Ventil 1 / 2024 • Letnik 30 36 HIDRAVLIČNE TEKOČINE 1 Uvod Zrak v hidravlični tekočini je v svoji elementarni obli- ki kot zračni žepi ali zračni mehurčki vsekakor zelo nezaželen, nadležen in agresiven onesnaževalec, ki povzroča celo vrsto nevšečnosti. Z mehanskega vidika povzroča povečano stisljivost in preveč ela- stično delovanje hidravličnega sistema, s kemične- ga vidika pa hitrejše staranje hidravličnega olja. Poleg povečane stisljivosti tekočine in posledične- ga vpliva na togost hidravličnih komponent in ce- lotnega sistema, počasnejših reakcijskih časov ter pojava nihanja v sistemu v mehanskem smislu zrak povzroča celo vrsto drugih nevšečnosti, npr. zara- di nepopolne napolnjenosti komore črpalke vpliva tudi na zmanjšanje dejanskega pretoka črpalke in s tem nižji volumetrični izkoristek, povečano se- grevanje črpalke in hrup, pojav kavitacije in s tem povezano obrabo materiala, slabši mazalni učinek tekočine in zmanjšano nosilnost mazalnega filma, dizelski učinek, poškodbe tesnil in gladkih površin itd. Poleg tega zrak negativno vpliva tudi na pospe- šeno oksidacijo (staranje), npr. v hidravličnih siste- mih, kjer povzroča nastanek usedlin v rezervoarju in na komponentah (mulj in lak). Glede na celotno paleto negativnih vplivov je zrak v hidravličnem sistemu nezaželen in se obravnava kot zelo »agresiven« onesnaževalec ter preprečuje in zmanjšuje njegova prisotnost v hidravličnem sis- temu. Zato ga je treba odstraniti in zagotoviti, da na različne načine ne pride v hidravlični sistem. V literaturi najdemo celo vrsto različnih nasvetov in priporočenih ukrepov za preprečevanje vdora zraka v hidravlični sistem ali za nastajanje zraka v samem sistemu. Pravilna zasnova oblike in notranjosti re- zervoarja in skrb za brezhibno tesnjenje hidravlič- nih priključkov je vsekakor en sklop ukrepov. Drugi sklop ukrepov se nanaša na možnosti izločanja zra- ka. V zvezi s tem so vsekakor potrebni skrbno od- zračevanje sistema ob prvem zagonu hidravličnega sistema ter ukrepi za učinkovito odpravo zračnih mehurčkov. Če pa so se zračni mehurčki že pojavili v sistemu, npr. v rezervoarju, jim moramo na kakr- šen koli način preprečiti dostop do sesalnega pri- ključka črpalke. Ko govorimo o zraku v hidravličnem sistemu, ne smemo misliti samo na zrak v njegovi elementarni obliki, na zračne mehurčke. Pomisliti moramo tudi na nezanemarljiv delež kemično raztopljenega zra- ka v olju, ki se pod določenimi pogoji lahko spro- sti iz olja in se pojavi v svoji elementarni obliki kot zračni mehurček. Precej manj se omenja kemično vezan, raztopljen zrak v sami hidravlični tekočini in njegov negativni Prispevek je bil v originalni obliki, v angleškem jeziku, predstavljen na mednarodni konferenci Fluidna tehnika/Fluid Power 2023. Dr. Milan Kambič, univ. dipl. inž., Olma, d. o. o., Ljubljana; Prof. dr. Darko Lovrec, univ. dipl. inž., Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo Izločanje zraK a Iz rabljenIh mIneralnIh hIdra VlIčnIh olj Milan Kambič, Darko Lovrec Izvleček: Prisotnost zraka v hidravličnem sistemu ali v sami hidravlični tekočini, bodisi v svoji osnovni obliki, npr. kot zračni žep ali mehurček, bodisi v obliki raztopljenega zraka povzroča veliko nevšečnosti. To se kaže v obliki neželenega delovanja hidravličnega sistema, ki povzroča pospešeno staranje tekočine, predvsem mineralnega olja. Poleg ukrepov za preprečevanje vdora zraka v hidravlični sistem je pomembno poznati tudi nagnjenost vsake vrste hidravličnega olja k penjenju in njegovo sposobnost izločanja zraka. Razprava o lastnostih mineralnega olja glede izločanja zraka se običajno nanaša na različne vrste svežih hidravličnih olj. Kako se ta lastnost odraža in spreminja v primeru že uporabljenih in kemično degradiranih hidravličnih olj, obrav- navamo v tem prispevku. Ključne besede: hidravlično olje, izločanje zraka, rabljena olja, testiranje, rezultati Ventil 1 / 2024 • Letnik 30 učinek, čeprav vemo, da je v mineralnem hidravlič- nem olju od 7 % do 9 % ali celo nekaj več odstotkov raztopljenega zraka. Raztopljenega zraka s prostim očesom ne vidimo. Ker ni prisoten in viden v svoji elementarni obliki kot zračni mehurček, neposre- dno v tej obliki ne povzroča omenjenih škodljivih učinkov. Zato je v tej obliki drugotnega pomena in vpliva na delovanje naprave in stanje olja. Razme- re se spremenijo, ko zaradi spremembe tlaka ta v lokalnem delu hidravličnega sistema pade pod vre- dnost parnega tlaka (določen podtlak) in se razto- pljeni zrak sprosti kot zračni mehurček. 2 Mehanizem sproščanja zračnih mehurčkov Prisotnost zraka v različnih oblikah in v tekočinah je že dolgo predmet številnih raziskav. Enako velja za študije, povezane s poznavanjem fizikalnega ozadja nastajanja in izločanja zraka ter vpliva na delovanje hidravličnega sistema. Ugotovitve so povzeli števil- ni avtorji. ([1] do [11]) Ko se pojavijo zračni mehurčki, jih moramo, ne gle- de na vzrok njihovega izvora, čim hitreje odstraniti iz hidravličnega sistema. Učinkovitost odstranjeva- nja zračnih mehurčkov je odvisna od številnih dejav- nikov: od oblike in dimenzij rezervoarja, od pogojev pretoka v rezervoarju, od načina vračanja hidravlič- ne tekočine nazaj v rezervoar, od pogojev delovanja v hidravličnem sistemu, npr. delovne temperature, pa tudi od vrste vgrajene hidravlične tekočine, naj- večkrat mineralnega hidravličnega olja. Ob tem ne smemo pozabiti na prisotnost drugih onesnaževalcev, kot so voda in trdni onesnaževalci, ter na stopnjo razgradnje tekočine, kar vse dodatno vpliva na učinkovitost izločanja zraka. 2.1 Topnost plinov v olju Kot je bilo rečeno, je pomemben delež raztopljene- ga zraka. Na splošno lahko mazalna olja, vključno s hidravličnimi olji, raztopijo znatne količine plinov (tukaj zraka). Poleg vrste baznega olja je količina bistveno odvisna od tlaka in temperature. Stopnja rafiniranosti mineralnega olja, viskoznost in priso- tnost aditivov nimajo izrazitega vpliva na topnost v zraku. Za prostornino raztopljenega plina za volu- men enega ml velja Henry-Daltonov zakon: 𝑉𝑉 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝛼𝛼 𝑉𝑉 𝑉𝑉 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑝𝑝 2 𝑝𝑝 1 [ml] (1)  zrak =  olje +  olje ·0, 0 01 5· X (2) 𝐹𝐹 vzgon = 4 3 𝜋𝜋 (𝜌𝜌 tekočina − 𝜌𝜌 zrak )𝑟𝑟 3 𝑔𝑔 [N] (3)    [N] (4) 𝑣𝑣 = 2 9 (𝜌𝜌 tekočina − 𝜌𝜌 zrak ) 𝑟𝑟 3 𝑔𝑔 𝜂𝜂 [m/s] (5) [ml] (1) Preglednica 1 podaja približne vrednosti raztopljene- ga zraka v odstotkih, značilne za različna mazalna olja pri normalnih pogojih (20 °C in 1013 mbar). [6] Vrednosti, navedene v preglednici 1, kažejo, da je prostorninska vsebnost zraka v mineralnih hidra- vličnih oljih med 7 % in 9 %. Bunsenov koeficient podaja prostorninsko razmerje med količino plina, raztopljenega v tekočini pri normalnih pogojih, in prostornino tekočine. Raztapljanje zračnih me- hurčkov ob povečanju tlaka zahteva določen čas. Za mineralna olja z nizko viskoznostjo (10 mm 2 /s pri 40 °C) in 20 bar znaša to približno 20 s. Olje z višjo viskoznostjo, 40 mm 2 /s pri 40 °C, potrebuje približno 60 s. [6] Z naraščanjem tlaka se topnost zraka v mineralnem olju povečuje po zakonu Hen- ryja Daltona. Za proizvode iz mineralnih olj je mogoče izračunati topnost različnih plinov po metodi ASTM D 2779. Treba je poznati le vrednost gostote olja in vrsto raztopljenega plina. Standard ASTM D 3827 določa metodo izračuna, ki ne velja samo za izdelke iz mineralnih olj, ampak tudi za druge organske tekočine (sintetična olja). Izločanje zračnih mehurčkov pri znižanju tlaka po- teka veliko hitreje kot absorpcija plina pri poveča- nju tlaka. Topnost zraka se zmanjšuje z večanjem viskoznosti baznega olja, to je z naraščanjem povprečne mole- kulske mase, kar prikazuje preglednica 2. [12] Opomba: Gostota in molekulska masa kemikalije sta med seboj premo sorazmerni, gostota in pro- stornina kemikalije pa obratno sorazmerni. Ko se molekulska masa kemikalije poveča, se poveča go- stota kemikalije. HIDRAVLIČNE TEKOČINE 37 Preglednica 1 : Raztopljeni zrak v mineralnem olju Vrsta tekočine Bunsenov koeficient Mineralno olje 0,07 do 0,09 Silikonsko olje 0,15 do 0,25 Fosfatni ester 0,09 Rastlinsko (bio)olje 0,09 Voda 0,0187 Preglednica 2 : Raztopljeni zrak v mazalnem olju Poprečna molekulska masa [g/mol] Volumski delež zraka [%] 670 7,83 610 7,92 570 8,43 530 8,78 400 9,03 Ventil 1 / 2024 • Letnik 30 38 HIDRAVLIČNE TEKOČINE 2.2 Fino porazdeljen zrak v mazalnem olju Poleg raztopljenega zraka lahko mazalna olja ab- sorbirajo dodatno količino zraka, ki se med delova- njem fino porazdeli kot disperzna faza. To porazde- litev zraka v olju pogosto imenujemo aeroemulzija, zračna emulzija ali tudi sferična pena. Disperzije zrak v olju so skoraj v vseh primerih pri delovanju hidravličnih sistemov nezaželene, saj iz prisotnosti prostega zraka izhajajo številne (že omenjene) sla- bosti. [13], [14], [15] Zrak, razpršen v olju, vodi do povečanja viskozno- sti, ki jo je mogoče oceniti z naslednjo aproksima- cijsko enačbo ([16]): 𝑉𝑉 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝛼𝛼 𝑉𝑉 𝑉𝑉 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑝𝑝 2 𝑝𝑝 1 [ml] (1)  zrak =  olje +  olje ·0, 0 01 5· X (2) 𝐹𝐹 vzgon = 4 3 𝜋𝜋 (𝜌𝜌 tekočina − 𝜌𝜌 zrak )𝑟𝑟 3 𝑔𝑔 [N] (3)    [N] (4) 𝑣𝑣 = 2 9 (𝜌𝜌 tekočina − 𝜌𝜌 zrak ) 𝑟𝑟 3 𝑔𝑔 𝜂𝜂 [m/s] (5) (2) Enačba kaže, da 10-odstotna prostorninska vseb- nost zraka v olju povzroči približno 15-odstotkov višjo viskoznost. Porazdelitev neraztopljenega zraka v mazivu lah- ko zmanjšamo z že omenjenimi konstrukcijskimi ukrepi in/ali s sestavo olja. Konstrukcijske možno- sti vključujejo naslednje ukrepe, od katerih so bili nekateri že omenjeni: nizko obtočno število zaradi velike količine olja, nizka višina rezervoarja za olje, velike razdalje med vstopno točko olja v rezervoar- ju in sesalnim vodom, naprave za izpust zraka, pri- trditev sesalnega cevovoda čim nižje pod površino in izogibanje ostrim zavojem v sistemu. Materialni dejavniki hidravličnega olja, ki igrajo po- membno vlogo pri izločanju zraka, so: stopnja ra- finacije mineralnega olja, viskoznost in prisotnost nekaterih aktivnih sestavin, npr. prisotnost vode, produktov staranja olja in tudi stopnja čistosti olja. Vsi ti dejavniki vplivajo tudi na hitrost in učinkovi- tost odstranjevanja zračnih mehurčkov iz tekočine. 2.3 Mehanizem sproščanja zraka Teoretični čas dviganja zračnega mehurčka v či- stem olju na mineralni osnovi je mogoče izračunati z dobrim približkom z uporabo Stokesovega zako- na. Sorazmeren je s kinematično viskoznostjo teko- čine in obratno sorazmeren s kvadratom premera mehurčka. Sila vzgona zračnega mehurčka je izra- žena kot [11]: 𝑉𝑉 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝛼𝛼 𝑉𝑉 𝑉𝑉 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑝𝑝 2 𝑝𝑝 1 [ml] (1)  zrak =  olje +  olje ·0, 0 01 5· X (2) 𝐹𝐹 vzgon = 4 3 𝜋𝜋 (𝜌𝜌 tekočina − 𝜌𝜌 zrak )𝑟𝑟 3 𝑔𝑔 [N] (3)    [N] (4) 𝑣𝑣 = 2 9 (𝜌𝜌 tekočina − 𝜌𝜌 zrak ) 𝑟𝑟 3 𝑔𝑔 𝜂𝜂 [m/s] (5) [N] (3) Upoštevanje sile upora pri gibanju sferičnih teles po Stokesu za zelo majhna Reynoldsova števila: 𝑉𝑉 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝛼𝛼 𝑉𝑉 𝑉𝑉 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑝𝑝 2 𝑝𝑝 1 [ml] (1)  zrak =  olje +  olje ·0, 0 01 5· X (2) 𝐹𝐹 vzgon = 4 3 𝜋𝜋 (𝜌𝜌 tekočina − 𝜌𝜌 zrak )𝑟𝑟 3 𝑔𝑔 [N] (3)    [N] (4) 𝑣𝑣 = 2 9 (𝜌𝜌 tekočina − 𝜌𝜌 zrak ) 𝑟𝑟 3 𝑔𝑔 𝜂𝜂 [m/s] (5) [N] (4) privede do izraza za hitrost dviga zračnega me- hurčka: 𝑉𝑉 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝛼𝛼 𝑉𝑉 𝑉𝑉 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑝𝑝 2 𝑝𝑝 1 [ml] (1)  zrak =  olje +  olje ·0, 0 01 5· X (2) 𝐹𝐹 vzgon = 4 3 𝜋𝜋 (𝜌𝜌 tekočina − 𝜌𝜌 zrak )𝑟𝑟 3 𝑔𝑔 [N] (3)    [N] (4) 𝑣𝑣 = 2 9 (𝜌𝜌 tekočina − 𝜌𝜌 zrak ) 𝑟𝑟 3 𝑔𝑔 𝜂𝜂 [m/s] (5) [m/s] (5) Tu v enačbah (3), (4) in (5) r predstavlja polmer mehurčka, ρ tekočina gostoto tekočine in ρ zrak gostoto zraka. Po raziskavi Haywarda [16] je najpogostejši pre- mer mehurčkov od 0,25 mm do 0,5 mm. Delovna viskoznost za večino industrijske hidravlike je med 20 mm 2 /s in 30 mm 2 /s. Glede na to je čas, potre- ben, da se mehurček dvigne za meter v mirnem olju, teoretično v povprečju približno 6 do 9 minut. Ker je viskoznost hidravlične tekočine zelo odvisna od temperature, se zračni mehurčki zaradi nižje vi- skoznosti dvignejo hitreje pri višjih temperaturah. Dejanski čas vzpona je bistveno daljši, odvisno od vrste olja, nečistoč/kontaminantov in vsebnosti vode, zato je treba to dejstvo v zadostni meri upo- števati pri načrtovanju rezervoarja za olje. Na podlagi Stokesove enačbe je razvidno, da se hi- trost dviganja mehurčkov zmanjšuje, ko mehurčki postajajo manjši, kar prikazuje slika 1. Sposobnost tekočine, da izloči razpršene zračne mehurčke, imenujemo sposobnost izločanja zraka – LAV (pogosto uporabljena okrajšava LAV izvira iz nemškega jezika: Luftabscheidevermögen). Poleg okrajšave LAV se za isti namen pogosto uporablja tudi okrajšava ARV − Air release value. Na sposobnost izločanja zraka iz mineralnih olj vpli- vajo viskoznost, temperatura in prisotnost aditivov. Glede na Stokesov zakon je pri višji viskoznosti iz- Slika 1 : Hitrost dviganja zračnih mehurčkov v odvi- snosti od njihovega polmera Polmer mehurčka [cm] 10 -8 10 -6 10 -4 10 -2 Hitrost dviganja mehurčka [cm/s] 5 x10 -8 5 x10 -6 5 x10 -4 5 x10 -10 5 x10 -2 Ventil 1 / 2024 • Letnik 30 HIDRAVLIČNE TEKOČINE 39 ločanje zraka počasnejše. Splošnega razmerja, ki velja za vsa bazna olja, ni mogoče podati, ker imajo glede na izvor in postopek rafiniranja različno med- fazno napetost in s tem različno velikost mehurčk- ov, kar prikazuje slika 2. Na vrednost viskoznosti močno vpliva temperatura olja. Ko se temperatura poveča in posledično visko- znost zmanjša, se izločanje zraka izboljša. Vse učinkovine, ki zmanjšujejo površinsko napetost tekočine, negativno vplivajo na sposobnost izlo- čanja zraka. Prav tako vse spojine, ki lahko tvorijo t. i. nukleacijska jedra v teoriji negativno vplivajo na sposobnost izločanja zraka. Ali lahko ta vpliv pri inhibitorjih oksidacije, korozije in pri detergentih zanemarimo, ker je njihov prispevek zanemarljiv, ali pa ga ne smemo, bi bilo potrebno za vsako vrsto navedenega aditiva preveriti z eksperimentom. 3 Metoda merjenja izločanja zraka različnih hidravličnih tekočin Standardizirana metoda za določanje sposobnosti izločanja zraka (LAV) je tako imenovana Impinger- jeva metoda po standardu DIN 51381. V ta namen pri določeni temperaturi sedem minut vpihujemo zrak skozi kapilaro v olje v plinski pralni jeklenki (impinger). Izločanje razpršenega zraka spremlja- mo s hidrostatično tehtnico, z merjenjem gostote, dokler ne dosežemo vrednosti vzorca brez zračnih mehurčkov. LAV je podan v minutah za čas, po ka- terem olje še vedno vsebuje 0,2 % prostornine raz- pršenega zraka. Za določanje penjenja, vsebnosti zraka in njegove- ga izločanja obstaja več standardnih in nestandar- dnih metod, ki so si bolj ali manj podobne (glej [17]). Danes je najbolj razširjena metoda določanja LAV po standardu ASTM D 3427-19. Preizkusni postopek se izvaja pri standardiziranem nizu preskusnih po- gojev in tako omogoča primerjavo sposobnosti olj za ločevanje vnesenega zraka v pogojih, kjer je na voljo čas ločevanja. [18] V skladu s standardom ASTM D 3427-19 se čas, ki je potreben, da tekočina sprosti vsebovani zrak, meri pri različnih temperaturah, pri 25 °C, 50 °C in 75 °C. Za praktika je zagotovo najbolj zanimiva iz- vedba testa pri 50 °C, ki velja za priporočeno delov- no temperaturo, pri kateri hidravlična naprava tudi večino časa deluje. Odvisno od sestave hidravlične tekočine, tako gle- de baznega olja kot paketa aditivov, ki jih vsebuje, se lahko lastnosti izločanja zraka bistveno razliku- jejo. Preglednica 3 prikazuje razpon vrednosti časa izločanja zraka, povezanih z različnimi vrstami mi- neralnega olja. [19], [20] Ko gre za zračne mehurčke v olju, se rezultati obi- čajno nanašajo na sveža hidravlična olja ali druge vrste hidravličnih tekočin. Ni pa skoraj nikjer natanč- no navedena ali pa je le izjemoma navedena mejna vrednost za hitrost izločanja zračnih mehurčkov v različno degradiranih rabljenih oljih. 4 Lastnosti izločanja zraka rabljenih mineralnih hidravličnih olj Res je, da sta izločanje zraka različnih vrst in sestav svežega olja nedvomno pomembna, vendar imamo Slika 2 : Teoretična hitrost dviganja zračnih mehurčk- ov različnih premerov, odvisno od viskoznosti olja Viskoznost [mm 2 /s] Hitrost dviganja mehurčka [cm/s] 0 10 20 30 40 50 60 70 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1.4 1.6 Preglednica 3 : Lastnosti izločanja zraka različnih olj [19] Vrsta olja Razred viskoznosti Minut do 0,2 % vol. zraka 25 °C 50 °C A Hidravlično ISO 32 – 3 B Turbinsko ISO 32 4 2 C Hidravlično ISO 46 – 6 D Turbinsko ISO 46 7 3 E Turbinsko – 10 5 F E + 1,0 % olja J 10 5 G E + 0,5 % vode 56 – H Hidravlično ISO 100 – 13 I Turbinsko ISO 100 14 6 J MIL-L-2104B dizel SAE 30 77 – K J + 0,5 % vode 115 – Ventil 1 / 2024 • Letnik 30 40 HIDRAVLIČNE TEKOČINE v večini industrijskih hidravličnih sistemov veliko večjo količino rabljenega kot pa svežega olja. Prav tako ni nobenega zagotovila, da bo učinkovito izlo- čanje zraka iz svežega olja zagotovilo tudi učinkovi- to izločanje zraka iz rabljenega olja. Že zaradi tega je smiselno iskati korelacije med različnimi stopnja- mi degradiranosti olja in spremembami fizikalno- -kemijskih lastnosti olja ter sposobnostjo izločanja zraka. Sposobnost izločanja zraka bi morda lahko bila eden od parametrov, na podlagi katerega bi presodili primernost olja za nadaljnjo uporabo. Na sposobnost izločanja zraka in nagnjenost k penjenju negativno vplivajo onesnaževalci, kot so delci in voda, pa tudi produkti staranja, npr. pove- čanje viskoznosti zaradi oksidacije olja in porabe aditivov. Prav tako mešanje različnih vrst olj vpli- va na sposobnost izločanja zraka in nagnjenost k penjenju, npr. zaradi vnosa nezdružljivih aditivov. Onesnaževalci lahko izvirajo iz zunanjih in notra- njih virov. Primeri zunanjih virov so lahko druge vrste olja, druge tekočine, npr. voda in umazanija. Prisotnost vode lahko zmanjša viskoznost, saj ta delno emulgira. Preglednica 3 vključuje nekaj pri- merov škodljivega vpliva majhnih količin vode na izločanje zraka. Prav tako produkti procesa toplotne razgradnje ali staranja olja povzročijo spremembo viskoznosti in gostote. Enako velja za kisle produkte oksidacije, ki posledično vodijo do sprememb LAV. [19] 4.1 Izločanje zraka iz pospešeno staranih olj Za ugotavljanje sprememb fizikalno-kemijskih la- stnosti različno degradiranih mineralnih hidravličnih olj smo uporabili lastno razvit postopek za pospe- šeno toplotno degradacijo olja, tako imenovani suhi toplotni test. Test je podoben testu TOST, kjer je pri povišani temperaturi (150 °C) prisotnost bakra in kisika v zraku v vlogi katalizatorjev oziroma pospe- ševalcev razgradnje olja povzročila hitrejšo razgra- dnjo olja. Več podrobnosti o postopku in izvedbi testa najdete v [21]. Toplotna obremenitev vzorca je trajala določeno število ur, nato pa so bile izmer- jene vse tiste fizikalno-kemijske lastnosti, ki so obi- čajno spremenjene zaradi razgradnje in lahko vpli- vajo tudi na LAV. Rezultati so povzeti v preglednici 4. Za preizkus smo uporabili mineralno hidravlično olje vrste HL in viskoznostnega razreda ISO VG 46. Preglednica 4 jasno prikazuje tiste fizikalno-kemij- ske parametre in njihove vrednosti, ki so v ospredju obravnave − LAV in penjenje. Naraščajoče vredno- sti za viskoznost, nevtralizacijsko število, oksidaci- jo, FT-IR ter tudi vrednosti za barvo in električno prevodnost jasno kažejo stopnjo razgradnje olja kot posledico toplotne obremenitve pod vplivom po- speševalcev procesa staranja. Iz rezultatov je razvidno in zanimivo, da se po po- spešenem toplotnem staranju olja vrednost LAV skorajda ni spremenila (majhna nihanja vredno- sti so možna posledica natančne ocene določitve konca testa − razlika v časih znaša 6 %). Načeloma spremembe LAV sovpadajo s spremembami gosto- te, ki se je minimalno spremenila. Vendar pa se je viskoznost staranega olja močno spremenila, pe- njenje olja pa se je zelo povečalo. Ker je bilo v tem primeru uporabljeno pospešeno toplotno staranje olja, pri katerem ni bilo zaznati omembe vrednih sprememb LAV, je vsekakor smi- selno preveriti, ali se podoben vzorec sprememb pojavlja tudi pri »naravno« staranih oljih – po dolo- čenem času delovanja. Treba je opozoriti, da so ure pospešenega procesa toplotne razgradnje enako- vredne nekaj mesecem ali celo letom naravno sta- ranega olja. Preglednica 4 : Rezultati analize vzorcev po določenem številu ur pospešenega staranja Hidravlično olje HL ISO VG 46 HL 0 HL 40 HL 60 HL 110 Čas trajanja testa [h] 0 40 60 110 Barva [–] 2,0 6,0 > 8,0 > 8,0 Gostota pri 20 °C [kg/m 3 ] 876 876 877 879 Viskoznost pri 40 °C [mm 2 /s] 46,45 48,35 49,30 62,18 Viskoznost pri 100 °C [mm 2 /s] 6,91 7,06 7,18 8,08 Nevtralizacijsko št. [mg KOH/g] 0,54 0,65 0,72 1,9 Oksidacija FT-IR [-] 0,31 0,43 0,64 2,30 LAV pri 50 °C [min] 5,7 6,1 5,8 6,1 Penjenje – Sekvenca I [ml/ml] 0/0 20/0 0/0 610/0 Penjenje – Sekvenca II [ml/ml] 30/0 20/0 10/0 30/0 Penjenje – Sekvenca III [ml/ml] 0/0 0/10 0/0 570/50 Električna prevodnost [pS/m] 607 853 1121 9219 Ventil 1 / 2024 • Letnik 30 HIDRAVLIČNE TEKOČINE 41 4.2 Izločanje zraka naravno staranih olj Podobne spremembe veličin, navedenih v prej- šnjem poglavju, lahko pričakujemo tudi pri naravno staranem olju na pravi hidravlični napravi, le da je čas nastanka spremembe bistveno daljši (nekaj de- set dni ali celo mesecev). Spremljanje stanja fizikalno-kemijskih parametrov hidravličnih olj v industrijski uporabi se praviloma izvaja v določenih časovnih intervalih, običajno na dva meseca. V tem primeru izvajalec testiranja obi- čajno ne pozna dejanskega števila obratovalnih ur v tem obdobju, zato lahko pride do odstopanj ali manj verodostojnih rezultatov. Na interpretacijo re- zultatov vplivajo tudi obratovalni pogoji, kot je npr. temperatura okolja, vlažnost okolja ali kaj drugega. V preglednici 5 so prikazani le nekateri parametri sicer širokega nabora celovite analize za primer na- ravno staranega olja in dvomesečni interval vzorče- nja za obdobje osmih mesecev. V ospredju sta vre- dnosti LAV in penjenja. Kot olje je bilo uporabljeno mineralno hidravlično olje ISO VG 46. Tudi pri naravno staranem olju se je izkazalo, da se vrednost LAV spreminja zelo malo, penjenje pa veli- ko bolj. Izločanje zraka je veliko bolj odvisno od vrste tekočine, osnovnih fizikalno-kemijskih vrednosti, kot sta gostota in viskoznost, ter tudi od vrste aditivov. 6 Zaključek Na delovanje hidravličnega sistema zagotovo vpli- vajo vrsta vgrajene tekočine in njene osnovne la- stnosti, kot so gostota in viskoznost, temperaturno obnašanje, vrsta baznega olja in aditivov, prisotnost zraka in možnost, da se ta sprosti. Kot je znano, zrak v hidravlični tekočini povzroča celo vrsto negativ- nih učinkov, od neposrednega vpliva na dinamično obnašanje sistema do posrednega vpliva na hitrej- še staranje tekočine, na primer hidravličnega olja na mineralni osnovi. Iz tega razloga je sposobnost tekočine, da kar najhitreje odstrani zrak iz sistema, ena od pomembnih lastnosti, ki ni dovolj podrobno opisana. Slednjo lastnost ugotavljamo s standar- dnim testom za določanje hitrosti izločanja zraka. V prispevku so predstavljeni mehanizmi, ki vpliva- jo na sproščanje zraka, in povzeti nekateri izsledki prejšnjih študij. Običajno te ugotovitve veljajo za neuporabljena, sveža hidravlična olja. V nadaljeva- nju prispevka smo se osredotočili na sposobnost izločanja zraka iz rabljenih, že delno degradiranih hidravličnih olj. Rezultati, povezani z učinkovitostjo izločanja zraka in pojavom penjenja, so prikazani za dva primera: za primer pospešeno toplotno degra- diranega olja in za primer naravno degradiranega olja v realnih industrijskih obratovalnih pogojih. Tako pri olju s pospešenim staranjem kot pri narav- no staranem olju iste vrste je bilo ugotovljeno, da se hitrost izločanja zraka zelo malo spremeni, peni pa se veliko bolj. Na podlagi tega lahko sklepamo, da ima veliko večji vpliv na hitrost izločanja zraka vrsta tekočine, predvsem njena gostota in viskoznost ter vrsta baznega olja. Viri [1] Hayward, A. T. J. (1961). Aeration in Hydraulic Systems - It's Assessment and Control, Proc. Inst. Medi. Eng. Conf. Oil Hydraulic Power and Control, Instn. Mech. Engrs., 216–224. [2] Hayward, A. T. J. (1963). How to keep Air Out of Hydraulic Circuits. A publication of the Na- tional Engineering Laboratory, East Kilbride, Glasgow. [3] Magorien, V. G. (1968). How Hydraulic Fluids Generate Air. Hydraulics & Pneumatics, 104– 108. [4] Fowle, T. I. (1981). Aeration in Lubrication Oils, Tribol. Int., 14, 151–157 [5] Staeck, D. (1983). Gases in Hydraulic Oils. Tri- bologie & Schmierungstechnik, Vol 34, No. 4, 201–207. Preglednica 5 : Primerjava viskoznosti, penjenja in sposobnosti izločanja zraka naravno staranih hidravličnih olj Vzorec Hidravlično olje ISO VG 46 Datum 9. 2022 11. 2022 1. 2023 3. 2023 2. 2023 7. 2023 Gostota pri 20 °C [kg/m 3 ] 871 871 871 871 871 871 Viskoznost-40 °C [mm 2 /s] 45,76 46,43 46,48 46,60 46,31 46,59 Viskoznost-100 °C [mm 2 /s] 7,199 6,859 6,886 6,963 6,939 6,976 LAV pri 50 °C [min] 6,3 4,8 4,7 5,4 4,4 4,4 Penjenje-Sek. I [ml/ml] 0/0 0/0 0/0 0/0 190/0 430/0 Penjenje-Sek. II [ml/ml] 70/0 20/0 40/0 50/0 30/0 30/0 Penjenje-Sek. III [ml/ml] 20/0 20/0 0/0 270/0 30/0 480/0 Ventil 1 / 2024 • Letnik 30 42 HIDRAVLIČNE TEKOČINE [6] Hamann, P. W., Menzel, O., Schroeder, H. (1978). Gase in Ölen. Fluid, 12, Nr 9, 24–28. [7] Claxton P.D. (1972). Aeration of Petroleum Ba- sed Steam Turbine Oils. Tribology, February, 8–13. [8] Tsuji, S., Katakura, H. (1978). A Fundamental Study of Aeration in Oil 2nd Report. The Ef- fects of the Diffusion of Air on the Diameter Change of a Small Bubble Rising in a Hydrau- lic Oil, Bulletin of the JSME, 21 (156), 1015–1021, https:/ /doi.org/10.1299/jsme1958.21.1015. [9] Blok, P. (1995). The Management of Oil Conta- mination, Koppen & Lethem, Aandriftechnieck B.V. Neederland, ISBN: 9090084584. [10] Suzuki, R. (2019). Removing Entrained Air in Hydraulic Fluids and Lubrication Oils. Machi- nery Lubrication, Noria Corporation, www. machinerylubrication.com/Read/373/entrain- ed-air-oil-hydraulic [11] Möller, U. W., Nassar, J. (2002). Schmierstoffe im Betrieb, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-642-62620-3, pages 873. [12] Hörner, D. (1980). Luft-Aufnahme und-Abga- beverhalten (LAAV) von Getriebeölen und Hydraulikflüssigkeiten. Mineralöltech 25 Nr. 6: 1–23. [13] Hofer K. (1978). Luft im Öl. Betriebstech. 16 Nr 11: 29–30. [14] Magorien, V. G. (1980). Keeping air out of hy- draulic systems. Mach. Design. 52 Nr 18: 71–76. [15] Fowle, T. J. (1981). Aeration in lubricating oils. Tribology Int. 9 Nr 6. 151–15. [16] Hayward, A. T. J. (1962). The viscosity of bub- bly oil. J. Inst. Pet. 48 Nr 461, 156–164- [17] Totten, G. E., De Negri, V. J. (2011). Handbook of Hydraulic Fluid Technology, CRC Press; 2nd edition, 982 pages. [18] ASTM D3427-19. (2020). Standard Test Me- thod for Air Release Properties of Hydrocar- bon Based Oils, ASTM International, West Conshohocken, PA, last Updated: Jan 22, 2020. [19] Phillips, W. D. (2006). The high-temperature degradation of hydraulic oils and fluids, Jour- nal of Synthetic Lubrication, 23: 39–70, Publi- shed online in Wiley Interspine, daoi: 10.1002/ jsl.11. [20] Jackson, T. L. (1981). Hydraulic oil blackening. Proc. 6th Int. Fluid Power Symp. Cambridge, April, Paper B1. [21] Tič, V., Lovrec, D. (2017). On-line condition monitoring and evaluation of remaining useful lifetimes for mineral hydraulic and turbine oils. 1st ed. University of Maribor Press, ISBN 978- 961-286-130-8. doi: 10.18690/978-961-286- 130-8. Air release of used hydraulic mineral-based oils Abstract: The presence of air in the hydraulic system or in the hydraulic fluid itself, either in its elementary form e.g., as an air pocket or bubble, or in the form of dissolved air, causes much inconvenience. This is manifested in the form of unwanted operation of the hydraulic system, causing accelerated ageing of the fluid, espe- cially mineral oil. Apart from knowing the measures to prevent air intrusion into the hydraulic system, it is also important to know the tendency of each type of hydraulic oil to foam and its air release property. A discussion of the air release property of mineral oil usually refers to different types of fresh hydraulic oils. How this property is reflected and changes in the case of already used and chemically degraded hydraulic oils is discussed in the present paper. Keywords: hydraulic oil, air release, used oils, test, results