Analýza olejů pro prediktivní a proaktivní údržbu

Analýzou částic se získají důležité informace o dějích ve stroji. Důležité je sledovat stroj průběžně a získat tak trendy obsahů částic v oleji, protože ty vypovídají dostatečně spolehlivě o změnách v režimu opotřebení. Druhou součástí  TTD je analýza vlastního oleje, kterou zjistíme jak změny jeho fyzikálně-chemických vlastností, tak i jeho znečištění cizorodými látkami, např. vodou, mechanickým znečištěním nebo chemickými sloučeninami.
Aby výstupy z TTD opravdu přinášely uživatelům strojů užitečné informace o jejich strojích, je bezpodmínečně nutné rychle a správně interpretovat výsledky provedených analýz a na jejich základě zformulovat jasné a pokud možno stručné diagnostické závěry a doporučení pro další postup.

Schéma rozboru
Pro TTD je důležité splnit 3 následující požadavky – rychlost, přijatelná cena a komplexnost (každý protokol o analýze oleje provedené v rámci TTD musí obsahovat jasný závěr a doporučení dalšího postupu). První dva požadavky jdou proti třetímu, na jejich základě by měl být rozbor co nejjednodušší, naproti tomu správné vyhodnocení stavu oleje i stroje vyžaduje stanovit nezbytně ne nejmenší počet parametrů v rámci rozboru. S ohledem na tyto skutečnosti je třeba vytipovat co nejmenší, ale dostatečný počet zkoušek. Stanovené parametry se pochopitelně liší podle typu analyzovaného oleje (typu zařízení, ze kterého je vzorek oleje odebrán). Příklad možného složení zkoušek je v tabulce 1.
Legenda: ICP – atomová emisní spektrometrie s indukcí vázanou plazmou (metoda, kterou se stanovuje obsah uvedených prvků v oleji); FTIR – infračervená spektrometrie s Fourierovou transformací (metoda, kterou se stanovuje degradace a znečištění oleje); TBN – celkové číslo alkality; TAN – celkové číslo kyselosti; ISO kód – tzv. kód čistoty oleje stanovený podle počtu částic v oleji rozdělených do 3 frakcí podle velikosti; KF – titrace podle Karla Fischera (může být coulometrická nebo volumetrická).

Interpretace výsledků TTD
Předpokladem správné interpretace výsledků analýzy mazacího oleje vzhledem ke stavu sledovaného stroje jsou: znalost složení materiálů použitých ve stroji, znalost provozních podmínek stroje a znalost všech neobvyklých událostí, které nastaly mezi odběry vzorků oleje. Je zřejmé, že bez dobré komunikace mezi laboratoří a uživatelem stroje by to nešlo. K dispozici jsou samozřejmě obecně platné údaje o tom, který kov se zvýšenou koncentrací v oleji indikuje zvýšené opotřebení kterého dílu (viz tab. 2).
A kdy je obsah toho kterého otěrového kovu, který vznikl opotřebením stroje, zvýšený a vysoký? Zásadní otázka TTD nemá úplně jednoznačnou odpověď. Jednoduché řešení - uplatnit limity obsahu prvků - má svá nemalá úskalí. Především, jak tyto limity stanovit tak, aby opravdu korespondovaly se zvýšeným či intenzivním opotřebením jednotlivých dílů stroje? Tuto možnost má prakticky jen výrobce stroje na základě dlouhodobých provozních zkoušek svých výrobků. Během těchto zkoušek a na jejich závěr je nutné provádět prohlídky jednotlivých dílů spojené s proměřením intenzity jejich opotřebení a tyto výsledky dávat do souvislosti s naměřenými obsahy jednotlivých otěrových kovů. Jistě je jasné, že je to časově a finančně náročné. Také proto jsou limity obsahu otěrových kovů v mazacím oleji předepsány minimem výrobců strojů a často i výrobci, kteří ve svých provozních předpisech doporučují či nakazují provádět analýzy olejů včetně intervalů odběru vzorků, parametrů, které se mají měřit a jejich limitů, mají v kolonce otěrové kovy uvedeno „sledovat trendy“. Typickým příkladem jsou někteří výrobci plynových motorů.
Takže trendy neboli sledování změn obsahů jednotlivých kovů v čase jsou tím účinným nástrojem tribotechnické diagnostiky (viz obr. 1).

Typický průběh obsahu otěrového kovu je kolísání kolem nějaké hodnoty v tzv. ustáleném režimu provozu s nějakým minimálním opotřebením dílů stroje. Pak odchylka směrem k vyššímu obsahu sledovaného kovu znamená diagnostický signál zvýšeného opotřebení (viz obr. 2).

Hlavní výhodou TTD je, že při pravidelném sledování obsahu otěrových kovů je možné zaznamenat vznikající poruchu velmi brzy. Pak je možné včas přistoupit k opravě diagnostikovaného dílu. Oprava je z kategorie malých, tzn. levných a krátkých. V tab. 3 je uvedeno porovnání nákladů v případě převodovky nakladače - když se provádí a neprovádí analýza oleje z převodovky. Je zřejmé, že i když by se drobná oprava prováděla každých 2000 h, budou náklady na hodinu provozu nižší. A především, že největší úspora je v minimálním prostoji stroje.

Případové studie
- Lisy v keramičce
V podniku vyrábějícím keramické dlaždice měli setrvalé problémy s poruchami hydraulických lisů. Příčinou byl prach přítomný v celém výrobním prostoru, který se přes válce lisů dostával do hydraulického oleje a způsoboval abrazivní opotřebení. Vedoucí údržby se proto rozhodl k okamžitému řešení - zavést dodatečné čištění hydraulických olejů a jejich analýzy, tedy jít cestou proaktivní údržby. Celé řešení problému bylo rozvrženo do 4 etap. V první pracovníci údržby podrobně zmapovali situaci a identifikovali hlavní problémy. Ke druhé byli přizváni externisté, kteří údržbáře zaškolili ve správném používání přídavného čištění, v odběrech vzorků olejů a vyložili důležitost a přínosy proaktivní údržby. Třetí a čtvrtá etapa znamenaly zavedení pravidelného čištění hydraulických olejů a odběrů a analýz vzorků olejů. Po uplynutí jednoho roku od zavedení přídavného čištění a analýz olejů bylo provedeno komplexní vyhodnocení celého systému. Nejdůležitějším zjištěním bylo, že v průběhu roku nebyla nutná ani jedna odstávka zařízení. Minimalizovaly se náklady na výměnu náhradních dílů - zde šlo především o čerpadla z hydraulických systémů lisů. Cena čerpadla je několik desítek tisíc korun. Bylo dosaženo významného prodloužení výměnných lhůt olejů. Původní výrobcem lisů doporučený výměnný interval byl 2000 provozních hodin. V podniku mají dva typy lisů s různým namáháním hydraulického oleje. U jednoho typu byl dosažen průměrný interval 8000 h, ve druhém dokonce 16 000 h (což tedy bylo samozřejmě zjištěno až po 2 letech provozu, po tom prvním bylo konstatováno, že olej není nutné měnit). A z finančního hlediska byla zajímavá i možná záměna oleje typu HV (původně doporučený) za olej typu HM, jehož cena je nižší. Ve výrobních halách neklesá teplota pod +5 °C a dlouhodobým sledováním strojů s nasazeným olejem typu HM bylo zjištěno, že ani stroj, ani olej touto záměnou netrpí.

- Sledování plynových motorů
V prvním příkladu jsou uvedeny výsledky analýz oleje z motoru spalujícího bioplyn s vyšším obsahem síry. Olej má viskozitní třídu SAE 15W-40. V tab. 4 je časový přehled výsledků analýz. Je zřejmé, že kvalita plynu výrazně ovlivňuje stav oleje. Protože olej nebyl vyměněn po analýze vzorku z 8. 9., jeho degradace dále pokračovala a vzorek odebraný 23. 10. už je výrazně degradován. Průběh vybraných hodnot na obr. 3 a 4 jasně dokumentuje degradaci oleje. Jedním faktorem byly provozní podmínky plynového motoru (obr. 3) a druhým kvalita paliva (obr. 4).
Pro druhý příklad byl vybrán motor spalující také bioplyn, ale obsah síry v tomto plynu dosahoval maximálně 200 mg/m3. Olej má viskozitní třídu SAE 40. I když sledovaná doba byla kratší, než v prvním příkladu, i tak lze říci, že výrazně menší vliv na stav oleje je zřejmý (viz tab. 5 a obr. 5).

Závěr
Kvalitní TTD je součást moderního systému údržby strojů, pro její co největší efektivitu je naprosto nutná velmi dobrá spolupráce lidí z laboratoře provádějící analýzy olejů s lidmi z podniku (pracovníci údržby), ve kterém jsou stroje sledovány. K tomu je jistě nutné splnit určité technické předpoklady - znalost materiálů, znalost parametrů použitého oleje a jejich limitů a znalost provozních podmínek stroje. Pak aplikace TTD v rámci údržby strojů přináší reálné a nezanedbatelné úspory.

Ing. Vladimír Nováček, ALS Czech Republic, s.r.o., vladimir.novacek@alstribology.com
 

Publikováno: 19. 11. 2014 | Počet zobrazení: 2490 542