKLÁCIA – triedenie a úprava odpadov. OBNOVITEĽNÉ ZDROJE ENERGIE – energetická a materiálová efektívnosť.

POSTUPY A KONTROLA DEGRADÁCIE MAZACÍCH OLEJOV


Mazací olej je často vystavený nepredvídaným prevádzkovým podmienkam, ktoré majú  podstatný vplyv na jeho životnosť. Pre jeho kontrolu vzhľadom na to platia tri všeobecné kritériá, ktoré určujú dôvod na výmenu mazacieho oleja. Ide o degradáciu základového oleja, úbytok prísad a nečistoty v mazacom oleji. Pozornosť bude zameraná najmä na hydraulické a turbínové oleje, ale aj na ďalšie mazacie oleje.


Výrobcovia mazacích olejov v súčasnosti používajú základové oleje skupiny II. a III. podľa API a vhodnú kombináciu prísad. Tieto oleje majú omnoho lepšiu oxidačnú stabilitu pri ich hodnotení podľa oxidačnej skúšky RPVOT, ASTM D 2272, respektíve skúšky stability podľa TOST, ASTM D 943, ako základové oleje skupiny I podľa API, ktoré sa dlhé roky používali a ešte používajú v praxi. Treba pripomenúť, že v súčasnosti stroje pracujú pri vyšších prevádzkových teplotách, predlžujú sa výmenné lehoty olejových náplní a iné. To všetko vedie napriek novým formuláciám olejov ku vzniku často neočakávaných problémov, ktoré súvisia s degradáciou mazacieho oleja, a to k tvorbe mäkkých nečistôt, kalov a lakov.  


Degradácia mazacieho oleja

Keď hovoríme o degradácii mazacieho oleja, máme na mysli degradáciu základového oleja a tvorbu nežiaducich vedľajších produktov, ako sú kaly (sludge) a laky (varnish), živice, nežiaduce polárne látky, ktoré sa usadzujú (priľnú) na funkčných plochách strojových častí, kde vytvoria súvislý nerozpustný film, napr. na klzných plochách, ložiskách, regulačných ventiloch a iných funkčných plochách. Laky sú mäkké nečistoty, častice, ktoré sú menšie ako 1µ a nie sú merateľné pomocou postupov na stanovenie triedy čistoty oleja. Samotný lakový film môže byť oranžovej, hnedej, respektíve až čiernej farby tak, ako to vidieť na obrázku č. 1.


Tieto nečistoty, laky sa nedajú odstraňovať pomocou mechanickej filtrácie. Čo sa týka kalov, sú to vlastne laky, ktoré obsahujú určité množstvo vody. Ide o mäkké nečistoty, ktoré možno odstrániť, extrahovať bežným konvenčným spôsobom z oleja. Samotnú degradáciu základového oleja môže spôsobiť prebiehajúci oxidačný proces, tepelná degradácia (horúce miesta) a chemická degradácia. Určitý vplyv na degradáciu mazacieho oleja má aj samotná formulácia, voľba základového oleja a vhodných prísad, respektíve úbytok prísad. Pozornosť treba venovať najmä tepelnej degradácii oleja. Tepelná degradácia je proces, ktorý vzniká bez prítomnosti kyslíka pri teplote okolo 300 °C, respektíve aj pri vyšších teplotách. Uhľovodíkové štruktúry sú narušené (krakované), pričom vznikajú nerozpustné karbónové produkty, laky a kaly. Produkty degradácie, kaly a laky sú známe a často sú príčinou prevádzkových problémov v mnohých priemyselných odvetviach. Ich výskyt je spojený najmä s prevádzkovou teplotou mazacieho oleja. Ak oxidácia oleja pokračuje, potom nasledujúca polymerizácia, je podnetom, príčinou vzniku mäkkých nečistôt, ktoré menia svoju farbu a kyslosť. Tieto mäkké nečistoty sú podnetom, základom vzniku lakov, ktoré sú rozpustné v teplom oleji. Zmena teploty oleja vyvoláva určitú, možno povedať, vzájomnú rovnováhu  v procese degradácie olejov. Pokles teploty vedie k zvýšeniu koncentrácie nerozpustných nečistôt, ktoré sa vyzrážajú a zhlukujú sa (aglomerácia) do lakových formácií, zatiaľ čo nárast teploty vedie k tomu, že nečistoty z lakových formácií sa vrátia späť do roztoku. Teda teplý olej rozpúšťa nečistoty (laky) a studený olej ich vylučuje a vracia späť do oleja ako laky. Mnohé oleje podľa dostupných informácií sú schopné vyzrážať (vylúčiť) mäkké nečistoty pri teplotách v rozsahu od 10 do 35 °C. Ako príklad môžeme uviesť pôsobenie cukru v káve. Horúca káva ľahko rozpustí cukor v káve a, naopak, v studenej káve, keď sa zníži bod (teplota) nasýtenia, cukor sa vylúči a zostane na dne hrnčeka. Zohriatím kávy sa vráti cukor znovu do (roztoku) kávy. Podľa doterajších skúseností môžeme vplyv teploty a postup degradácie mazacích olejov predstaviť tak, ako je to uvedené na obrázku č. 2.


Všeobecne platí, že ak sa mäkké nečistoty rozpustia v mazacom oleji pri teplote nad 40 °C, nemôžu byť odstránené pomocou bežných mechanických filtrov alebo elektrostatických filtrov. Ide o dôležitú informáciu pre postupy ošetrovania olejov. Treba uviesť, že mäkké nečistoty sú polárne látky a adsorbujú sa na dipolárnych (chladných) kovových povrchoch, „chladných miestach“, alebo najmä vtedy, keď zariadenie je odstavené, nie je prevádzke. Mäkké nečistoty majú nižšiu teplotnú stabilitu ako mazací olej, a tak sa ľahšie prichytia na kovových povrchoch, napr. klzných plochách, ložiskách.    

 

 

Mazací olej v prevádzke

 

Na mazací olej v prevádzke pôsobia často neočakávané vplyvy, určité prevádzkové aspekty. Ide o fenomén, ktorý súvisí s uvedenými informáciami a má zásadný vplyv na olej, teda jeho fyzikálne a chemické vlastnosti. To spôsobuje často problémy, ktoré vedú k narušeniu prevádzkovej spoľahlivosti a funkčnosti strojových častí. Uvedieme niektoré problémy so vznikom lakov (živíc), ktoré môžu vzniknúť v prevádzke strojov:

 

Menšie, užšie tolerancie, uloženia trecích uzlov, ovplyvnenie mazacieho režimu, prechod z hydrodynamického mazania na hraničné mazanie, nárast opotrebovania napr. čerpadiel, ložísk, ventilov a iných strojových častí.

 

Všeobecne nárast trenia v trecích uzloch, trhavý pohyb mechanických častí, ako sú regulačné ventily a pod.

 

Zvýšené prevádzkové teploty, laky, živice pôsobia ako izolátor, znižuje sa efekt chladenia a tiež ochladzovania mazacích olejov.

 

Zmeny toku, prúdenia oleja, zanášanie a zníženie účinnosti filtrov, ventilov a pod.

 

Nárast opotrebovania, živice môžu obsahovať aj tvrdé nečistoty, vznik abrazívneho opotrebovania, a teda celkový nárast opotrebovania.

 

Poškodenie mechanických tesnení, ložísk a iných strojových častí.

 

Nárast nákladov z dôvodu čistenia strojov, mazacích systémov a iné.

 

Výrobcovia mazacích olejov, ako sme už uviedli, pripravili a používajú nové formulácie základových olejov, ktoré zabraňujú tvorbe lakov a kalov. Ide o základové oleje skupiny II podľa API, respektíve vyšších tried, a to triedy III a IV. Z doterajších informácií a skúseností z praxe je známe, že syntetické alebo vysokorafinované oleje odolávajú oxidácii lepšie ako bežné komerčné oleje. Napriek tomu každý olej, či je syntetický alebo ropný, podlieha pri vyššej teplote tepelnej degradácii. Bolo zistené, že formácie nečistôt, kalov a lakov môžu vznikať rýchlejšie pri vysokorafinovaných olejoch. Čo sa týka rozpustnosti, pri konvenčných olejoch je lepšia. To znamená, že schopnosť usadzovania nečistôt na funkčných plochách je nižšia, čo je výhoda. Rozhodujúcim faktorom je prevádzková teplota oleja. Pri prevádzkovej teplote oleja 70 °C a vyššej sa začínajú také oxidačné procesy, ktoré vedú k vytváraniu karbónových usadenín, lakov a kalov. Z toho vyplýva, že prevádzková teplota má zásadný vplyv na tvorbu kalov, čo dokazujú aj skúsenosti z praxe. Čo sa týka nových formulácií prísad, v tejto súvislosti treba spomenúť, že veľmi dôležitou prísadou pre oleje je správna voľba vhodného antioxidantu. V súčasnosti sa používajú, respektíve sú známe dva základné typy antioxidantov, a to na báze fenolov a amínov, respektíve ich kombinácia. Ide o primárne antioxidanty, a to nízkoteplotné antioxidanty, fenoly, pre teploty pod 120 °C, a vysokoteplotné antioxidanty, amíny pre teploty nad 120 °C. V niektorých prípadoch sa používajú ešte sekundárne antioxidanty, napr. na báze ZDDP (Zinc-Dialkyl-Dithio-Phosphates). Pre formuláciu súčasných mazacích olejov sa odporúča výber základových olejov podľa API, skupiny II, III a IV, ak je to možné. Čo sa týka prísad, odporúča sa kombinácia fenolových a amínových antioxidantov s vyšším obsahom fenolovej zložky z dôvodu maximálnej ochrany.

 


 

Kontrola mazacích olejov na obsah nečistôt

 

Kontrolu mazacích olejov zameranú na obsah lakov, teda na to, či olej je v dobrej kondícii a je čistý, nie je možné vykonávať klasickými postupmi ako pri analýze bežných mazacích olejov. Skúšky ako nízka hodnota čísla kyslosti (TAN), zistenie triedy čistoty oleja podľa ISO, resp. NAS a vysoká hodnota oxidačnej skúšky podľa RPVOT nie sú garanciou na zistenie výskytu lakov v oleji. Určitý potenciál vzniku lakov môže byť kontrolovaný pomocou IČ spektrometrie (FTIR, 1 630 cm-1 ), gravimetrickou analýzou, kvantitatívnou spektrometrickou analýzou (metóda QSA) a ultra odstredivou skúškou. Na kontrolu mäkkých nečistôt sa najčastejšie používa skúška na membráne, MPC ∆E (Membrane Patch Colorimetric) test podľa ASTM D7843. Skúška MPC ∆ E (výkonová škála) ukazuje, hodnotí mäkké nečistoty (kaly a laky) prítomné v oleji porovnávané na základe straty farby na bielej membráne z celulózy. Takto sa porovnáva (kvantifikuje) množstvo degradačných látok, ktoré sú rozpustené v oleji, ako je to uvedené na príklade, obrázok č. 3. Vzorka (zmes 50 ml oleja a 50 ml rozpúšťadla) sa prefiltruje cez membránu o 0,45 µ). Čím je farba vzorky tmavšia, tým vyššia je hodnota MPC, ktorá môže byť až MPC 100. Pri MPC 20 a nižšej hodnote sa začína  bezpečné pásmo, mazací olej vyhovuje prevádzke. Odstraňovanie lakov z funkčných častí strojov, mazacieho systému je veľmi náročné a vyžaduje si veľkú pozornosť.

 


 

Uvedieme niektoré doterajšie skúsenosti s používania skúšky MPC v praxi :

 

Skúška MPC je veľmi efektívna na zistenie prítomnosti produktov degradácie v mazacom oleji.

 

Pre postup kontroly platí medzinárodná norma ASTM D 7843. 

 

Norma je v platnosti od roku 2012.

 

Výsledkom kontroly je bezrozmerná hodnota ∆E.

 

Čím vyššia je nameraná hodnota ∆E, tým väčšie je znečistenie mazacieho oleja a tým vyšší je aj potenciál na tvorbu úsad v olejovom systéme.

 

Pri prevádzkovej teplote môžu byť nečistoty, produkty oxidácie rozpustené v mazacom oleji. Z toho dôvodu sa odporúča vzorku oleja pred kontrolou nechať vychladiť až do 3 dní pri izbovej teplote, aby sme mohli stanoviť množstvo oxidačných produktov, čo je nevýhoda.

 


 

Podľa najnovších informácíi niektoré nedostatky skúšky MPC rieši nová skúška CPA (Colorimetric Patch Analyzer), (Patent, Prof. Sasaki, 2007). Metóda CPA poskytuje rýchlejšiu diagnostiku. Kontrola sa môže vykonať hneď po odbere vzorky oleja, čo je výhoda.

 

 

 

Záver

 

Výskyt mäkkých nečistôt, kalov a lakov je súčasným problémom nových moderných hydraulických, turbínových a ďalších mazacích olejov, ktoré sa používajú v mazacích systémoch strojov a zariadení. Má to vplyv na nárast nákladov, čo sa týka údržby strojov, zníženie výroby, prestoje strojov a ďalšie energetické náklady. Uvedeným tribotechnickým problémom preto treba venovať stálu pozornosť.