OLEJE I SMARY 86 SZEF UTRZYMANIA RUCHU MAJ-CZERWIEC 2019

Transkrypt

1 OLEJE I SMARY 86 SZEF UTRZYMANIA RUCHU MAJ-CZERWIEC 2019

2 DODATEK SPECJALNY OCZYSZCZANIE OLEJÓW I SMARÓW JAK ROBIĆ TO NAJLEPIEJ? TEKST: MGR INŻ. KAMIL SZYDŁO W artykule opisano metody oczyszczania substancji smarowych stosowanych w zakładach produkcyjnych. Opisano dostępne technologie, ich przeznaczenie oraz wady i zalety stosowania wybranych rozwiązań. WSTĘP Układy smarowania to zazwyczaj złożone konstrukcje. Sposób smarowania poszczególnych zespołów kinematycznych maszyn i rodzaj dobranego środka smarnego zawsze jest ściśle związany z budową pracującej pary trącej. Powinien on być dobrany zgodnie z założeniami producenta, gdyż traktowany jest jako integralna część maszyny zoptymalizowana pod kątem znormalizowanych wymagań jakościowych i lepkościowych. Należy mieć na uwadze, że każdy środek smarowy ulega starzeniu, głównie w wyniku utleniania. Czynnikami sprzyjającymi temu procesowi są: temperatura, obecność wody i metalicznych katalizatorów. W konsekwencji dochodzi do powstawania szlamów, nagarów i laków, które mają negatywny wpływ na założoną trwałość smarowanego układu. Z opinii wielu przedsiębiorstw produkcyjnych wynika, że problemy związane ze smarowaniem są bardzo powszechne. Niewłaściwe smarowanie jest przyczyną przedwczesnego zużycia elementów maszyn i urządzeń, nadmiernego zużycia olejów, smarów i części zamiennych, jak również obniżenia dyspozycyjności maszyn. Jak podają źródła naukowe, uszkodzenia i przedwczesne zużycia elementów spowodowane zanieczyszczeniami stanowią około 80% wszystkich awarii w układach hydraulicznych. Sprawia to, że analiza i dbanie o stan olejów powinny być jednymi z ważniejszych zadań służb utrzymania ruchu zakładu produkcyjnego. ABSOLWENT WYDZIAŁU MECHANICZNEGO POLITECHNIKI LUBELSKIEJ ORAZ STUDIÓW PODYPLOMOWYCH NA WYDZIALE INŻYNIERII PRODUKCJI POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ W ZAKRESIE PROJEKTOWANIE W SYS- TEMACH CAD/CAM I PROGRAMOWANIE OBRABIAREK CNC. DOKTORANT NA WY- DZIALE MECHANICZNYM POLITECHNIKI LUBELSKIEJ. KIEROWNIK BIURA KON- STRUKCYJNEGO LUBELSKIEJ WYTWÓRNI DŹWIGÓW OSOBOWYCH LIFT SERVICE S.A. CZŁONEK POLSKIEGO TOWARZYSTWA SPAWALNICZEGO. Najczęściej monitorowaniu podlegają oleje pracujące w układach hydraulicznych (np. prasy hydrauliczne, wtryskarki, ciężkie maszyny budowlane), turbinowych (układy smarowania łożysk, układy pomocnicze i regulacyjne), wysoko obciążonych przekładniach przemysłowych, wannach hartowniczych, systemach grzewczych, a także silnikach spalinowych pojazdów. Powyższe problemy nie idą w parze z obserwowanymi od kilku SZEF UTRZYMANIA RUCHU MAJ-CZERWIEC

3 OLEJE I SMARY POZIOM WYDAJNOŚCI OCZYSZCZANIA OSIĄGANY DZIĘKI WYKORZYSTANIU WYSOKOOBROTOWEJ SEPARACJI ODŚRODKOWEJ ZNACZĄCO WYDŁUŻA OKRES UŻYWALNOŚCI CIECZY PRZEMYSŁOWYCH. lat trendami do ograniczania kosztów eksploatacji maszyn i urządzeń przy jednoczesnej poprawie ich niezawodności i dyspozycyjności. Rosnące wymagania wymuszają na dostawcach urządzeń i usług szukanie nowych, racjonalnych ekonomicznie i niezawodnych rozwiązań, które wypełnią postawione im zadania bez szkody dla środowiska naturalnego. Dobrym rozwiązaniem pozwalającym zarówno na usprawnienie i zoptymalizowanie procesu smarowania wybranych maszyn i zespołów, jak również zmniejszenie emitowania przez zakład szkodliwych odpadów w postaci przepracowanych środków smarnych jest ich filtracja i uzdatnianie. Właściwa filtracja pozwala wydłużyć żywotność oleju oraz podzespołów układu, w którym pracuje. Na skutek oddziaływania m.in. temperatury, tlenu, cząstek katalitycznych metali (FE, Cu) oraz wody, w oleju dochodzi również do reakcji chemicznych w tym do utleniania. Olej posiada swoją barierę ochronną w postaci dodatków neutralizujących ten niekorzystny wpływ, jednak długotrwale wywierany wpływ doprowadza z czasem do ich wyczerpania. Można temu zaradzić, stosując filtrację jako element dodatkowo chroniący przed tymi czynnikami. Zastosowany rodzaj filtracji powinien być zawsze precyzyjnie wybrany, gdyż każda technologia ma określone możliwości i nie zawsze może spełnić pokładane w niej oczekiwania (np. nawet najlepsze systemy filtrów nie pomogą, jeśli głównym zanieczyszczeniem oleju będzie woda). TECHNOLOGIE I METODY OCZYSZCZANIA OLEJÓW Podczas pracy oleju w różnych układach narażony jest on na niekorzystne czynniki, różne w zależności od charakterystyki układu. W celu ich eliminacji, a co za tym idzie utrzymania właściwych parametrów oleju, stosuje się szereg zabiegów pielęgnacyjnych. Każdy z nich powinien być dobrany pod kątem parametrów oleju i jego pracy oraz zanieczyszczeń, które należy usunąć. Spośród dostępnych metod oczyszczania olejów wyróżnić można kilka, które różnią się zastosowaną technologią, zasadą działania i skutecznością filtrowania określonych frakcji. Należą do nich: Sedymentacja zanieczyszczeń odbywa się w zbiornikach rozchodowo-osadowych i zapasowych. Proces ten polega na opadaniu pod działaniem sił ciężkości zanieczyszczeń ciał stałych lub cieczy o gęstości większej od gęstości oleju. Rurociągi poboru oleju w zbiornikach są umieszczane kilkanaście centymetrów powyżej dna, aby nie zasysać zanieczyszczeń. Efektywność procesu zależy od lepkości oczyszczanego oleju oleje o dużej lepkości należy podgrzewać w zbiornikach osadowych do temperatury C, utrzymując tę temperaturę przez cały czas trwania procesu. Metoda pozwala na usuwanie stosunkowo dużych zanieczyszczeń, dlatego oczyszczanie tym sposobem traktowane jest jako wstępne, mające na celu odciążenie dalszych urządzeń oczyszczających. Wirowanie proces ten również opiera się na zjawisku sedymentacji, z tym że efekt jest wielokrotnie większy w stosunku do zbiorników osadowych, dzięki działającym na cząstki zanieczyszczeń siłom odśrodkowym (rys.1). Stosowanie wysokoobrotowej separacji odśrodkowej pozwala na bardzo znaczące wydłużenie czasu życia olejów oraz zwiększa niezawodność systemów olejowych. Skuteczność działania wirówki oparta jest na prawie Stokesa, zaadaptowanym na potrzeby wirówek talerzowych. Skuteczność separacji dwóch cieczy jest tym większa, im większa jest różnica gęstości obydwu cieczy, ale również jest odwrotnie proporcjonalna do lepkości cieczy. Poziom wydajności oczyszczania osiągany dzięki wykorzystaniu wysokoobrotowej separacji odśrodkowej znacząco wydłuża okres używalności cieczy przemysłowych. W efekcie uzyskuje się obniżenie kosztów pracy instalacji dzięki zmniejszonemu zużyciu tych cieczy, mniejszej ilości poddawanego utylizacji Rys. 1. Schemat budowy zestawu do filtracji oleju poprzez wirowanie [4] zużytego oleju i filtrów, rzadszym przestojom oraz polepszeniu zarówno jakości produktu, jak i środowiska pracy. Odśrodkowa filtracja jest stosowana głównie do usuwania wolnej wody i zanieczyszczeń z oleju, może być również stosowana do ciężkiego oleju napędowego, oleju smarowego, oleju transformatorowego, oleju hydraulicznego, klarowania oleju turbinowego i oczyszczania w celu spowolnienia zużycia maszyn. Filtrowanie jest najstarszą znaną technologią oczyszczania olejów przemysłowych. Zasada działania polega na tym, iż olej przepływając przez materiał 94 SZEF UTRZYMANIA RUCHU MAJ-CZERWIEC 2019

4 DODATEK SPECJALNY Rys. 2. Zestaw filtracyjny AD V przenośne urządzenie służące do mikrofiltracji i dokładnego czyszczenia oleju hydraulicznego, przekładniowego, turbinowego oraz obróbczego, wyposażony w filtry głębokiego oczyszczania SDFC (AD2) [4] filtrujący, pozostawia na nim cząstki zanieczyszczeń, które są większe niż otwory w materiale filtrującym. Wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje filtrów mechanicznych: filtry świecowe skuteczne w usuwaniu z olejów zanieczyszczeń tylko w postaci cząstek stałych. Ich skuteczność maleje w miarę zmniejszania się wielkości cząstek. W odniesieniu do zanieczyszczeń o wielkości <5 μm ich skuteczność jest znikoma, filtry workowe najczęściej są instalowane bocznikowo (bypass) w celu dodatkowego doczyszczenia olejów. Ze względu na ich bardzo dużą pojemność stosowane np. do olejów obróbczych lub hartowniczych, filtry dokładne (rys.2) są stosowane do usuwania z olejów cząstek zanieczyszczeń o wielkości <5 μm, filtry magnetyczne zanieczyszczenia zawarte w przepływającym oleju osadzają się na elemencie magnetycznym znajdującym się w obudowie filtra (rys.3). Filtry magnetyczne mają bardzo wiele zalet: są stosunkowo tanie, można je zastosować do oczyszczania wszelkiego rodzaju cieczy (nie tylko olejów), ich eksploatacja nie pociąga za sobą żadnych kosztów, a przydatność do eksploatacji jest bardzo długa. Usuwają cząsteczki stałe bez względu na ich wielkość pod warunkiem, że należą do ferromagnetyków. W związku z powyższym mają zastosowanie tam, gdzie głównym REKLAMA JAKOŚĆ + WYGLĄD NOWIMEX S.C., ul. Kremowa 65a, Warszawa, Tel: , info@nowimex.com.pl SZEF UTRZYMANIA RUCHU MAJ-CZERWIEC

5 OLEJE I SMARY Rys. 3. Filtr magnetyczny typu FM jest przeznaczony do usuwania zanieczyszczeń żelaznych z surowców płynnych lub półpłynnych transportowanych w rurociągach ciśnieniowych [8] zanieczyszczeniem oleju są np. cząsteczki metalu pochodzące z obróbki. Niezależnie od rodzaju wszystkie typy filtrów mechanicznych mają zastosowanie wyłącznie do usuwania zanieczyszczeń w postaci cząstek stałych. W żaden sposób nie wpływają na zanieczyszczenia olejów wodą i produktami utleniania (degradacji). Dehydratacja służy do usuwania wody z olejów. Urządzenia realizujące proces to dehydratory włókninowe (DH), których technologia działania oparta jest o różnicę pomiędzy napięciem powierzchniowym wody i oleju. Zawilgocony olej, przepływając przez materiał składający się z drobnych, cienkich włosków, pozbywa się wody, pozostawiając ją w dehydratorze w formie kropelek, które przyczepiają się do włosków. Ta technologia usuwania wody z olejów świetnie nadaje się do rozwiązywania problemów powstałych np. na skutek uszkodzenia układu chłodzenia układu hydraulicznego. Za pomocą dehydratorów włókninowych można obniżyć zawartość wody w oleju do poziomu ok. 100 ppm, co dla oleju hydraulicznego jest poziomem akceptowalnym. Przy okazji usuwania wody dehydratory włókninowe usuwają z olejów większe niż 10 μm cząstki zanieczyszczeń stałych. Kolejną grupą urządzeń są dehydratory nawiewowe, których zasada działania jest bardzo prosta, ale możliwa do zastosowania tylko w wypadku olejów znajdujących się w zbiornikach zamkniętych. Na przeciwległych końcach jednej przekątnej poprowadzonej przez wieko zbiornika olejowego umieszcza się przewód nawiewowy i ssący. Przewodem nawiewowym wprowadza się w przestrzeń pomiędzy lustrem oleju a pokrywą zbiornika ciepłe, suche powietrze, natomiast przewodem ssącym zasysa się wilgotne powietrze i kieruje do dehydratora, w którym po schłodzeniu oddaje wilgoć. Dla skutecznego działania wymagane jest, aby temperatura oleju w zbiorniku wynosiła >40 C. Im większa powierzchnia lustra oleju, tym większa szybkość usuwania wody. Niewielki dehydrator nawiewowy o mocy 600 W może skutecznie z wydajnością ok. 1,5 kg wody/godz. usuwać wodę ze zbiornika o objętości do 50 m 3. Ze względu na zasadę działania praca dehydratora nawiewowego nie ma żadnego wpływu na wszystkie inne zanieczyszczenia znajdujące się w oleju. Ciekawą alternatywą do opisanych urządzeń są dehydratory próżniowe (rys.4). Opierają one swoją zasadę działania na proporcjonalnym spadku temperatury wrzenia wody do spadku ciśnienia. W komorze próżniowej wytwarza się na tyle niskie ciśnienie, że woda prawie w całości odparowuje przy temperaturze na tyle niskiej, że nie przyspiesza procesu utleniania się oleju. Technologia próżniowego usuwania wody z olejów przydaje się zwłaszcza tam, gdzie wymagania są szczególnie restrykcyjne, np. do osuszania olejów izolacyjnych. Dodatkowym efektem usuwania wody urządzeniami próżniowymi jest usuwanie z olejów gazów. Ta technologia nie ma żadnego wpływu na zanieczyszczenia w postaci cząstek stałych, nie usuwa też z olejów produktów ich utleniania. Rys. 4. Budowa dehydratora próżniowego: 1. Komora odwadniająca, 2. Komora filtracyjna, 3. Króciec wlotowy, 4. Króciec wylotowy, 5. Pompa obiegowa, 6. Pompa próżniowa, 7. Podgrzewacz oleju, 8. Chłodnica, 9. Zbiornik skroplin, 10. Szafa Sterownicza, 11. Pomiar temperatury, 12. Pomiar ciśnienia [6] 96 SZEF UTRZYMANIA RUCHU MAJ-CZERWIEC 2019

6 DODATEK SPECJALNY Rys. 5. Rodzina urządzeń do elektrostatycznego oczyszczania olejów firmy KLEENTEK [7] W urządzeniach tych pompa zębata zasysa olej do przetwarzania poprzez filtr i wkład filtracyjny i kieruje go do grzałki, gdzie jest ogrzewany. Po podgrzaniu do temperatury ok. 60 C olej doprowadzany jest do komory próżniowej. Pompa próżniowa utrzymuje podciśnienie w komorze próżniowej. Próżnia może być regulowana za pomocą zaworu i monitorowana dzięki miernikowi próżni. Podgrzane, przefiltrowane powietrze wpływa do komory, usuwając gazy oraz opary z powierzchni oleju i doprowadzając do osuszenia oleju. Powietrze odprowadzane jest do atmosfery przez separator oleju za pomocą pompy próżniowej. Pompa zębata kieruje olej do zbiornika przetworzonego oleju. Urządzenie gwarantuje czystość układu hydraulicznego i systemu smarowania. Stosuje się go w górnictwie, hutnictwie, energetyce oraz transporcie. Dehydrator próżniowy został stworzony do osuszania wszelkich olejów przemysłowych, takich jak oleje hydrauliczne, przekładniowe, maszynowe, elektroizolacyjne oraz oleje chłodzące. Technologia jonizowania cząstek, której zasada działania oparta jest na prawie przyciągania się przeciwnych ładunków REKLAMA Firmy Ogłoszenia Przeliczniki Newsletter Siła INTERNETUSZEF UTRZYMANIA RUCHU MAJ-CZERWIEC 2019 Video 97

7 OLEJE I SMARY elektrycznych. Olej zassany do urządzenia oczyszczającego kierowany jest do dwóch komór, w których cząstki zanieczyszczeń poddawane są ładowaniu ładunkami elektrycznymi o przeciwnym potencjale w jednej komorze, w drugiej +. Następnie oleje kierowane są do jednej komory, gdzie naładowane przeciwnymi potencjałami cząsteczki, wzajemnie się przyciągając, tworzą większe cząstki, które na wyjściu są wychwytywane przez zwykły filtr mechaniczny. Ta metoda pozwala na usuwanie z olejów bardzo małych cząsteczek (<5 μm, a nawet mniejszych), które połączone osadzają się na filtrze zainstalowanym na końcu układu. Elektrostatyczne oczyszczanie olejów (ELC) oparte jest na zasadzie prawa Coulomba. Każda cząsteczka nierozpuszczona w cieczy posiada pewien ładunek elektryczny. W komorze oczyszczania olej przepływa pomiędzy elektrodami o przeciwnym potencjale (o napięciu ok. 10 tys. V), co powoduje, że cząsteczki zanieczyszczeń bez względu na swoje pochodzenie i wielkość ściągane są w kierunku elektrody o ładunku przeciwnym niż ten, który posiada dana cząsteczka. Na umieszczonym w komorze oczyszczania kolektorze osadzają się nie tylko cząsteczki zanieczyszczeń stałych, ale również cząsteczki powstałe na skutek utleniania się oleju. Efektem jest nie tylko usuwanie z olejów produktów ich starzenia się, ale również wypłukiwanie z układów olejowych osadów, dla których produkty degradacji stanowią spoiwo. Urządzenia do elektrostatycznego oczyszczania oleju (rys.5) wyposażone są w system powodujący usuwanie z olejów ŹRÓDŁA [1] M. Gajewska: Badanie i oczyszczanie olejów, Główny Mechanik, , [2] Strona internetowa: (dostęp: ), [3] Strona internetowa: (dostęp: ), [4] Strona internetowa: (dostęp: ), [5] Strona internetowa: (dostęp: ), [6] Strona internetowa: (dostęp: ), [7] Strona internetowa: (dostęp: ), [8] Strona internetowa: (dostęp: ). wody, o ile jej zawartość nie przekracza poziomu 500 ppm. Urządzenia te usuwają z olejów wszelkie zanieczyszczenia bez względu na ich rodzaj i wielkość. Oleje pielęgnowane poprzez zastosowanie urządzeń do elektrostatycznego oczyszczania praktycznie bezterminowo zachowują swoje pierwotne właściwości fizykochemiczne, dzięki czemu w ogóle nie wymagają wymiany przez cały okres eksploatacji maszyny. KORZYŚCI Z OCZYSZCZA- NIA ŚRODKÓW SMARO- WYCH W PRZEDSIĘBIOR- STWIE Oczyszczanie środków smarnych niesie ze sobą wiele korzyści. Są to zarówno korzyści ekonomiczne, jak również co obecnie ma ogromne znaczenie korzyści dla środowiska naturalnego. W większości przypadków koszt regeneracji zawiera się między 50-60% kosztów wymiany oleju. Proces regeneracji odbywa się poprzez długotrwałą cyrkulację oleju. Dzięki temu poza poprawą właściwości oleju stopniowo usuwane są zanieczyszczenia zgromadzone również w układzie smarowania. Tak jak już wspomniano, proces regeneracji oleju jest niezwykle korzystny dla środowiska, pozwala bowiem na zmniejszenie ilości odpadów w postaci przepracowanych olejów. W trakcie regeneracji powstaje bardzo mała, zaledwie około 2% ilość odpadu olejowego, który nie nadaje się już do dalszego użytku. Technologia filtracji pozwala wydłużyć żywotność oleju nawet pięciokrotnie. W wyniku oczyszczania olejów różnego typu, takich jak: oleje hydrauliczne, przekładniowe, turbinowe, maszynowe, transformatorowe oraz chłodziwa (obejmujące oleje obróbcze, emulsje olejowe itp., w klasach lepkości od 15 do 150 według standardów ISO), zmniejsza się ilość wytwarzanych odpadów, co wywiera korzystny wpływ na środowisko naturalne. Dodatkowe korzyści, które sprawiają, że oczyszczanie oleju i innych cieczy smarowych jest coraz chętniej stosowane przez przedsiębiorstwa produkcyjne to: zredukowanie czasu konserwacji układu, nakładów finansowych oraz ilości zużytego oleju, wydłużenie okresu między wymianami oleju, usunięcie 99,95% wody z oleju, możliwość przeprowadzenia procesu mikrofiltracji na pracującej maszynie, a co za tym idzie brak przestojów, możliwość uzyskania parametrów oleju odpowiadających nowemu. WNIOSKI Nowoczesne maszyny i materiały, z których są wykonywane, wymagają nowoczesnych środków smarnych i profesjonalnego podejścia do kwestii smarowania. Producenci tych środków ciągle je udoskonalają pod względem poprawy własności smarnych redukujących tarcie, oszczędzających energię, jak również wydłużania trwałości użytkowej, a tym samym okresów między przeglądowych. Korzyści, jakie może przynieść prawidłowo prowadzona gospodarka smarownicza zakładu, w tym oczyszczanie i regenerowanie olejów i cieczy smarowych, są ogromne. Są to zarówno oszczędności czasu potrzebnego na wymianę i przestoje maszyn z tym związane, jak i korzyści ekologiczne spowodowane zmniejszoną ilością zużytych środków smarnych (szkodliwych substancji ropopochodnych) wprowadzonych do obrotu. Korzyści te w długoletnim okresie znacząco poprawiają rachunek ekonomiczny przedsiębiorstwa, czyniąc je jednocześnie bardziej proekologicznym i nowoczesnym. 98 SZEF UTRZYMANIA RUCHU MAJ-CZERWIEC 2019