Tribotechnická diagnostika velkých točivých strojů

Olej musí v těchto zařízeních dokonale zajistit mazání ložisek i převodovky. Slouží jako hydraulická a regulační kapalina, chrání zařízení před korozí, snižuje hlučnost a v neposlední řadě funguje jako nositel informací. Přenosem informací můžeme rozumět to, že provozovaný olej nám dá informaci nejen o jakosti a stavu samotného oleje, ale i o technickém stavu strojního zařízení.
Jako mazivo se převážně používají ropné oleje, které jsou upravovány jak selektivní rafinací, tak vysokotlakou hydrogenací. Moderní trendy se snaží prosazovat i oleje syntetické. Využívání těchto maziv u velkých točivých strojů je ale stále spíše menšinovou záležitostí. Oleje pro velké točivé stroje se upravují přísadami, a to převážně jen antioxidanty, přísadami proti korozi a pěnivosti.

Před použitím nového oleje je u takto velkých a nákladných zařízení nutná laboratorní kontrola. Ta musí být provedena s absolutní přesností, protože se předpokládá, že olejová náplň pracuje v těchto systémech až 20 let bez výměny. V průběhu provozu se ročně doplňuje zhruba 3 – 7 % nového oleje. Olej by měl mít vždy stejné složení - stejnou aditivaci a pokud možno i stejný typ základového oleje. Pokud v průběhu provozu dojde ke změně dodavatele oleje, je potřeba provést ověření všech vlastností oleje a prověřit vzájemnou mísitelnost za různých teplot a koncentrací.
                 
Změny vlastností oleje
Změny základních vlastností olejů jsou způsobeny oxidačními a termooxidačními reakcemi. Oxidaci oleje podporuje vzdušný kyslík, vyšší teplota, voda, kovové částice a prach. Méně stabilní molekuly oxidují a tvoří se kyselé produkty, které další reakci poskytují komplexní sloučeniny, kaly, pryskyřice a další polymery.

Provozní kontrola maziv
Na základě podrobného rozboru oleje získáme informace o skutečném stavu maziva. Na základě dlouhodobého sledování provozu velkých soustrojí bylo vypracováno doporučení pro kontrolu a určení potřebných jakostních parametrů pro zajištění bezproblémového dlouhodobého provozu.

Tyto hodnoty a termíny kontrol jsou určeny pro stroje po záběhu s bezproblémovým provozem. V případě vzniklých problémů na zařízení, je nutné provádět rozbory častěji.

Největší problémy
Při dlouhodobém sledování se můžeme nejčastěji setkat s následujícími problémy:

Čistota oleje
Je nutné provádět pravidelné kontroly a v případě výskytu nečistot zajistit jejich dokonalé odstranění. Při vyšším obsahu nečistot dochází k poruchám ložisek, převodovek a také v hydraulických systémech. Negativní vliv se projevuje v regulaci soustrojí.

Číslo kyselosti
Ukazuje na chemické změny v oleji. Tvoří se různé organické a anorganické kyselé produkty. Při zvýšeném číslu kyselosti vznikají pryskyřičnaté polární látky. Ty zalepují ložiska, hydraulické prvky a regulace. To se stává i při poklesu přísad.

Obsah vody
Voda se do oleje dostává dýcháním olejového systému nebo převážně poruchou chladicího okruhu. Všeobecně je známo, že voda má negativní vliv na olej, způsobuje korozi a ovlivňuje přítomné přísady. Nejjednodušším způsobem, jak se přítomné vody zbavit, je její odstranění pomocí odpaření za provozu, při větším množství je nutné vodu odstředit a volnou vodu odpustit z nádrže.

Deemulgace
Zde často dochází k narušení povrchových vlastností oleje. Tím se začíná voda špatně odlučovat z oleje. To je způsobeno především stárnutím oleje. Daleko větší vliv má však pronikání povrchových aktivních látek (saponátů). Takto znehodnocený olej nelze dále používat a musí se vyměnit.

Změna viskozity
Ke změně viskozity dochází převážně tím, že je do oleje přidán jiný druh oleje. V kompresoru pro dopravu uhlovodíkových plynů se mění viskozita při poškození ucpávek. Pronikání CH plynů sníží viskozitu a bod vzplanutí. Sníží se únosnost mazacího filmu a při nižším bodu vzplanutí hrozí nebezpečí požáru a výbuchu.

Pokles přísad
K poklesu přísad dochází v průběhu provozu. Tento jev se dá řešit pomocí doaditivování. Zde je však nutné znát celkový stav oleje a objektivně rozhodnout, co je opravdu vhodné pro další provoz. Z pravidla se provádí při výrazném poklesu aditiv celková výměna oleje.

Pěnivost
Tento jev vzniká při stárnutí maziva a při ztrátě protipěnících přísad. Hlavní příčinou pěnění ale bývá netěsnost olejového systému a pronikání vzduchu do oleje. Při uvolnění provozního tlaku dochází posléze k pěnění oleje. Zde je potom nutná prohlídka celého olejového okruhu a odstranění závad. Pokud zmiňované problémy vyřešíme, je možné přidat nové protipěnící přísady.

Měkké kaly
Jsou jemné rozpustné nečistoty, které jsou polární a postupně se usazují tam, kde to pro zajištění bezporuchového provozu potřebujeme nejméně. V současnosti nám měkké kaly způsobují řadu problémů u turbinových a hydraulických kapalin. Proč tato situace nastává právě v současné době?
Značně se prodlužují výměny olejů, mění se základové oleje a v neposlední řadě na mazivo působí vyšší tlaky a teploty. Co se tedy v provozu s oleji děje?
Oxidace je základní příčina tohoto problému. Vytvářejí se kyseliny, alkoholy, estery, různé polymery, laky pryskyřice apod. Produkty oxidace tvoří stavební kameny ke vzniku pozdějších poruch. Dochází k polymeraci tj. spojování a tím se vytváří delší řetězce molekul. Tyto látky mají nižší rozpustnost v oleji a jsou silně polární (jsou v oleji stále přítomné a jejich rozpustnost je založena na charakteru základového oleje a teplotě). Při vzniku dalších produktů oxidace se množství a velikost těchto polymerů blíží k bodu nasycení a může nastat bod vysrážení. K vysrážení dochází při překročení prahu rozpustnosti. To se uspíší při poklesu teploty oleje. Dále dochází ke shlukování nerozpustných měkkých částic o velikosti 0,08 až 1 µm. Tyto shluky měkkých částic jsou polární a postupně se z oleje uvolňují. Vypadávání těchto polárních polymerů vytváří shluky na kovových površích. Polární částice se usazují předně na chladnějších místech a také tam, kde je nižší proudění oleje. Vytvořená vrstva nám brání v plynulém pohybu hydraulických a regulačních systémů. Polymery se usazují v převodovkách, nádržích a ložiscích. Olej je při klasickém hodnocení čistoty v pořádku - zde hodnotíme velikost nečistot větší než 4, 6 a 14 µm v 1 ml kapaliny. Toto hodnocení nás na velmi malé a jemné tekuté kaly neupozorní.
Na základě vzniklého problému byla vytvořena nová ASTM norma. V prosinci roku 2012 byla vydána norma ASTM D 7843-12 „Stanovení mazivem vytvořených nerozpustných barevných látek provozovaných v turbinových olejích pomocí kolorimetrického měření membrány“. Tato zkušební metoda extrahuje nerozpustné nečistoty ze vzorku pozorovaného oleje na membránu 0,45 µm. Barva membrány je analyzována spektrofotometrem. Výsledek je uveden jako hodnota ΔE.

Výměna olejů
V průběhu dlouhodobého provozu dochází ke ztrátě základních vlastností oleje. Nejjednodušší je celková výměna oleje, často se ale kvůli úspoře nákladů doporučuje jen částečná výměna. Do olejové náplně se přidá cca 1/3 obsahu nového oleje. Hlavní význam je v tom, že se po určitou dobu dá prodloužit provoz bez výměny a odstávky. Při výměně celé olejové náplně a před naplněním nového oleje, je nutný proplach celého systému. Je potřeba být opatrný na jemné tekuté kaly, které se v průběhu provozu usazují na funkční uzly zařízení.

Závěrem
Velmi drahé velké točivé stroje vyžadují mimořádnou péči o olej. Odstavení těchto strojů znamená pro provozovatele velké ekonomické ztráty. Je tedy nutné provádět pravidelné kontroly maziv. Výsledky tribotechnické diagnostiky nás upozorní jako první, že se strojem není něco v pořádku. Odstranění závad je při včasném jednání jednodušší a nemusí dojít k celkovému odstavení soustrojí. Dodržení všech základních zásad znamená prodloužení životnosti olejů i funkčních uzlů, které jsou mazány. Je všeobecně známé, že olejové náplně vydrží při správné kontrole a péči v provozu 15 - 20 let.

Vladislav Marek, Ondřej Švec, DiS.