Aktualności

Klasy czystości cieczy hydraulicznych

14-08-2017

1. UKŁADY HYDRAULICZNE

Pod nazwą „układ hydrauliczny" rozumieć należy każdy układ, w którym czynnikiem roboczym jest ciecz. Urządzenie hydrauliczne stanowi zespół jednego lub więcej układów hydraulicznych i często współpracuje z innymi podzespołami i elementami pomocniczymi. Urządzenia hydrauliczne spotyka się niemal we wszystkich rodzajach maszyn roboczych i pojazdów. Posiadają je urządzenia przemysłu ciężkiego (np. walcarki, prasy, itp.), obrabiarki, maszyny budowlane, pojazdy samochodowe, samoloty oraz statki żeglugi wodnej.

Do podstawowych zespołów i elementów spotykanych najczęściej w układach hydraulicznych należą m.in.:

  • pompy hydrauliczne,
  • rozdzielacze,
  • zawory hydrauliczne,
  • wzmacniacze hydrauliczne,
  • filtry,
  • zbiorniki na ciecze robocze

Układy hydrauliczne można podzielić na dwa rodzaje:

  • układy hydrokinetyczne, w których wykorzystywana jest energia kinetyczna cieczy,
  • układy hydrostatyczne, w których energia przekazywana jest poprzez zmiany ciśnienia cieczy hydraulicznej bez dużych zmian jej prędkości.

 

2. WŁASNOŚCI CIECZY HYDRAULICZNEJ

Oleje hydrauliczne stosowane są w układach hydraulicznych do przenoszenia energii z napędu hydraulicznego (pompy hydrauliczne) do odbiorników (cylindry, silniki hydrauliczne), spełniając równocześnie rolę środka smarującego, chroniącego przed korozją oraz odprowadzającego ciepło. Istotną własnością charakteryzującą oleje hydrauliczne, z punktu widzenia prawidłowości pracy układu hydraulicznego, jest lepkość i jej zmiany w zależności od warunków panujących w układzie, przede wszystkim ciśnienia i temperatury. Lepkość oleju decyduje o warunkach jego przepływu przez przewody, kanały i szczeliny. Wraz ze wzrostem ciśnienia rośnie lepkość oleju i zmniejsza się jego objętość, co należy uwzględnić, szczególnie w wysokociśnieniowych i bardzo obciążonych układach. Wzrost temperatury powoduje spadek lepkości oleju, dlatego oleje pracujące w zmiennych temperaturach muszą posiadać wysoki wskaźnik lepkości, który w niektórych olejach dochodzi do 150.

Tabela 2 - Klasyfikacja lepkościowa olejów przemysłowych wg PN-78/C-96098 i ISO 3448

Symbol klasy lepkości Średnia lepkość kinematyczna Lepkość kinematyczna w temperaturze 40°C, mm2/s nie niższa niż nie wyższa niż
w temperaturze 40°C, mm2/s
VG 2 2,2 1,98 2,42
VG 3 3,2 2,88 3,52
VG 5 4,6 4,14 5,06
VG 7 6,8 6,12 7,48
VG 10 10 9 11
VG 15 15 13,5 16,5
VG 22 22 19,8 24,2
VG 32 32 28,8 35,2
VG 46 46 41,4 50,6
VG 66 68 61,2 74,8
VG 100 100 90 110
VG 150 150 135 165
VG 220 220 198 242
VG 320 320 288 352
VG 480 480 414 506
VG 680 680 612 748
VG 1000 1000 900 1100
VG 1500 1500 1350 1650

 

Ważnymi własnościami dla eksploatacji oleju są:

  • własności smarne, szczególnie przeciwzużyciowe, zabezpieczające elementy układu hydraulicznego przed zużyciem mechanicznym tam, gdzie producent urządzenia stawia wysokie wymagania dotyczące smarowania silnie narażonych na zużycie ścierne elementów (łożyska pompy), zaleca się stosowanie olejów zawierających dodatki EP (Extreme Pressure), redukujących tarcie i chroniących współpracujące powierzchnie przed zużyciem,
  • stabilność oleju, będąca wynikiem jego odporności na utlenienie oraz ścinanie mechaniczne w podwyższonych temperaturach pracy oleju i przy słabej odporności oleju na utlenianie tworzą się szkodliwe produkty reakcji powodując zakwaszenie, wzrost lepkości oleju oraz powstawanie laków, które mają tendencję do osadzania się na elementach układu,
  • własności przeciwkorozyjne podczas schładzania oleju (przerwa w pracy urządzenia) w układzie hydraulicznym może wytworzyć się kondensat wodny. Woda może prowadzić do korozji i w następstwie do zużycia ściernego produktami korozji, które ponadto katalizują procesy starzenia oleju,
  • niska skłonność do pienienia - ze względu na możliwość przedostania się do układu powietrza lub innego gazu (np. przez nieszczelności na ssaniu pompy olejowej) może dojść do utworzenia się piany. Jest to zjawisko może być niebezpieczne
  • które może prowadzić do uszkodzeń związanych z niedostatecznym smarowaniem,
  • odporność na emulgowanie z wodą oraz łatwość wydzielania zemulgowanej wody ze względu na możliwość wnikania do układu hydraulicznego wody (kondensacja pary, nieszczelności układu) ważną cechą oleju jest
  • zdolność do jej skutecznego wydzielania, by mogła być odprowadzana przez zawór odwodnienia,
  • czystość oleju, to jest maksymalny dla danego układu hydraulicznego poziom zawartości zanieczyszczeń mechanicznych, określony poprzez klasę czystości oleju.

 

3. KLASYFIKACJA CIECZY HYDRAULICZNYCH

  • Czynnikiem roboczym w każdym urządzeniu hydraulicznym jest ciecz. Jej rodzaj i jakość decyduje o sprawnym i niezawodnym działaniu urządzenia oraz wpływa na trwałość jego elementów.
  • Ze względu na skład chemiczny oleju bazowego wyróżnia się następujące grupy rodzajowe cieczy hydraulicznych:
  • oleje mineralne-stosowane w większości układów hydraulicznych,
  • oleje syntetyczne (węglowodorowe lub estrowe),
  • ciecze trudnopalne stosowane są w układach hydraulicznych, pracujących w strefach zagrożenia pożarowego,
  • w większości przypadków są to ciecze zawierające wodę lub trudnopalne fosforany organiczne,
  • oleje biodegradowalne stosowane w celu ochrony środowiska, w przypadkach, gdy istnieje niebezpieczeństwo przedostania się cieczy hydraulicznej do gleby lub wody (za biodegradowalne uznaje się ciecze, które ulegają biologicznemu rozkładowi wciągu 21 dni co najmniej w 80 %).

W zależności od stopnia wysilenia warunków pracy układu hydraulicznego stosowane są oleje o zróżnicowanym poziomie jakości. Najczęściej klasyfikuje się ciecze hydrauliczne wg normy ISO 6743/4 (polski odpowiednik norma PN-84/C-96099/09), w praktyce eksploatacyjnej często stosowana jest również klasyfikacja cieczy hydraulicznych wg niemieckiej normy DIN 51 524.

W tabeli 3 przedstawiono charakterystykę składu chemicznego cieczy hydraulicznych wg ISO 6743/4, natomiast w tabeli 4 odniesienie klas jakościowych olejów hydraulicznych wg ISO i DIN. W tabeli 5 przedstawiono biodegradowalność poszczególnych grup cieczy hydraulicznych, w zależności od składu chemicznego zastosowanej bazy.

Tabela 3 - Charakterystyka składu chemicznego cieczy hydraulicznych wg ISO 6743/4

Klasa oleju wg  Charakterystyka składu chemicznego cieczy            
ISO 6743/4                      
Oleje                      
HH Oleje mineralne bez dodatków uszlachetniających            
HL Oleje mineralne z dodatkami przeciwutleniającymi i przeciwkorozyjnymi        
HM Oleje klasy HL polepszonych własnościach przeciwzużyciowych          
HR Oleje klasy HL polepszonych własnościach lepkościowo-temperaturowych (o wysokim wskaźniku lepkości)  
HV Oleje klasy HM o polepszonych własnościach lepkościowo-temperaturowych      
HS Ciecze syntetyczne, ale nie trudnopalne              
HG Oleje klasy HM o polepszonych własnościach smarowych          
Ciecze trudnopalne                      
HFAE Emulsja oleju w wodzie (> 80 % wody)              
HFAS Wodne roztwory substancji chemicznych (> 80 % wody)          
HFB Emulsja oleju w wodzie (< 80 % wody)              
HFC Ciecze wodno-glikolowe (ok. 50% wody)              
HFDR Ciecze syntetyczne na bazie estrów fosforanowych             
HFDT Ciecze syntetyczne HFDR + dodatki               
HFDU Inne chemikalia nie zawierające wody              

 

Tabela 4 - Odniesienie klas jakościowych olejów hydraulicznych wg ISO i DlN

ISO 6743/4

DIN 51 524

HL

HM

HM+detergent

HV

HL

HLP

HLPD

HVLP

 

 

Tabela 5 - Biodegradowalność poszczególnych grup cieczy hydraulicznych, w zależności od składu chemicznego zastosowanej bazy.

Rodzaj bazy cieczy hydraulicznej

Biodegradowalność [%]

Oleje roślinne

>90

Estry

>80

Poliglikole

>80

Oleje mineralne

ok. 50

Estry fosforanowe

< 10

 
 

4. DOBÓR OLEJU DO UKŁADU HYDRAULICZNEGO

Dobierając olej do układu hydraulicznego należy kierować się przede wszystkim zaleceniami wytwórcy urządzenia. W przypadku braku wytycznych należy kierować się charakterystyką lepkościową oleju, która jest podstawową cechą decydującą o sprawnym funkcjonowaniu układu kryterium: temperatura początkowa i temperatura robocza układu. Temperatura robocza układów pracujących przy niskich i umiarkowanych ciśnieniach wynosi zazwyczaj 405 C powyżej temperatury otoczenia, dla układów wysokociśnieniowych jest ona jeszcze o 102°C wyższa. Olej w układach nisko i umiarkowanie wysilonych, w tych temperaturach powinien mieć lepkość od 1316 mm2/s (lepkość w temperaturze pracy nie może być niższa niż 10 mm2/s). Dla układów wysokociśnieniowych zalecana minimalna lepkość w temperaturze pracy wynosi 25 mm2/s.

Podczas użytkowania układów hydraulicznych należy ściśle przestrzegać zaleceń producenta dotyczących rodzaju i jakości cieczy roboczej oraz terminów jej wymiany i oczyszczania filtrów.

Przystępując do wymiany oleju należy:

  1. dokładnie opróżnić układ z zużytego oleju,
  2. oczyścić zbiornik oraz przepłukać cały układ niewielką ilością oleju świeżego,
  3. spuścić olej użyty do płukania,
  4. napełnić układ olejem świeżym do właściwego poziomu, przestrzegając zaleceń dotyczących klasy czystości oleju.

Mieszanie różnych gatunków olejów, różnych producentów, bez uprzedniego badania laboratoryjnego niektórych własności mieszanek jest niewskazane z uwagi na możliwość wytrącania się osadów I obniżenie własności zmieszanych olejów.

 

5. EKSPLOATACJA OLEJU W URZĄDZENIACH HYDRAULICZNYCH

Okres eksploatacji oleju w urządzeniach hydraulicznych zależy od warunków pracy i staranności w obsłudze. W umiarkowanych warunkach pracy czas eksploatacji wynosi minimum 1 rok.

Olej pracujący w urządzeniach hydraulicznych należy okresowo kontrolować, poddając ocenie następujące parametry:

  • lepkość kinematyczną w 40°C,
  • liczbę kwasową.

W przypadku przekroczenia granicznych wartości parametrów, tj.:

  • wzrostu lepkości oleju o 10 %,
  • wzrostu liczby kwasowej powyżej 0,5 mg KOH/g olej należy wymienić.

Nawet najlepszy olej nie spełni oczekiwań Klienta, jeżeli układ nie będzie właściwie eksploatowany. Do najważniejszych czynników, na jakie należy zwrócić uwagę, należą:

  • filtracja i czystość cieczy hydraulicznej - zanieczyszczenia mechaniczne są największym zagrożeniem dla prawidłowej i bezawaryjnej pracy układu hydraulicznego, należy więc bardzo dokładnie nadzorować proces filtracji cieczy,
  • temperatura pracy - ciecz hydrauliczna starzeje się tym szybciej, im wyższa jest jej temperatura pracy, nadmierna temperatura pracy jest również szkodliwa dla innych elementów układu,
  • zapowietrzenie układu - obecność powietrza w układzie może spowodować zjawisko niedostatecznego smarowania wskutek utworzenia się piany, najczęstszymi powodami przedostawania się powietrza do układu są m.in.: nieszczelności przewodów i pompy, niski poziom cieczy hydraulicznej w układzie,
  • kawitacja (polega na implozji pęcherzyków gazu w cieczy) powodowana jest najczęściej problemami po stronie ssącej pompy, głównymi czynnikami sprzyjającymi powstawaniu tego zjawiska są np. zanieczyszczenia kosza ssącego, niepełna drożność przewodu ssącego, zbyt lekki olej,
  • odpowiedni dobór i montaż uszczelnień - ciecz hydrauliczna nie może wykazywać agresywności wobec uszczelek, szczególną uwagę należy zwrócić w przypadku stosowania trudnopalnych cieczy hydraulicznych oraz olejów mineralnych (należy porównać punkt anilinowy oleju mineralnego z wartościami zalecanymi przez producenta uszczelek).

Głównym czynnikiem wpływającym na zużycie elementów wchodzących w skład układów hydraulicznych (zaworów, pomp) jest, pomimo stosowania różnego rodzaju środków ostrożności, zawartość zanieczyszczeń cząsteczek obcych, do których możemy zaliczyć:

  • cząsteczki metalowe pochodzące z procesów zużycia,
  • pyły zewnętrzne,
  • cząsteczki rdzy,
  • cząsteczki farby.

Producent układu hydraulicznego zazwyczaj podaje wymagania odnośnie czystości cieczy hydraulicznej. Wymagana czystość układu hydraulicznego zależy od konstrukcji oraz maksymalnego ciśnienia w nim panującego. Do najczęściej stosowanych systemów za pomocą których można wyrazić poziom zanieczyszczenia cieczy hydraulicznej należą:

  • NAS 1638, 
  • ISO 4406

W tabeli 6 przedstawiono wymagania odnośnie klas czystości wg NAS 1638, natomiast w tabeli 7 przykładowe poziomy czystości wg ISO 4406.

Tabela 6 - Wymagania odnośnie klas czystości wg NAS 1638

Klasa

Przedziały wymiarowe

 

5-15 µm

15-25µm

25-50 µm

50-1 00 µm

> 100 µm

00

125

22

4

1

0

0

250

44

8

2

0

1

500

88

16

3

1

2

1 000

178

32

6

1

3

2000

355

63

11

2

4

4000

712

126

22

4

5

8000

1 425

253

45

8

6

16000

2850

506

90

16

7

32000

5700

1 012

180

32

8

64000

11 400

2025

360

64

9

128000

22800

4050

720

128

10

256 000

45800

8 100

1 440

256

11

512000

91200

16200

2880

512

12

1 024 000

182400

32400

5760

1 024

 

Tabela 7. Kody klas czystości i przyporządkowane im ilości cząstek zanieczyszczeń wg ISO 4406 (k - mnożnik 1000, M - mnożnik 1000000)

Kod

Liczba cząstek w 100 ml cieczy

 

> 5 µm

> 15 µm

 

więcej niż i do

więcej niż i do

20/17

500 k

1M

64 k

130 k

20/16

500 k

1M

32 k

64 k

20/15

500 k

1 M

16 k

32 k

20/14

500 k

1 M

8 k

16 k

19/16

250 k

500 k

32 k

64 k

19/15

250 k

500 k

16 k

32 k

19/14

250 k

500 k

8 k

16 k

19/13

250 k

500 k

4 k

8 k

18/15

130 k

250 k

16 k

32 k

18/14

130 k

250 k

8 k

16 k

18/13

130 k

250 k

4 k

8 k

18/12

130 k

250 k

2 k

4 k

17/14

64 k

130 k

8 k

16 k

17/13

64 k

130 k

4 k

8 k

17/12

64 k

130 k

2 k

4 k

17/11

64 k

130 k

1 k

2 k

16/13

32 k

64 k

4 k

8 k

16/12

32 k

64 k

2 k

4 k

16/11

32 k

64 k

1 k

2 k

16/10

32 k

64 k

500

1 k

15/12

16 k

32 k

2 k

4 k

15/11

16 k

32 k

1 k

2 k

15/10

16 k

32 k

500

1 k

15/9

16 k

32 k

250

500

14/11

8 k

16 k

1 k

2 k

14/10

8 k

16 k

500

1 k

14/9

8 k

16 k

250

500

14/8

8 k

16 k

130

250

13/10

4 k

       8 k

500

1 k

13/9

4 k

       8 k

250

500

13/8

4 k

       8 k

130

250

12/9

2 k

       4 k

250

500

12/8

2 k

       4 k

130

250

11/8

1 k

        2 k

130

250

Oprócz w/w czynnika, na eksploatację oleju hydraulicznego w urządzeniu, mają wpływ również zanieczyszczenia wodą lub innymi olejami. Woda może tworzyć z olejem hydraulicznym emulsję, a proces ten może zostać zintensyfikowany poprzez obecność innych olejów w układzie hydraulicznym. Prowadzi to do znacznego pogorszenia, a nawet utraty własności smarnych i przeciwkorozyjnych oleju hydraulicznego. Ponadto w fazie wodnej mogą rozwijać się mikroorganizmy. Produkty ich przemiany materii oraz korozja przyspieszają proces zużywania się elementów układu hydraulicznego i mogą doprowadzić do rozszczelnienia układu.

W przypadku pytań dotyczących filtracji olejów hydraulicznych prosimy o kontakt z Działem Technicznym Tel.+48 81 820 07 88 lub e-mail: biuro@gorner.pl