Dołącz do czytelników
Brak wyników

Oleje i smary

17 sierpnia 2022

NR 4 (Lipiec 2022)

Monitorowanie olejów w czasie rzeczywistym

0 82

Ważnym podzespołem wielu maszyn, a także ważnym podsystemem wielu systemów produkcyjnych jest układ smarowania. Jego podstawowymi zadaniami są zmniejszenie oporu tarcia oraz odprowadzanie ciepła, którego wytwarzanie zawsze towarzyszy procesom ciernym, a w niektórych przypadkach także zapewnienie szczelności między współpracującymi powierzchniami. Zadania dodatkowe to: oczyszczanie powierzchni trących oraz zabezpieczanie ich przed korozją. Elementem układu smarowania jest typowo filtr, który ma zatrzymywać zanieczyszczenia oleju.

Monitorowanie stanu technicznego różnych maszyn i urządzeń wykorzystuje zróżnicowane pomiary. W ciągu minionej dekady obserwuje się upowszechnienie i wzrost zainteresowania technikami wspomagającymi ocenę stanu technicznego, które w przeszłości były rzadziej wykorzystywane. Na ryc. 1 [1] pokazano zmianę proporcji między najczęściej wykorzystywanymi technikami na rzecz wspomagania oceny stanu technicznego.
Z pokazanego zestawienia wynika, że wciąż najbardziej popularną techniką monitorowaniu i zabezpieczeniach stanu technicznego są drgania mechaniczne. Zauważmy jednak, że w ciągu minionej dekady nastąpił kilkukrotny wzrost stosowania w tym celu badań oleju. Rys historyczny wykorzystywania badań olejowych na rzecz diagnostyki maszyn zamieszczono a apli obok. 
Monitorowanie stanu oleju realizowane w przeszłości najczęściej z pomoc technik Off–Line, współcześnie coraz częściej jest zastępowane pomiarami w reżimie ciągłym.
 

Ryc. 1. Ewolucja stosowania różnych technik wspomagających ocenę stanu technicznego


Pogorszenie właściwości oleju może być konsekwencją starzenia się, ingerencji innego płynu lub też pojawieniem się cząstek stałych – w tym również takich, które są konsekwencją zużycia smarowanej maszyny. W tym ostatnim przypadku, mając na uwadze czystość oleju, można posługiwać się różnymi standardami do scharakteryzowania zanieczyszczenia frakcją stałą. Najczęściej wykorzystywane są w tym celu: 

  • ISO-4406:20211, 
  • ISO-11218:2017 (standard ten jest tożsamy ze standardem SAE–AS4059:2013/Rev. F; historia obu standardów sięga początków lat 90’tych), oraz
  • NAS–1638:20112 – ten standard choć już nie jest aktywny to wciąż jeszcze jest często wykorzystywany na świecie, bowiem ma kilkudziesięcioletnią historię, która zakorzeniła się głęboko w świadomości i praktyce wielu użytkowników.
     

Z HISTORII BADAŃ OLEJU
Początki monitorowania metalicznych produktów zużycia pojawiło się w latach 60. XX wieku jako rozszerzenie monitorowanie jakości smarów i zanieczyszczeń. Korzenie tego podejścia datują się jeszcze na lat czterdzieste*) kiedy to amerykańskie linie kolejowe podjęły próbę jego wykorzystania dla oceny swojego taboru, ale przez ponad dekadę ograniczało się głównie do tego pojedynczego zastosowania**). Wynikało to z faktu, że analizy były przeprowadzone przez chemików w mało efektywnym badaniu laboratoryjnym, tzn. w badaniu dedykowanym pojedynczemu metalowi.
Spektrometr emisyjny z bezpośrednim odczytem został opracowany w latach 40. XX wieku, ale upowszechnienie spektroskopii emisyjnej nastąpiło dopiero wtedy, kiedy Walter Baird wynalazł spektrometr emisyjny z bezpośrednim odczytem, który umożliwiał analizy dziesiątek pierwiastków w jednym przejściu, a do obsługi nie wymagał specjalistów posiadających jakąś głęboką wiedzę chemiczną. Ta technika spowodowała znaczący postęp w analizie olejów. Proces analizy został finalnie całkowicie zautomatyzowany i został z niego wyeliminowany człowiek. Współcześnie na rynku są dostępne dziesiątki spektrometrów pracujących najczęściej w przedziale długości fal bliskim do 200 …2000 (4000) [nm], które umożliwiają rozpoznawanie wszystkich ważnych dla procesu diagnostyki oleju pierwiastków.
W latach 70 analiza oleju obejmowała pomiar lepkości i innych cech charakteryzujących degradację smaru, a także identyfikację zanieczyszczeń oraz metalicznych produktów zużycia. Niedostatkiem środków technicznych z tamtego okresu był brak możliwości automatycznego rozpoznawania większych (>5 [μm]) produktów zużycia. Problem ten został rozwiązany dekadę później. Opracowane zostały techniki umożliwiające rutynowe określanie rozmiarów i liczenie cząstek w przedziale 5…100  [μm]. Liczniki cząstek nie rozróżniają ich natury i zajmują się jedynie sortowaniem i liczeniem. Rozszerzenie liczników o równoległe stosowanie techniki ferrografii analitycznej, pozwoliło na bardziej wszechstronną analizę obejmującą np. analizę w zakresie podstawowej metalurgii. Jeszcze bardziej zaawansowane wyniki analiz mogą być uzyskane w przypadku równoległego zastosowania skaningowej mikroskopii elektronowej.

*) Pierwszym odnotowanym przypadkiem oceny stanu technicznego poprzez analizę oleju jest rozpoznanie w laboratorium badawczym Denver i Rio Grande Railroad problemów technicznych z silnikiem Diesla co miało miejsce w 1946 roku.
**)  W 1955 r. analiza oleju osiągnęła taki poziom zaawansowania, w którym Biuro U.S. Naval Weapons zdecydowało się uruchomić program badawczy mający na celu zastosowania analizy zużycia metalu do prognozy awarii podzespołów samolotu. Program ten stał się z czasem podstawą dla Wspólnego Programu Analizy Oleju (Joint Oil Analysis Program=JOAP), który obejmuje wszystkie rodzaje Sił Zbrojnych USA. Projekt JOAP dowiódł, że wzrost zużycia elementów można potwierdzić, wykrywając wzrost zawartości metalicznych produktów zużycia w oleju smarnym.


Liczba cząstek charakteryzuje względną czystość płynu. Oceny dokonuje się dla cząstek o różnych rozmiarach (od 4 do 70 [μm]).
Pierwszy z wymienionych standardów dokonuje oceny czystości płynu na bazie liczby i wielkości cząstek znajdujących się w 1 [ml] płynu. Dla oceny wielkości cząstek ustalona jest gradacja: 4, 6 i 14 [μm]3. 
ISO 4406 to trzyczęściowy kod (np. 21/19/12 – vide lewa kolumna TABELI), gdzie pierwsza liczba oznacza liczbę cząstek większych niż 4 µm, druga – cząstek większych niż 6 µm, a trzecia informuje o cząstkach większych niż 14 µm (>4/>6/>14). Numery kodów ISO są zdefiniowane ilościowo tak jak podano w TABELI. 
W systemie olejowym nie powinny się znajdować drobiny substancji stałej o gabarytach większych od granicznie dopuszczalnych, bowiem przyczyniałyby się one do przyspieszonego zużycia podzespołów. Możliwie wszystkie cząstki winny być wychwytywane przez filtry. W ten sposób dąży się do zapewnienia takich właściwości substancji smarnej, które nie będą skutkować w erozji smarowanych podzespołów. Nie oznacza to jednak, że w systemie olejowym od wyjścia smaru z maszyny do filtrów, nie znajdą się cząstki stałe o gabarytach większych od rozpatrywanych przez ISO–4406. Mogą to być produkty zużycia smarowanych podzespołów. Umiejętność ich rozpoznawania i oceniania jest jednym z zadań CBM4.
 

Ryc. 2. Cele prowadzenia analiz o...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy