HYDRAULICKÉ OLEJE

Úvod

Hydraulické prevody, ktoré na základe zákonov hydrauliky použivajú kvapaliny k prenosu a regulacii sily nachádzajú široké uplatnenie všade tam, kde je potrebné znásobenie tlaku alebo, kde sa vyžaduje presná a spoľahlivá regulácia. V súčasnosti si už ani nevieme predstaviť stroje a mechanizmy bez hydraulických prevodov. To čo sa zmenilo v súčasnosti sú vyššie prevádzkové požiadavky na tieto stroje a zariadenia. Ide o vyššie výkony, náročné prevádzkové podmienky, pracovné prostredie, vyššie zaťaženie, pracovné teploty hydraulických olejov, vyššie prevádzkové tlaky, ktoré v súčasnosti sú až 45 MPa a na druhej strane menšie rozmery jednotlivých prvkov hydraulického systému. Tento stav si vyžaduje väčšiu pozornosť a najmä starostlivosť o tieto stroje a zariadenia.

Hydraulické prevody

Hydraulické prevody majú v porovnaní s mechanickými prevodmi niekoľko výhod:

-menšie rozmery
-plynulejšia zmena otáčok
-jednoduchší vratný chod
-vhodné pre priamočiare a rotačné pohyby
-možnosť diaľkového ovládania
-ľahšia obsluha a iné.

Vzhľadom na tieto výhody sa uplatnenie hydraulických prevodov v technickej praxi neustále rozširuje do všetkých odvetví priemyslu. Kvapaliny, ktoré sa používajú na tieto účely, ako prevodové kvapaliny musia plniť aj ďalšie funkcie. Okrem toho, že musia mazať jednotlivé hydraulické prvky, musia odvádzať teplo a chrániť vnútorné časti hydraulickej sústavy proti korózii.

Podľa svojich úžitkových vlastností a vzhľadom na konštrukciu, výkon a pracovné podmienky hydraulických systémov a teda aj na spôsob prenosu energie kvapaliny ich rozdeľujeme na kvapaliny pre hydrostatické a hydrodynamické prevody.

Oleje pre hydrostatické prevody

Hydrostatické prevody sú charakterizované ako systémy, kde pohybová energia pohonnej kvapaliny v celom systéme je malá, konštantná a statická energia je veľká.

Hydraulické hydrostatické systémy sa skladajú z niekoľkých častí a to sú olejová nádrž, zdroj tlaku, čerpadlo (hydrogenerátor), riadiace prvky pre usmernenie tlaku a prietoku, pre zmenu tlaku na mechanický pohyb (hydraulický motor), potrubie a ďalšie prvky potrebné k prevádzke hydraulického systému.

Pre voľbu hydraulického oleja, kvapaliny je rozhodujúca viskozita. S viskozitou súvisí trenie v kvapaline, mazanie, objemové straty v hydrogenerátore a ventiloch, tlakové zmeny, objemová účinnosť a kavitácia.

Pre zariadenia, ktoré pracujú v širokom rozsahu pracovných teplôt treba brať do úvahy zmeny viskozity s teplotou. Kvapalina, olej musí mať dobrú tekutosť, čerpatelnosť pri nízkych vonkajších teplotách (nábeh čerpadla) a pri vysokých pracovných teplotách nesmie hodnota kinematickej viskozity klesnúť pod 10 mm².s^-1. Táto hodnota, minimálna viskozita je veľmi závislá od konštrukcie hydrogenerátora, čerpadla a podľa výrobcov mala by byť v rozsahu 12 až 15 mm².s^-1.

Vzhľadom na prevádzkové podmienky treba pamätať, že kvapalina, olej je vystavený v hydraulickom systéme vysokým tlakom a častým tlakovým a rýchlostným zmenám. Prevádzkové tlaky pre porovnanie, napr. v stavebných a poľnohospodárskych strojoch sú 25 až 45 MPa, v obrábacích strojoch 2,5 až 6 MPa a regulačných prvkoch 0,5 až 0,6 MPa.

V hydraulických systémoch veľkú pozornosť musíme venovať obsahu vlhkosti, vody. Vlhkosť urýchľuje starnutie oleja, podporuje koróziu a tvorbu emulzií, vznik kalov, ktoré obmedzujú prietok oleja, zanášajú regulačné, hydraulické prvky a spôsobujú ich funkčné poruchy. Voda je v ropnom oleji málo rozpustná (pri 50 °C za atmosferického tlaku sa v oleji rozpustí asi 0,02 % hm., t.j. 200 ppm vody).

Voda je rozptýlená v malých kvapôčkach v cirkulujúcom oleji v hydraulickom systéme. Voda má sklon buď sa odlučovať pri dostatočne dlhej dobe počas odstavenia zariadenia v nádrži alebo tvoriť emulziu typu “voda v oleji”. Obsah vody v neemulgovanej kvapaline nesmie byť väčší ako 0,1 % hm., 1000 ppm a to z toho dôvodu, že voda podporuje opotrebovanie napr. ložísk (tvorba pitingu) a materiálových dvojíc oceľ/bronz, spôsobuje hrdzavenie, starnutie oleja s tvorbou kalov a penenie oleja.

Treba uviesť, že na vlhkosť sú citlivé najmä oleje obsahujúce prísadu na báze zinku, ZDDF (Zinc dialkyldithiophosphate). Niektoré ZDDF účinkom vody hydrolyzujú za vzniku produktov korodujúcich meď a jej zliatiny, ktoré sú často používané ako materiály v axiálných piestových čerpadlách a okrem toho nastáva strata účinnosti ZDDF, ako protioderovej prísady na oceľových trecích povrchoch. Vzhľadom na uvedené problémy v súčasnosti sú uvádzane nové formulácie hydraulických olejov čo sa týka obsahu zinku v oleji. Ide o nové tri základné typy, formulácie systému prísad v hydraulických olejoch:

- Oleje s vysokým obsahom zinku (obsah Zn 0,07 % hm, alebo vyšší)
- Oleje s nízkym obsahom zinku (obsah Zn menší ako 0,07 % hm)
- Oleje s obsahom bezpopolnatých prísad (bez obsahu zinku, alebo iných kovov prítomných v oleji),

Prísne požiadavky sú aj na obsah a veľkosť mechanických nečistôt. Ich celkový obsah podľa niektorých zdrojov nemá byť väčší ako 0,008 % hm. Táto hodnota sa stanovuje pomocou vhodného membránového filtra. Odporúčaná úroveň tried čistoty kvapalín sa stanovuje podľa normy ISO 4406-99, resp. normy NAS 1638.

Odporúčané kódy čistoty hydraulických kvapalín sú uvedené v STN 65 6206 pre jednotlivé skupiny hydrostatických prvkov a tiež odpovedajúce triedy čistoty a odpovedajúca odporučená menovitá filtračná schopnosť v závislosti od menovitého tlaku. Používanie správnej a účinnej filtrácie má veľký vplyv na zníženie poruchovosti strojov, spotrebu mazacích prostriedkov a tiež významne prispieva k zvýšeniu spoľahlivosti a životnosti strojov a zariadení.

V hydraulických systémoch môžu častice väčšie ako 25 μm zablokovať čerpadlá, ventíly a hydromotory. Menšie abrazívne častice v rozsahu od 0,5 do 5 μm, známe ako prach, ktoré sú rovnakej veľkosti ako výrobné tolerancie uloženia, lícovania strojov, môžu zapríčiniť opotrebovanie, nárast netesnosti, viesť k zníženiu účinnosti a nárastu teplôt. Pri aplikácii olejov je dôležitá ich čistota. Podľa normy STN 65 6206 pre jednotlivé hydraulické prvky odpovedajú triedy čistoty a tiež je odporúčaná menovitá filtračná schopnosť filtrov.

Tak napr., pre servoventíly jedno a dvojstupňové, pre tlaky menšie ako 16 MPa je odporúčaná menovitá filtračná schopnosť filtra 5 μm, trieda čistoty podľa STN 65 6206, ISO 4406 trieda 15/12 a podľa NAS 1638 trieda 7.

Olejárske spoločnosti dodávajú kvalitné hydraulické oleje v triedach čistoty 7 až 9 podľa NAS 1638, ktoré sa používajú v priemyselných hydraulických systémoch. Treba spomenúť, že nové označenie podľa ISO 4406-99 uvádza triedy čistoty , označenia napr. 14/12/10. To znamená, že hodnotenie je pre častice veľkosti väčšej ako 4 μm, 6 μm a 14 μm v 1 ml oleja.

Ako hydraulické kvapaliny sa používajú ropné a syntetické oleje, voda, vodné roztoky a emulzie. Ropné hydraulické oleje sa vyrábajú z kvalitných rafinátov s dobrou oxidačnou stálosťou a s vysokými viskozitnými indexmi. Ide o základové oleje II. a III. skupiny podľa hodnotenia API, resp. syntetické oleje na báze polyalfaolefínov (PAO), skupina IV.

Podľa pracovných podmienok v hydrostatických systémoch, ktoré sú veľmi rozdielne v závislosti od veľkosti prenášanej sily, konštrukcie, teploty a ďalších prevádzkových parametrov sú hydraulické kvapaliny rozdelené tak, ako je to uvedené v nasledovnom prehľade.

Klasifikácia ropných olejov podľa DIN 51 524

DIN 51 524, časť 1, HL - ropné oleje s antioxidačnými a protikoróznymi vlastnosťami
DIN 51 524, časť 2, HLP - ropné oleje s protioderovými vlastnosťami
HLPD - ropné oleje s detergentnými a proti peniacimi prísadami, ktoré sa môžu použivať i v prítomnosti vody ( do 5 %)
DIN 51 524, časť 3, HVLP - ropné oleje s protioderovými vlastnosťami a vylepšeným viskozitným indexom

Klasifikácia hydraulických kvapalín podľa ISO 6743-4

Klasifikácia ropných olejov

ISO -L- HH, neinhibované rafinované ropné oleje
ISO -L- HL, oleje typu HH s antioxidačnými a protikorozívnymi vlasnosťami
ISO -L- HM, oleje typu HL s protioderovými vlastnosťami
ISO -L- HR, oleje typu HL s vysokým viskozitným indexom
ISO -L- HV, oleje typu HM s vysokým viskozitným indexom
ISO -L- HG, oleje typu HM s vlastnosťami “ stick - slip”
ISO -L- HS, syntetické hydraulické kvapaliny.

Pre náročnú, vysokotlakovú hydrauliku sa používajú najmä hydraulické oleje výkonovej triedy ISO-L-HM, resp. triedy ISO-L-HV a to tam, ak ide o celoročnú prevádzku, napr. strojov a mechanizmov. Čo sa týka viskozitných tried ISO VG, tak sa uplatňujú, používajú najmä viskozitné triedy v rozsahu 32, 46 a 68. Pre porovnanie noriem ISO a DIN treba uviesť, že výkonová trieda ISO HM odpovedá triede DIN HLP, resp. trieda ISO HV, triede HVLP.

V technickej praxi sa v súčasnosti často stretávame s požiadavkou na dobrú filtrovateľnosť kvapalín, hydraulických olejov.

Na filtrovateľnosť oleja a použitého hydraulického oleja majú vplyv nasledujúce faktory:

- Viskozita

- Obsah prísad

- Oxidácia oleja

- Nečistoty

- Nezlúčitelnosť s inými olejmi a látkami.

Zníženie filtrovateľnosti použitého oleja preto naznačuje podozrenie na určité zmeny, ktoré mohli byť zapríčinené z dôvodu jeho zmiešania s inými nezlúčiteľnými olejmi, oxidáciou oleja, znečistením inými látkami.

Pre stanovenie filtrovateľnosti sa používajú rôzne metódy v mnohých prípadoch také, ktoré si stanovujú samotné kontrolné inštitúcie, laboratória, pričom v mnohých prípadoch s veľmi rozdielnymi skúšobnými podmienkami.

Uvedieme známe laboratórne skúšky filtrovateľnosti:

- AFNOR NF E 48-690 (suchý spôsob)

- AFNOR NF E 48-691 (mokrý spôsob)

- AFNOR NF E 48-692 (ťažko zápalné kvapaliny)

Pre zlepšenie filtrovateľnosti oleja a zabezpečenie spoľahlivosti hydraulických systémov sa začali používať hydraulické oleje, ktoré sú označované ako superstále hydraulické oleje s kontrolovanou schopnosťou odlučovania vody.

Náročné prevádzkové podmienky, presnejšie lícovanie hydraulických prvkov si vyžaduje väčšiu čistotu hydraulických olejov. V súčasnosti sa používajú filtre v niektorých prípadoch o jemnosti 5 až 3 mm.

Voda, vysoké tlaky a teploty často zapríčiňujú, že v nestabilizovaných olejoch vznikajú látky, usadeniny, ktoré zanášajú, blokujú jemné filtre a tým znižujú kvalitu hydraulického oleja. V súčasnosti sa rieši najmä otázka degradácie hydraulických olejov a to z dôvodu vysokých prevádzkových teplôt, mikro dieselizácie (adiabatická kompresia), horúce miesta v mazacom systéme a iné. Pri takýchto náročných prevádzkových podmienkach vznikajú živice, laky a kaly. Nebezpečné sú najmä laky, ktoré nie je možné odstrániť bežným mechanickými postupmi na ošetrovanie olejov, napr. filtráciou.

Pre kontrolu hydraulického oleja sa odporúčajú nasledovné kvalitatívne ukazovatele:

Odporúčané ukazovatele Merné jednotky Skúšobné metódy

Farba - STN 65 6076, ISO 2049

Neutralizačné číslo mgKOH/g STN 65 6214

Obsah vody % hm alebo mg/kg STN 65 6062

Kinematická viskozita mm².s-¹ STN 65 6216, ASTM D 445

Nečistoty - ISO 4406-99, NAS 1638

Deemulgačná charakteristika ml/ml/ml/min STN 65 6229

Odlúčivosť vzduchu minúty STN 65 6260, DIN 51 381

Penenie ml/s/ml STN 65 6238, ASTM D 892

Obsah kovov (Al,Fe,Cr,Cu,Pb,Si,Sn) mg/kg, ppm ASTM D 5185

Okrem uvedených skúšok sú vykonávané mechanické skúšky na opotrebovanie jednotlivých časti čerpadiel. Ide o tieto známe skúšky:

- Vickers test PVH 57 pre zubové čerpadlá

- Vickers test V 104 C, 35VQ25 a 30 pre lamelové, krídlové čerpadlá.

Známe sú aj špecifikácie výrobcov, z ktorých treba spomenúť najmä špecifikáciu hydraulických olejov podľa výrobcu Denison, výkonová trieda HF 0, HF 1 a HF 2.

V závere príspevku uvedieme známe trendy v hydraulických olejoch a systémoch, ktoré sú v jednotlivých strojoch a mechanizmoch:

- Kompaktnejšie systémy (menšie olejové nádrže, kratšie cirkulačné cykly, vyššie obehové číslo oleja, vyššie teploty olejov)

- Vyššie prevádzkové tlaky, 45 MPa

- Jemnejšia filtrácia, 3 μm

- Oleje bez obsahu zinku a popola

- Žiadne úniky, straty oleja

- Používanie biologický odbúrateľných olejov.

Odporúčané ukazovatele Merné jednotky Skúšobné metódy