Ventil 1 / 2018 • Letnik 24 1 Uvod Uporabnikom hidravličnih naprav in sistemov je pov- sem jasno, da se z vgradnjo tekočine skrb za njeno stanje šele prične. Tako se vsi zavedamo pomena spremljanja stanja čistoče tekočine in mogoče tudi vsebnosti vlage oz. vode. Prav tako se uporabniki tudi strinjamo, da je potrebno opravljati periodične kontrole osnovnih fizikalno-kemijskih parametrov te- kočine, kot so barva, viskoznost, nevtralizacijsko šte- vilo, ali celo te parametre stalno spremljati (angl.: on- -line condition monitoring). Nekoliko manj znano pa je dejstvo, da je s spremljanjem vrste delcev obrabe ali pa njihove kemične sestave moč priti do številnih uporabnih podatkov, ki sporočajo, kaj se pripravlja v našem hidravličnem sistemu oz. v posamezni kom- ponenti. Predvsem tisti, ki imajo v svoje hidravlične sisteme vgrajene velike količine tekočine, katere zamenjava predstavlja dokajšen strošek, oz. imajo naprave, ki so strateškega pomena za delovanje stroja ali pa jih ni moč enostavno zaustaviti, pa poleg omenjene skrbi za stanje tekočine uporabljajo še druge metode. Te niso namenjene zgolj ugotavljanju trenutnega stanja hidravlične tekočine. S primernimi metodami lahko namreč že pred samo vgradnjo olja preverimo npr. vzdržljivost in celotne stroške uporabe posamezne- ga olja, torej njegovo rentabilnost oz. razmerje med nabavno ceno in njegovo vzdržljivostjo, ter s tem neposredno povezane stroške zamenjave oz. upora- be – stroški celotne uporabne dobe (angl. LCC – Life Cycle Costs). V trenutno še manjšem obsegu pa je znan pojav tvorjenja lakastih produktov in sedimentov oz. gošč, ki pa ga lahko omejimo ali celo preprečimo v fazi predselekcije oz. predizbora hidravličnega olja. Seve- da le v primeru, če izvedemo primerno testiranje olja na tvorjenje teh produktov degradacije. Tako lakasti produkti kot gošče so vzrok številnim zastojem na- prave in nepravilnosti pri delovanju komponent in s tem celotne naprave. Nagnjenost oz. težnjo hidravlič- nega olja k tvorjenju omenjenih produktov je možno ugotoviti v okviru predizbornih testov, saj se olja, ki imajo enak namen, in po sestavi podobna olja glede tega lahko zelo razlikujejo. Le redki, ki se v zvezi s tem nastalih problemov zavedajo, v svoja povpraševanja ob naročilih postavljajo tudi pogoje glede te lastnosti. 2 Lakasti produkti in gošče ter njihov vpliv na delovanje naprave Problematiki nastanka, prisotnosti in posledic gošč in lakastih produktov (angl. »sludge« in »varnish«) so se strokovnjaki s področja maziv pričeli intenzivneje posvečati v zadnjih dveh desetletjih. Pred tem ti pro- dukti niso bili tako v ospredju problemov, saj so bile hidravlične komponente robustnejše (večje reže), obratovalni tlaki so bili nižji, cirkulacijska števila za- Izvleček: Vzrokov za degradacijo hidravličnega olja, ki vplivajo na delovanje hidravlične naprave, je veliko, pa tudi sama degradacija se lahko pojavlja v različnih oblikah. Ena od teh, ki je vse pogostejša v hidravličnih sistemih, so laka- sti produkti in usedline. Vzroki za pojav usedlin in lakov so različni, razen tega pa se ti produkti degradacije olja lahko pojavljajo tudi pri dobro vzdrževanih hidravličnih napravah in tudi pri uporabi kvalitetnih hidravličnih olj. Da jih prepoznamo in tudi preprečimo, je potrebno poznati mehanizme njihovega nastanka ter različne me- tode testiranja. Ena od teh je postopek termičnega obremenjevanja olja, ki je sicer namenjen testiranju vzdr- žljivosti olj in ugotavljanju spreminjanja lastnosti olja v njegovi uporabni dobi. V predstavljenem primeru je bil postopek uporabljen za testiranje nagnjenosti olja do tvorjenja lakastih produktov in sedimentov. Ključne besede: hidravlična olja, lakasti produkti in gošča, testiranje, predizbor olja 40 teStiranje naGnjenoSti hidravličnih olj k tvorjenju lakaStih produktov in uSedlin Darko Lovrec, Vito Tič HIDRAVLIČNE TEKOČINE Izr. prof. dr. Darko Lovrec, univ. dipl. inž., doc. dr. Vito Tič, univ. dipl. inž., oba Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo Ventil 1 / 2018 • Letnik 24 radi večjih rezervoarjev prav tako … Zaradi povečanja energetske učinkovitosti komponente in s tem celo- tnega sistema in zaostrenih obratovalnih parametrov je po eni strani kvaliteta komponente, npr. zaradi ožjih toleranc notranjih dimenzij, višja in s tem sama kom- ponenta občutljivejša (zahtevana višja čistoča teko- čine). Po drugi strani pa prihaja tudi do zamenjave starih komponent s sodobnejšimi, za katere lahko veljajo drugačne zahteve uporabe, tudi primerne hi- dravlične tekočine, pa tudi sistemi so manjši in obra- tujejo pri višjih tlakih. Zato se lahko ob takšnih spre- membah pojavljajo novi problemi, kakršnih pred tem nismo imeli, čeprav uporabljamo enako tekočino. Tako za prisotnost gošče in laka najdemo v literaturi številne opise, npr. »Oprime se vsega«, »Širi se kot rak« ali »Mislili ste, da se ga boste znebili z menjavo olja in izpiranjem sistema, vendar se spet vrne – kot da se potuhne v olje in kasneje oprijemlje vsega v notranjosti vaše naprave«. [1–4] Problemom, vezanim na nastajanje omenjenih produktov zaradi degrada- cije hidravlične tekočine in vpliva obratovalnih para- metrov, ter posledicam so se pričeli najprej posvečati na področju plinskih in parnih turbin, kasneje pa tudi na drugih hidravličnih napravah. [5], [6] Videz gošče tako na filtru kot v notranjosti rezervoar- ja prikazuje slika 1, slika 2 pa prikazuje prisotnost laka na krmilnem drsniku potnega ventila in tudi v notra- njosti rezervoarja. Tako gošče kot še bolj trdovratne lakaste produkte je potrebno odstraniti – filtrske vlož- ke zamenjati, goščo odstraniti, vse notranje površine komponent pa očistiti na bolj ali manj zamudne na- čine. [7], [8] Vzroki za pojav teh produktov so lahko različni: eni so tesno povezani z vrsto hidravličnega olja in njegovi- mi aditivi, drugi pa izhajajo iz delovanja hidravličnega sistema in zasnove naprave. Tovrstni vzroki so najpo- gostejši in se nanašajo na proces termične oksidacije. Ta se pojavlja zaradi povišane temperature, rezultat pa je razen spremenjene barve tudi tvorba gošče, ki se počasi useda in kopiči na dnu rezervoarja, ter tvor- ba lakastih produktov, ki se lepijo na dele hidravličnih 41 HIDRAVLIČNE TEKOČINE Slika 2 : Lakasti produkti na drsniku krmilnega ventila (levo) [7] in v notranjosti rezervoarja (desno) [8] Slika 1 : Popolnoma zamašen – blokiran – filtrski vložek hidravličnega sistema parne turbine –levo (slika last Thomassen Turbines) ter gošča na dnu rezervoarja – desno (slika last Clarus Technologies) Ventil 1 / 2018 • Letnik 24 komponent in jih obarvajo v rumenih ali zlatorjavih odtenkih – »zlata nadloga«. Te obloge pa lahko pov- zročajo tudi nepravilnosti v delovanju ventilov in s tem celotne naprave. Vzrokov za (tudi samo lokalno) povišano temperaturo v hidravličnem sistemu in s tem termično preobreme- nitev olja je več in so uporabniku bolj ali manj znani:  Trenje v sami tekočini in še posebej med tekočino in kovinsko površino v hidravličnem sistemu kot tudi morebitno drgnjenje ene površine ob drugo lahko generira temperature med 180 °C in 450 °C in je vedno prisotno.  Adiabatno stiskanje, podobno kot diesel efekt, lah- ko generira temperature med 600 °C in 900 °C.  Manj znan je pojav razelektritve električnega/ statičnega naboja. Brez iskrenja lahko ta pojav pripelje do lokalnih temperatur med 5.000 °C in 10.000 °C, v primeru pojava iskre pa lahko v izredno kratkem času, velikosti nekaj nanose- kund, povzroči lokalno temperature celo med 10.000 °C in 20.000 °C. [9], [10]  Dokaj pogost vzrok za pogovorno rečeno »za- žiganje« olja je napačna raba grelnikov tekočine, nameščenih v hidravličnem rezervoarju z name- nom, da bi v primeru nižjih temperatur znižali vi- skoznost tekočine pred zagonom črpalke. Če je grelnik nameščen v področju rezervoarja, kjer ni pretoka tekočine (t. i. mrtva cona), se olje, ki ob- daja površino grelnega telesa, lokalno zažge.  Najpogostejši vzrok za termično oksidacijo pa je diesel efekt, katerega vzrok je prisotnost zraka oz. zračnih mehurčkov v hidravlični napravi in tekoči- ni. [11] 3 Ugotavljanje trenutne stopnje ter- mične degradacije Za ugotavljanje stopnje termične degradacije olja oz. nagnjenosti k njej je na voljo več laboratorijskih, standardiziranih testov. Najpogosteje uporabljani te- sti so bolj ali manj podrobno predstavljeni v različni literaturi, ki se navezuje na to tematiko, npr. [5]. V na- daljevanju bomo zelo na kratko predstavili le najpo- membnejše teste in metode za ugotavljanje stopnje termične degradiranosti tekočine. 3.1 Primarni testi za določanje stopnje degradacije Test MPC (Membrane Patch Colorimetry) je laborato- rijska metoda, s katero določamo količino izločenega materiala netopnih kontaminantov v vzorcu rabljenega olja. Nato sledi spektralna analiza QSASM (Quantita- tive Spectrophotometric Analysis). S testom MPC oz. z analizo QSASM dobimo neposredno povezavo med barvo vzorca in prisotnostjo netopne snovi, ki je nepo- sredno merilo stopnje degradiranosti olja – slika 3. Test uporabljamo za identifikacijo »mehkih onesna- ževalcev« (tistih, ki so neposredno povezani z degra- dacijo olja), pri čemer ostali kontaminanti, ki niso v tesni povezavi z degradacijo olja, nimajo večjega vpli- va. Ta test je zelo občutljiv in zanesljiv za zaznavanje subtilnih sprememb v netopnih ravneh. Naslednja pogosto uporabljana metoda je FT-IR (Fourier Transform Infrared Analysis: ASTM E2412). FT-IR, infrardeča spektroskopija, je metoda za mer- jenje kemije organskih molekularnih komponent. Me- todo FT-IR lahko uporabljamo za spremljanje poteka in stopnje izrabljenosti aditivov, ugotavljanje razgrad- nje stranskih proizvodov in prisotnosti različnih kon- taminantov. Metoda je dober primarni test za mer- jenje kemijskih sprememb tako bazne tekočine kot za identifikacijo mehanizmov, ki so lahko odgovorni za razgradnjo tekočine. Termično razgradnjo lahko dokažemo z laboratorijsko meritvijo krivulje FT-IR in preučevanjem območja valovne dolžine, kjer merimo stopnjo oksidacije. Če je vrh v področju nitracije, lahko ugotovimo, da je termična razgradnja vzrok za tem- nejšo hidravlično tekočino. S testom ultra centrifugiranja (UC) ali stopnje se- dimentacije s pomočjo separacije določamo stopnjo netopnih produktov degradacije v vzorcu olja. To dosežemo s centrifugiranjem majhne količine vzorca olja pri 17.000 min-1 v času 30 min. Netopni produkti, ki so premajhni, da bi jih odstranili z mehanskimi filtri ali zaznali z običajnim štetjem delcev, se zaradi centri- fugalne sile izločijo in tako omogočijo vizualno oceno stopnje sedimentacije, ki jo izražamo z vrednostmi od 1 do 8. Minimalna vrednost 1 predstavlja nizko stopnjo netopnih produktov v olju. Maksimalna vrednost 8 predstavlja kritično stopnjo. Omejitev tega testa je, da ne omogoča razlikovanja med netopnimi produkti degradacije olja in ostalimi netopnimi kontaminanti (umazanijo). Poleg tega lahko s centrifugiranjem od- stranimo tudi aditive (izboljševalce indeksa viskozno- sti, disperzante in sulfonate). 3.2 Sekundarni testi za določanje stopnje degradacije Določanje viskoznosti (po ASTM D445). Viskoznost lahko definiramo kot odpor tekočine proti tečenju in 42 HIDRAVLIČNE TEKOČINE Slika 3 : Lestvica za oceno stopnje termične degradacije po ASTM D7843 [12] Ventil 1 / 2018 • Letnik 24 43 HIDRAVLIČNE TEKOČINE velja za najpomembnejšo lastnost maziva. Nanjo vpli- vajo tudi različne oblike degradacije tekočine. Vzdr- ževanje primerne viskoznosti je kritično za ohranjanje debeline mazalnega filma. Kadar zaradi degradacije tekočine nastopi bistvena sprememba viskoznosti, se lahko tudi nekateri drugi parametri (naraščanje neto- pnih produktov, kislinskega števila itd.) že zelo spre- menijo, zato je meritev viskoznosti odličen sekundar- ni test degradacije tekočine. Linearna voltametrija (LSV), po ASTM D6971. Ta test je namenjen ugotavljanju zaščite maziva pred oksida- cijo z merjenjem primarnih antioksidantov v tekočini. Izvajamo ga z instrumentom Ruler in je pomembno orodje za nadzor stanja maziva. Določamo stopnjo preostalega aditiva in s tem preostale uporabne dobe maziva, in sicer s primerjavo z začetno stopnjo. Rezultat testa LSV lahko prevedemo na degradaci- jo tekočine, če imamo zadostno količino podatkov o posamezni vrsti tekočine. Oksidacijski test v rotirajoči tlačni posodi – Ro- tating Pressure Vessel Oxidation Test (RPVOT), po ASTM D2272. Pomembna lastnost mazalnih olj je oksidacijska stabilnost ali odpornost proti oksi- daciji. Test RPVOT (pred tem imenovan RBOT) je kontroliran, pospešen test oksidacije maziva, ki ga uporabljamo za merjenje lastnosti preostalih anti- oksidantov. Rezultat ocenjujemo in primerjamo s stopnjo pri svežem olju. Vrednost metode je ome- jena, ker degradacija tekočine lahko poteka v izoli- ranih segmentih maziva, kar se ne odraža na bistve- nem padcu vrednosti RPVOT. Nič neobičajnega ni, da pri oljih, ki imajo visoke vrednosti RPVOT, prihaja do težav s tvorjenjem usedlin in lakastih produk- tov. Pravzaprav imajo nekatera maziva z visokimi vrednostmi RPVOT celo takšne aditive, ki so bolj nagnjeni k tvorbi depozitov, kot so fenil-alfa-nafti- lamini (PANA). Nevtralizacijsko število (NŠ) po ASTM D974, D644. S to metodo merimo kisle sestavine, ki so prisotne v mazivu. Večina inhibitorjev korozije, ki so prisotni v oljih, je kislih in vplivajo na nevtralizacijsko število svežega olja. Nadzorujemo porast nevtralizacijske- ga števila od stopnje pri svežem olju, kar običajno odraža prisotnost kislih oksidacijskih produktov. Povečanje nevtralizacijskega števila je možno tudi zaradi kontaminantov, mešanice proizvodov in/ali kemičnih transformacij. Čeprav metoda predstavlja dragoceno orodje, pa odraža kemijo, ki nastane, ko je težava že prisotna in je sama po sebi neobčutljiva na šibke organske kisline, ki nastajajo med degrada- cijo maziva. 4 Ugotavljanje nagnjenosti k tvorjenju lakov in gošče v fazi predizbora olja Za ugotavljanje nagnjenosti ali tendence hidravlič- nega olja k tvorjenju lakov in gošč smo uporabili la- stni termični test, s katerim lahko izvajamo pospe- šeno staranje olja na večji količini vzorca (1.500 ml). Za razliko od ostalih testov, kot sta RPVOT in TOST, pri katerih je količina testirane tekočine zelo majh- na (50 g oz. 300 ml), lahko s testom pospešenega staranja olja po principu termičnega obremenjeva- nja izvedemo celovite laboratorijske analize številnih fizikalno-kemijskih parametrov, hkrati pa lahko tudi ugotavljamo nagnjenost k tvorjenju lakov in gošče. Omenjeni test je v prvi vrsti namenjen ugotavljanju poteka spremembe posameznih fizikalno-kemijskih parametrov olja ter testiranju vzdržljivosti posame- znega olja – več podrobnosti o samem testu in re- zultatih testov je na voljo v literaturi [13], [14], [15]. Test v osnovi temelji na standardnih testih RPVOT in TOST in se izvaja ob segrevanju olja na magnetnem mešalu z grelno ploščo ob vpihovanju zraka ter ob prisotnosti bakra kot katalizatorja, pri čemer so koli- čine natančno odmerjene in nadzorovane. Osnovno aparaturo sestavljata dve stekleni čaši, nameščeni druga v drugi tako, da je manjša 3-litrska namešče- na v večji 5-litrski, v kateri je repično olje, ki služi kot grelna (temperirna) kopel za manjšo 3-litrsko čašo. S tem smo se izognili morebitnim močno povišanim temperaturam na dnu manjše 3-litrske čaše, v ka- teri je testirano olje. V vsako izmed čaš je dodana magnetna tabletka za mešanje olj med izvajanjem testa (meša se tako olje temperirne kopeli kot tudi testirano olje). V manjšo čašo je vstavljeno 15 ±0,1 m bakrene žice preseka 1,5 mm2, zvite v spiralo s premerom 10 mm. Količina vzorca testiranega olja znaša 1.500 ±10 mL. Test oz. gretje se izvaja vzporedno na treh magne- tnih mešalih z grelno ploščo, ki so postavljena v na- mensko izdelano komoro z odsesavanjem oljnih par – slika 4. S pomočjo predhodno vstavljenih dveh ta- bletk (v vsako čašo po ena) magnetna mešala me- šajo tako olje v temperirni kopeli kot tudi testirano olje v manjši čaši s hitrostjo 300 ±50 obr/min. Slika 4 : Termični test za pospešeno staranje hidravlične tekočine Ventil 1 / 2018 • Letnik 24 Med testom vzdržujemo konstantno vrednost tem- perature olja 150 ±0,5 °C (ali 160 ±0,5 °C v primeru zelo odpornih olj oz. termično stabilnih olj) s pomočjo dograjenih temperaturnih regulatorjev (PID) in tem- peraturnih tipal, ki so pomočena v testirano olje. Pred pričetkom testiranj so bila vsa temperaturna tipala umerjena s potopitvijo v isto tekočino pri 150 °C – na ±0,1 °C natančno. Za razliko od testov RPVOT in TOST predstavljeni test nima natančno določenega konca, saj z njim ne želimo izmeriti samo vrednosti oksidacijske stabilno- sti testiranega olja, ampak želimo »posneti« profil po- spešenega staranja olja v celotni uporabni dobi, kar predstavlja osnovo za vse kasnejše napovedi o pre- ostali uporabni dobi olja in tudi o tvorjenju lakastih produktov ter gošče. Po končanem testiranju je bilo na vzorcih moč zazna- ti močno spremembo barve (slika 5 zgoraj) in izrazit vonj po zažganem. Testirano je bilo običajno mine- ralno hidravlično olje Hydrolubric HL (tip HLP), pri čemer je temperatura testiranja znašala 150 °C. Šte- vilke na sliki 5, navedene zraven oznake HL, podajajo čas trajanja testa v urah na omenjeni temperaturi. Na potopljeni bakreni žici pa je bilo pri vzorcih, ki so bili testirani dalj časa, opaziti močno tvorbo netopnih la- kastih produktov, ki so se bakrene žice oprijeli (slika 5 spodaj). Prav tako je bilo pri omenjenih vzorcih opa- ziti netopne lakaste produkte oksidacije na stenah čaše ter usedline, ki so ostale na dnu oz. se oprijele steklene posode po koncu testa (slika 6). Kot primer različne nagnjenosti k tvorjenju lakastih produktov in usedlin prikazuje slika 7 tri različna (hi- dravlična) turbinska olja, označena z A, B in C, različ- nih vzdržljivosti, testirana pri 150 °C oz. 160 °C. Slika 7 zgoraj prikazuje manj vzdržljivo olje A, testirano pri 150 °C, ki že po 60 urah testiranja kaže občuten pojav oblog na bakreni žici, po 150 urah testiranja pa je teh oblog ogromno. Na sliki 7 v sredini: pri drugi hidravlični tekočini B kljub višji temperaturi testiranja (160 °C) tudi po daljšem času ni mogoče zaznati vidnejših sprememb v bar- vi žice oz. prisotnih lakastih produktov. Šele po 105 urah testiranja so se pričele pojavljati manjše obloge. Najboljši rezultati so bili doseženi s tretjo hidravlično tekočino C, pri kateri vse do 250 ur testiranja ni bilo mogoče zaznati nikakršnih lakastih oblog na bakru, kaj šele tvorjenja gošče. Razlike so lahko torej zelo velike. Nagnjenost k tvorjenju lakastih produktov delno potrjujejo tudi vrednosti izmerjenih posameznih fizi- kalno-kemijskih parametrov. Tabela 1 prikazuje, da je zaradi termične oksidacije izhodiščna vrednost visko- znosti nekoliko narastla (vsa tri olja so bila deklarirana kot ISO VG 68). Prav tako po pričakovanju naraste vrednost nevtralizacijskega števila in oksidacije FT-IR, razen pri tekočini C, ki je drugačne vrste, kot sta te- kočini A in B. Vrednost FT-IR se ni veliko spremenila, kar se kaže tudi pri najmanjši nagnjenosti k tvorjenju lakastih produktov. Slika 5 : Vzorci običajnega mineralnega hidravličnega olja po končanem testiranju (zgoraj) in tvorba netopnih lakastih pro- duktov na bakreni žici (spodaj) Slika 7 : Nagnjenost k tvorbi netopnih lakastih produktov na bakreni žici Slika 6 : Tvorjenje netopnih lakastih produktov na stenah čaš in usedlin na dnu 44 HIDRAVLIČNE TEKOČINE Ventil 1 / 2018 • Letnik 24 5 Nagnjenost primerljivih olj k tvorje- nju lakastih produktov in gošče Lahko pa na prvi pogled tako po sestavi in osnovnih lastnostih primerljiva hidravlična olja kažejo različne lastnosti glede tvorjenja lakastih produktov in gošče. V ta namen smo po opisanem postopku pospeše- nega termičnega staranja testirali dva vzorca turbin- skih olj. Vsem vzorcem smo pred testiranjem in po končanem testiranju v kemijskem laboratoriju izmerili pomembne fizikalno-kemijske lastnosti. Pri tem po- stopku so bili vzorci označeni z naslednjimi šiframi: B0, B1 (znana tekočina, predstavljena v poglavju 4), druga pa je bila sorodne vrste in lastnosti. Vzorci te so označeni z D0, D1 in D2, pri čemer so oznake vzor- cev vezane na vrsto olja in stanje:  B0 – olje B pred testiranjem,  B1 – olje B po 70 h testiranja,  D0 – olje D pred testiranjem,  D1 – olje D po 70 h testiranja,  D2 – olje D po 70 h testiranja (ponovljena meritev). 45 HIDRAVLIČNE TEKOČINE Tabela 1 : Fizikalno-kemijski parametri treh testiranih olj Temperatura testa 150 °C 160 °C Vzorec A B C Ure testiranja 0 60 90 0 60 90 0 180 Barva L 0,5 L 4,5 > L 8 L 0,5 L 3,5 > L 8 L 1 > L 8 Viskoznost 40 °C 61,98 66,38 67,8 63,02 65,31 72,15 70,21 74,96 Viskoznost 100 °C 8,26 8,65 8,76 8,33 8,53 9,035 11,43 12,07 Indeks viskoznosti 102 102 101 101 101 99,00 157 158 Nevtralizacijsko št. 0,27 0,22 0,52 0,14 0,05 1,47 0,28 0,36 Oksidacija FT-IR 0,34 0,46 0,47 0,35 0,15 3,53 42,85 41,81 Test penjenja Sekvenca I 240/0 530/10 740/340 0/0 250/0 750/340 0/0 0/0 Sekvenca II 20/0 30/0 30/0 10/0 60/0 140/0 70/0 310/0 Sekvenca III 30/0 590/10 270/10 0/0 40/0 70/10 10/0 10/0 Tabela 2 : Primerjava rezultatov vseh vzorcev Vzorec B D Min. zahteva Šifra vzorca B0 B1 D0 D1 D2 Barva (ASTM D 1500) [–] L 0,0 L 3,0 L 0,5 L 4,5 L 4,5 ≤ L 5,5 Nevtralizacijsko število (ASTM D 664) mg KOH/g 0,06 0,05 0,09 0,03 0,02 ≤ 0,5 Test penjenja, sekvenca I (ASTM D 892) ml/ml 0/0 450/0 0/0 470/0 540/0 ≤ 600/0 Oksidacija FT-IR (mod. ASTM E2412) [–] 0,35 0,32 0,39 0,38 0,35 ≤ 0,4 Modif. MPC/stand. MPC [–] < 10 32/38 < 10 64/78 64 ≤ 40 Šifra vzorca B0 B1 D0 D1 D2 AH LubCos H2O+ II Dielektrična konstanta [–] 2,029 2,023 2,033 2,012 2,009 Električna prevodnost [pS/m] 266,3 260,8 260,8 257,2 260,6 Relativna vlažnost [%] 32,9 34,5 32,8 30,6 29,9 AH LubCos Vis+ Dielektrična konstanta [–] 2,520 2,499 2,546 2,476 2,468 Viskoznost [mm2/s] 71,9 73,4 65,8 66,7 67,1 Ventil 1 / 2018 • Letnik 24 V tabeli 2 so zbrani in prikazani rezultati analiz posa- meznih vzorcev v primerjavi z zahtevami oz. mejnimi vrednostmi. Dodatno smo vzorce pomerili tudi z dve- ma multifunkcijskima on-line senzorjema:  Argo-Hytos LubCos H2O+ II in  Argo-Hytos LubCos VisPlus. Na ta način smo izmerili dielektrično konstantno (2 x), električno prevodnost, relativno vlažnost ter visko- znost testiranih vzorcev, veličine, ki jih lahko koristno uporabimo tudi pri on-line spremljanju stanja olja. Te meritve so potekale pri temperaturi vzorcev 40 °C. Oba analizirana vzorca sta imela pred testiranjem zelo bistro barvo. Po testiranju je vzorec olja D spre- menil barvo na vrednost L 4,5, medtem ko je vzorec olja B spremenil barvo na vrednost L 3,0. Glede na ta pogoj (barva) obe vrsti olj izpolnjujeta podane mini- malne zahteve. Nevtralizacijsko število vzorcev smo izmerili po no- vejšem postopku ASTM D 664, katerega rezultati se lahko nekoliko razlikujejo od standarda ASTM D 974. Kljub temu sta imela oba vzorca pred testiranjem zelo nizko vrednost nevtralizacijskega števila, ki je po izvedenem testiranju v trajanju 70 h še dodatno upa- dla. Glede na splošno krivuljo spremembe nevtraliza- cijskega števila turbinskih olj v njihovi uporabni dobi, ki jo prikazuje slika 8, smatramo, da smo pri testiranju obeh vzorcev dosegli približno »dno« krivulje. V pri- meru daljšega testiranja bi lahko pričakovali pričetek poviševanja vrednosti nevtralizacijskega števila. Gle- de na ta pogoj obe vrsti olj izpolnjujeta podane mini- malne zahteve (70 ur in NŠ < 0,5). Rezultati analize penjenja vzorcev pred testiranjem so odlični, saj oba vzorca dosegata minimalno vre- dnost penjenja oz. se ne penita. Vsi vzorci se po te- stiranju sicer močneje penijo, ampak so znotraj mini- malnih zahtev. Pri tem se vzorec B peni nekoliko manj kot vzorec D. FT-IR-oksidacija vzorcev, izmerjena po modificira- nem postopku ASTM E2412 z oknom HATR, prav tako nakazuje, da smo tudi s FT-IR-oksidacijo, ki se spreminja podobno kot vrednost nevtralizacijskega števila, dosegli dno krivulje. V primeru daljšega te- stiranja bi lahko pričakovali pričetek poviševanja vre- dnosti. Oba vzorca sta pred testiranjem dosegla minimalne vrednosti analize MPC, medtem ko rezultati analiz po 70-urnem testiranju prikazujejo popolnoma drugač- no sliko. Vzorec B1 po testiranju z modificirano me- todo MPC z rezultatom MPC = 32 oz. po standardni metodi MPC, MPC = 38, še vedno ustreza minimal- nim zahtevam, medtem ko vzorec D1 tem zahtevam ne ustreza več, saj je dosegel visoko vrednost MPC = 64 oz. 78. Vrednost analize potrjuje tudi dodatni, primerjalni vzorec testiranja D2, ki je dosegel popol- noma enak rezultat, pri čemer je bil dodatno izveden test MPC v dveh različnih kemijskih laboratorijih. Sta- nje filtrov pri analizi z modificiranim postopkom MPC prikazuje slika 9. Po analizi vzorcev obeh vrst olj pred testiranjem in po 70 urah testiranja lahko zaključimo, da imata oba testirana vzorca dobro oksidacijsko stabilnost. Kljub temu pa so kasnejše analize pokazale, da ima vzorec olja B nekoliko boljšo oksidativno stabilnost in manj- šo nagnjenost k tvorjenju lepljivih snovi na bazi neči- stoč in produktov oksidacije olja ter k tvorjenju gošče in nečistoč (analize barve ter MPC). Kot je razvidno iz rezultatov, vzorec D1 ne dosega ustrezne vrednosti analize MPC po 70 urah testiranja. To potrjuje tudi analiza primerjalnega vzorca D2, ka- tere rezultat je identičen rezultatu vzorca D1. Nekateri rezultati analiz vzorcev D1 in D2 (D po 70 urah testiranja) se le malenkostno razlikujejo, kar po naših izkušnjah izhaja iz določene nenatančnosti oz. neponovljivosti določenih laboratorijskih analiz in se ne pojavlja zaradi neponovljivosti postopka testiranja pospešenega staranja. To namreč potrjujejo tudi sami rezultati – nekatere vrednosti analiz (barva, MPC) so popolnoma enake, medtem ko se ostale razlikujejo le minimalno (nevtralizacijsko število, FT-IR). 6 Zaključek Hidravlično olje, še vedno najpogosteje uporabljana vrsta hidravlične tekočine, skozi čas uporabe bolj ali 46 HIDRAVLIČNE TEKOČINE Slika 8 : Običajni potek spremembe vrednosti nevtralizacij- skega števila pri staranju olj Slika 9 : Stanje filtrov pri analizi MPC po modificirani metodi Ventil 1 / 2018 • Letnik 24 manj hitro izgublja svoje prvotne lastnosti – govo- rimo o degradaciji olja. Vzrokov za degradacijo je veliko, lahko so bolj ali manj kompleksne narave in so uporabnikom bolj ali manj znani. Med manj zna- ne stranske pojave, s katerimi pa se vse pogosteje srečujemo, zagotovo spada tvorjenje lakastih pro- duktov oz. lakastih oblog na vseh površinah, ki so omočene z oljem, in pa tvorjenje gošč oz. usedlin, ki se običajno nabirajo na dnu rezervoarja in na filtru. Oboje povzroča motnje v delovanju hidravličnega sistema. Gošče se nabirajo na dnu rezervoarja, za- radi česar poenostavljeno menimo, da so manj mo- teče, saj jih ob naslednji menjavi olja odstranimo, če rezervoar le očistimo. Vendar se lahko ob sunkovi- tem vračanju tekočine v rezervoar vzvalovijo in po- novno vrnejo v obtok. Razen tega pa lahko popol- noma zamašijo filtrski vložek, kar pa lahko pripelje do določenih nevarnosti v delovanju sistema. Laka- sti produkti se nabirajo na vseh z oljem omočenih površinah, pri čemer na stenah rezervoarja niso tako nevarni kot v notranjosti ventilov, še posebej regu- lacijskih ventilov, ki imajo že v osnovi ozke toleran- ce rež. Podoben problem se pojavlja tudi na ležajih gredi, npr. na plinskih in parnih turbinah, kjer so to nadlogo, sicer lepe zlate barve, najprej opazili in se z njo pričeli spopadati. Kot je na kratko predstavljeno v prispevku, je vzrokov za nastanek teh produktov več. Pojavljajo se lahko tudi pri dobro vzdrževanih hidravličnih napravah in celo pri uporabi zelo kvalitetnih (visoko aditiviranih) olj in celo pri termično zelo stabilnih sintetičnih oljih. Vzrok je torej lahko tudi v vrsti uporabljanega olja, po vseh parametrih zelo kvalitetnega. Razen vzrokov za nastanek lakov in gošč so v pri- spevku na kratko opisane metode, s katerimi lahko bolj ali manj natančno ugotovimo, kakšno je stanje v hidravličnem sistemu glede na trenutno stanje olja. Lahko pa nagnjenost nekega olja k tvorjenju teh pro- duktov ugotovimo že pred njegovo prvo vgradnjo oz. nabavo in se tako že vnaprej izognemo vsem more- bitnim kasnejšim nevšečnostim. V prispevku je pred- stavljen že večkrat preverjen postopek testiranja olja s termičnim obremenjevanjem, ki smo ga uporabljali predvsem za ugotavljanje potekov sprememb posa- meznih fizikalno-kemijskih lastnosti olja, za ugotavlja- nje vzdržljivosti posameznega olja in za napovedo- vanje njegove celotne in preostale uporabne dobe ter za predizborna testiranja najprimernejšega olja za določeno aplikacijo. V tem primeru smo ta postopek uporabili za ugo- tavljanje nagnjenosti olja k tvorjenju lakov in gošč, rezultate postopka pa primerjali z ostalimi znanimi standardiziranimi metodami. Na podlagi rezultatov smo dokazali, da olje ni enako olju, pa čeprav gre na prvi pogled za povsem primerljivo tako glede vrste kot kvalitete. Če se že soočamo s takšnimi pojavi v našem sistemu ali pa se jim želimo že vnaprej iz- ogniti, je uporaba takšnega testiranja oz. vključitev teh lastnosti olja v sicer obsežnejše testiranje v fazi predizbora za nas najprimernejšega olja vsekakor nujna. Literatura [1] Fitch, Jim: Demystifying Sludge and Varnish, Machinery Lubrication, No. 1, 2002 [2] Atherton, Buddy: Discovering the Root Cause of Varnish Formation, Practicing Oil Analysis (3/2007). [3] Livingstone, Greg; Wooton, Dave; Thompson, Briam: Finding the Root Causes of Oil Degra- dation, Practicing Oil Analysis (1/2007). [4] N. N.: How to Detect Varnish in Turbine Oils, Noria Corporation, http://www.machinerylubri- cation.com/Articles/Print/29431. [5] Fitch, Jim: Sludge and Varnish in Turbine Sy- stems, http://www.machinerylubrication.com/ Articles/Print/874 (3. 1. 2018). [6] ASTM D4378-03: Standard Practice for In-Ser- vice Monitoring of Mineral Turbine Oils for Ste- am and Gas Turbines, Annual Book of ASTM Standards 2005, West Conshohocken, Penn.: American Society for Testing and Materials, 2005. [7] How do you know if you have varnish in your lube system? http://biokemau.blogspot. si/2015/04/how-do-you-know-if-you-have- -varnish-in.html (3. 1. 2018). [8] Caroll, Jim: How to Use Lubrication Additives for Preventive Maintenance; Schaeffer Manu- facturing, 2015 https://www.pumpsandsystems.com/pumps/ january-2014-how-use-lubrication-additives- -preventive-maintenance in https://www. pumpsandsystems.com/pumps/january-2014- -how-use-lubrication-additives-preventive- -maintenance?page=2 (3. 1. 2018). [9] Lucas, Lew: Problems and sources of varnish in hydraulic fluid, Hydraulics and Pneumatics, 4/2007. [10] Sasaki, Akira; Uchiyama, Shinji; Yamamoto, Ta- kashi: Generation of static electricity during oil filtration. Lub. Eng. 1999; 55(9), str. 24–27. [11] Lovrec, Darko: Vzroki za prisotnost zraka v hi- dravličnem sistemu. Ventil, ISSN 1318-7279, avg. 2016. [12] ASTM D7843: MPC Varnish Potential Testing. [13] Tič, Vito; Tašner, Tadej; Lovrec, Darko: Enhan- ced lubricant management to reduce costs and minimise environmental impact. Energy, ISSN 0360-5442. 1 Dec. 2014, vol. 77, str. 108– 116, 2014, http://www.sciencedirect.com/sci- ence/article/pii/S0360544214005799#, doi: 10.1016/j.energy.2014.05.030 [14] Gregorc, Boštjan; Tič, Vito; Lovrec, Darko: Izbor turbinskega olja na podlagi predhodnih testov. 13. konferenca slovenskih elektroenergetikov CIGRE-CIRED, Maribor, 22.–24. maj 2017. Lju- bljana: Slovensko združenje elektroenergetikov 47 HIDRAVLIČNE TEKOČINE Ventil 1 / 2018 • Letnik 2448 CIGRE – CIRED. 2017, str. 1–10, 2017 [15] Lovrec, Darko; Gregorc, Boštjan; Tič, Vito: Izbira primernega turbinskega olja na podlagi testi- ranj, Zbornik predavanj posvetovanja o tribolo- giji, mazivih in tehnični diagnostiki, Posvetova- nje o tribologiji, mazivih in tehnični diagnostiki, SLOTRIB 2016, Ljubljana, Slovenija, 17. novem- ber 2016, str. 63–74, 2016 Testing the tendency of hydraulic oils to form varnish and sludge Abstract: There are many causes of hydraulic oil degradation which can occur in various forms and may affect hydraulic system operation. The sources of varnish and sludge formation as degradation by-products are different and can also develop in well-maintained hydraulic systems, even when using high-quality hydraulic oils. In order to recognize and avoid them, it is necessary to be familiar with the mechanisms of their formation and different testing methods. One of such methods is the oil thermal stability test, which is primarily used to determine the durability of oils and their properties that are changing through-out their useful lifetime. In the case presented below, the same test was used to determine the tendency of oil to form varnish, sludge and sediments. Keywords: hydraulic oils, sludge and varnish, testing, pre-selection HIDRAVLIČNE TEKOČINE Za uspešno delo s strojem, njegovo vzdrževanje in varno uporabo, kot tudi za razumevanje posebnosti v delovanju ter za prepoznavanje napak in nevarnosti…, so potrebna specialna znanja. Ta z leti zbledijo, ali pa jih je šele potrebno pridobiti. Nenehno izobraževanje je danes nuja! Komu so tečaji namenjeni? Tečaji so namenjeni strokovnemu in vodstvenemu kadru, serviserjem in monterjem naprav z vgrajeno hidravlično in pnevmatično opremo ter krmiljem… oz. vsem, ki se pri svojem delu srečujejo s tovrstnimi napra- vami in tovrstno tehniko. Tečaji so zasnovani tako, da v okviru osnovnega tečaja spoznamo os- nove, ki jih nato v okviru nadaljevalnega tečaja nadgradimo ali razširimo z drugimi tematskimi tečaji. Način podajanja znanja in oprema Vsak tečaj sestoji iz teoretičnega in praktičnega dela, pri čemer pomen teoretičnih osnov podkrepimo s kratkimi izračuni in v nadaljevanju še z obsežnim praktičnim delom. Slednje izvajamo na realni industrijski opremi in ob realnih obratovalnih pogojih. Izvedba tečaja je prijazna udeležencu in naravnana na čim bolj učinkovito pridobivanje znanja. Hidravlika Pnevmatika Uvod v tribologijo in maziva Nega maziv Uvod v avtomatizacijo Znanje z leti zbledi, ga enostavno ni ali pa se pojavijo potrebe po novih znanjih. Obnovite ali pridobite ga! Več informacij o tečajih najdete na: e-mail: laoh@um.si http://laoh.fs.um.si/ Tel.: (02) 220 7611