pl
en

Przyczyny pienienia się oleju hydraulicznego

Warto wiedzieć, co powoduje pienienie się oleju hydraulicznego oraz jakie działania podjąć, by temu zapobiec i skutecznie rozwiązać ten problem.

Olej hydrauliczny odgrywa kluczową rolę w wielu systemach maszynowych, jednak zjawisko jego pienienia się oleju może być poważnym problemem. Pieniący się olej może prowadzić do zakłóceń w funkcjonowaniu urządzeń, obniżenia wydajności systemów oraz skrócenia żywotności komponentów hydraulicznych. Zrozumienie przyczyn tego zjawiska jest niezmiernie istotne dla utrzymania sprawności i trwałości maszyn. Warto wiedzieć, co powoduje pienienie się oleju hydraulicznego oraz jakie działania podjąć, by temu zapobiec i skutecznie rozwiązać ten problem.

pieniący się olej hydrauliczny – czym jest piana i skąd się bierze?

Piana jest zbiorem małych pęcherzyków powietrza, które gromadzą się na powierzchni lub blisko powierzchni płynu. W niektórych przypadkach piana może wyciec przez odpowietrzniki, wzierniki i bagnety. Piana jest skutecznym izolatorem termicznym, więc temperatura oleju może być ciężka do kontrolowania. Obecność pęcherzyków powietrza w płynie może doprowadzić do nadmiernego utleniania, kawitacji, pogorszenia właściwości smarnych oleju bądź awarii układu hydraulicznego, smarnego.

Mówiąc o układach hydraulicznych, warto zauważyć, że odporność środka smarnego na nadmierne napowietrzanie, które może prowadzić do pienienia się oleju, jest efektem zmniejszenia jego napięcia powierzchniowego. Powodem takiego stanu rzeczy mogą być przede wszystkim zanieczyszczenia stałe czy obecność wody w oleju. Do niektórych środków smarnych dodawane są surfaktanty, takie jak emulgatory czy detergenty. Ich redukcja w oleju skutkuje zwiększeniem napięcia powierzchniowego, dzięki czemu, w rezultacie utrudniona zostaje dyfuzja cząstek powietrza w oleju, co skutecznie zapobiega zjawisku pienienia się.

Przyczyny pienienia się oleju hydraulicznego - wpływ napięcia powierzchniowego na tworzenie się piany w oleju.

Rysunek: Porównanie wpływu napięcia powierzchniowego na tworzenie się piany w oleju. Mechanizm niszczenia pęcherzyka powietrza przez cząsteczkę silikonu.

dlaczego olej hydrauliczny się pieni?

Pienienie się oleju hydraulicznego to problem, który może występować w hydraulicznych systemach i maszynach. Istnieje kilka głównych czynników, które mogą przyczyniać się do tego niepożądanego zjawiska. Do najczęściej spotykanych należą:

  • niska jakość oleju hydraulicznego
  • przeciążenie systemu hydraulicznego
  • zanieczyszczenie wodą
  • zanieczyszczenia stałe
  • zubożały środek przeciwpienny (prawdopodobnie ze względu na intensywne procesy filtracji oraz technologii separacji elektrostatycznej)
  • zmieszanie krzyżowe płynu z nieodpowiednim środkiem smarnym
  • zbyt dużo dodatku przeciwpiennego – ze względu na nieprawidłową formulację lub nieprawidłową rekonstrukcję pakietu dodatków
  • starzenie się środka smarnego
  • uszkodzenia lub wycieki w układzie hydraulicznym – problemy mechaniczne powodujące nadmierne napowietrzanie płynu

Przyczyny pienienia się oleju hydraulicznego są zróżnicowane, ale często związane z jakością oleju, obciążeniem systemu oraz stanem technicznym całego układu hydraulicznego. Skuteczne zapobieganie wymaga zatem starannej konserwacji, monitorowania jakości oleju oraz regularnych przeglądów, aby utrzymać system w optymalnej kondycji.

piana w oleju hydraulicznym – skutki pienienia się olejów

Pienienie się oleju hydraulicznego w kontekście pracy i eksploatacji maszyny może prowadzić do szeregu negatywnych skutków, wpływających zarówno na efektywność operacyjną, jak i trwałość systemu. Występowanie stabilnej piany na powierzchni oleju może pogorszyć efekt chłodzenia i prowadzić do wzrostu temperatury roboczej. W efekcie wzmożonego kontaktu z powietrzem następuje intensyfikacja procesów utleniania oleju i w efekcie szybciej się zużywa. W niektórych miejscach może dojść również do zmniejszenia się lepkości roboczej, w związku z czym własności smarne oleju pogarszają się.

Oto kilka istotnych aspektów związanych z konsekwencjami tego zjawiska:

1. Redukcja Właściwości Smarnych:

Pienienie się oleju wpływa na jego właściwości smarne, co może skutkować zwiększonym zużyciem elementów roboczych maszyny. Redukcja efektywności smarowania może prowadzić do szybszego zużycia łożysk, uszczelek i innych komponentów, co wymagać będzie częstszych napraw i przestoju maszyny. Skutkiem piany w oleju jest również to, że olej starzeje się szybciej, a lepkość robocza ulega zmniejszeniu.

2. Wzrost Temperatury Oleju:

Proces pienienia się oleju może skutkować wzrostem temperatury, co z kolei wpływa na cały układ hydrauliczny. Podwyższona temperatura przyspiesza procesy zużycia oraz degradacji oleju, co prowadzi do konieczności częstszej wymiany oraz utraty efektywności pracy maszyny.

3. Obniżenie Wydajności Systemu:

Pienienie oleju hydraulicznego może prowadzić do obniżenia wydajności całego systemu hydraulicznego. Tworzenie się piany wpływa na stabilność ciśnienia w układzie, co może skutkować utratą precyzji i sprawności pracy maszyny.

4. Zwiększone Ryzyko Uszkodzeń Elementów Hydraulicznych:

Pienienie oleju zwiększa ryzyko powstawania kawitacji, czyli pęcherzy powietrza w oleju, które mogą prowadzić do uszkodzeń pomp, zaworów i innych elementów hydraulicznych. Te uszkodzenia mogą wymagać kosztownych napraw i znacznie przedłużyć czas przestoju maszyny.

5. Spadek Ogólnej Wydajności Maszyny:

W rezultacie wszystkich negatywnych skutków pienienia się oleju, ogólna wydajność maszyny ulega spadkowi. To może prowadzić do utraty rentowności operacyjnej, zwiększenia kosztów utrzymania i konieczności częstszych interwencji serwisowych.

6. Zaburzenie pracy czujników monitorujących

Jeśli w zbiorniku olejowym jest obecna warstwa piany, czujniki monitorujące poziom oleju mogą prezentować niewłaściwe wskazania. W związku z tym pompy mogą zasysać mieszaninę oleju i powietrza, zamiast czystego oleju. W układzie hydraulicznym może to prowadzić do powstawania zjawiska kawitacji.

7. Ryzyko uszkodzeń elementów mechanicznych:

Piana w łożyskach zapobiega tworzeniu się hydrodynamicznego filmu smarnego. Hydrodynamiczny film smarny jest warstwą oleju, która powstaje pomiędzy powierzchnią łożyska a elementem obrotowym, takim jak wałek. Ta warstwa oleju pełni funkcję smarowania i oddzielająca powierzchnie, co minimalizuje tarcie i zużycie elementów łożyska.

Piana w łożyskach zakłóca ten proces poprzez tworzenie się bąbelków gazu lub powietrza w warstwie oleju. Bąbelki te stanowią barierę dla tworzenia się stabilnego hydrodynamicznego filmu smarnego, ponieważ przerywają płynność oleju pomiędzy powierzchnią łożyska a wałkiem. Oznacza to, że w układzie smarowania, między oddziałującymi ze sobą powierzchniami styku, warstwa filmu smarnego nie jest wystarczająca.

8. Ryzyko wystąpienia pożarów

Piana na powierzchni oleju może utrudniać odprowadzenie ciepła z systemu hydraulicznego. W przemysłowych warunkach pracy, gdzie systemy często działają pod dużym obciążeniem, utrudniona wymiana ciepła może skutkować nadmiernym wzrostem temperatury i w efekcie doprowadzić do pożaru.

czym są środki przeciwpienne i jak działają?

Środki przeciwpienne składają się najczęściej z dwóch środków chemicznych: metylosilikon i polimetakrylan. Są one mieszane z olejem w różnych stężeniach w zależności od lepkości i innych właściwości fizykochemicznych środka smarnego, w którym mają pracować. Czasami aplikacja ma również wpływ na rodzaj zastosowanego środka przeciwpiennego.

Porównując oleje przekładniowe do turbinowych, można zauważyć, że te pierwsze wykazują większą skłonność do pienienia się. Wynika to z faktu, że istnieje większe prawdopodobieństwo dłuższego zatrzymywania się pęcherzyków powietrza w płynie niż w oleju turbinowym o niższej lepkości. W oleju turbinowym pęcherzyki powietrza mogą szybciej unoszą się i gromadzą na powierzchni płynu, a następnie rozpadają się spontanicznie.

Większość środków smarnych zawiera dodatki przeciwpienne aby zminimalizować ryzyko wystąpienia stabilnej piany na powierzchni oleju. Aby środek ten spełniał swoje zadanie musi być zachowana równowaga pomiędzy nim, a innymi dodatkami uszlachetniającymi w oleju.

Na poniższym zdjęciu zaprezentowano zasadę działania tego typu dodatków. Po wprowadzeniu substancji przeciwpiennej (A) rozlewa się ona po całej powierzchni filmu smarnego, otaczając pęcherzyki powietrza (B). W miarę rozprzestrzeniania się, siła ścinająca powoduje odpływ błony stabilizującej z powierzchni międzyfazowej pęcherzyków gazu, co powoduje rozrzedzenie błony międzyfazowej (C). W końcu pęcherzyk pęka (D), uwalniając zawarty w nim gaz.

Rysunek: Zasada działania dodatków przeciwypiennych.

silikony

Silikony charakteryzują się bardzo niskim napięciem powierzchniowym, wynoszącym około 21 mNm⁻¹, co sprawia, że mają skłonność do gromadzenia się na granicy faz powietrze/olej. Aby były najskuteczniejsze jako środki przeciwpienne, muszą być nierozpuszczalne w oleju, a cząstki silikonu powinny mieć rozmiar mniejszy niż 5 do 7 mikronów, aby zapewnić długotrwałe działanie.

Rysunek: Struktura chemiczna polidimetylosiloksanu.

kopolimery akrylowe

Kopolimery akrylanowe często występują w zakresie od 0 do 400 ppm w olejach przemysłowych, które nie zawierają detergentów ani dyspergatorów. Nie są one tak podatne na porywanie powietrza (air-entrainment) jak silikony.

Mimo to, nadmierne ich dodawanie może prowadzić do nadmiernego napowietrzania, co z kolei może skutkować reakcjami z innymi dodatkami. Przykładowo, wykazano, że kopolimery akrylanowe reagują z polibutenami, które są powszechnie stosowane jako środki poprawiające wskaźnik lepkości, co sprawia, że nie są one powszechnie używane w olejach o wyższym współczynniku lepkości (VI).

Większość badań nie wykazuje niezgodności pomiędzy silikonem a akrylanami, a ich działanie wydaje się sumować. Dodatki przeciwpienne oparte na akrylanach mogą być nadwrażliwe na zanieczyszczenia. Mogą reagować z cząstkami polarnymi, a nawet ze sobą, tworząc większe cząsteczki zwane micelami. To sprawia, że są one mniej skuteczne, czasami już w ciągu sześciu miesięcy. Micela może zostać złamana, a dodatek może odzyskać swoją pierwotną siłę poprzez energiczne mieszanie. Kopolimery akrylanowe posiadają całkowicie organiczną strukturę i nie zawierają żadnych innych pierwiastków poza węglem, tlenem i wodorem (rysunek 2). W związku z tym pomiar ich stężenia nie jest łatwy, w przeciwieństwie do środków przeciwpiennych na bazie silikonu, które można monitorować, określając stężenie krzemu w nowych i zużytych olejach za pomocą atomowej spektroskopii emisyjnej.

Rysunek: Struktura chemiczna kopolimeru akrylowego.

Jeśli środek przeciwpieniący jest oparty na krzemie, można go monitorować za pomocą standardowej analizy elementarnej próbki oleju. Kiedy poziom krzemu spada, może to świadczyć o wyczerpywaniu się dodatku. Najlepszym sposobem monitorowania dodatków organicznych jest przeprowadzanie testów wydajności, takich jak skłonność do pienienia. Porównując te wyniki z nowym olejem, można ocenić właściwości i efektywność dodatku.

Oczywiście, sprawdzanie obecności piany podczas codziennej kontroli wskaźników poziomu oleju dostarczy nam szerszego obrazu potencjalnych problemów eksploatacyjnych. Przy należytej uwadze i trosce o środki przeciwpieniące, mogą one skutecznie współdziałać ze sprzętem oraz środkami smarnymi. Jednak nie możemy zapominać o odpowiednim doborze filtrów i regularnym monitorowaniu poziomów dodatków, aby upewnić się, że działają one prawidłowo.

rozwiązanie problemu pieniącego się oleju

Rozwiązanie problemu pieniącego się oleju hydraulicznego wymaga kompleksowego podejścia opartego na analizie jakości oleju, systematycznej konserwacji, monitorowaniu parametrów pracy i eliminacji potencjalnych źródeł problemu. Działania te, w połączeniu z regularnymi przeglądami technicznymi, pozwolą utrzymać optymalną wydajność systemu hydraulicznego, eliminując ryzyko pienienia się oleju.

Wprowadzając analizy oleju hydraulicznego do rutynowej konserwacji maszyn hydraulicznych, można skutecznie zminimalizować ryzyko wystąpienia problemu pienienia się oleju, a także monitorować i utrzymać sprawność hydraulicznego systemu na najwyższym poziomie.

1. Analiza i Poprawa Jakości Oleju:
Pierwszym krokiem w rozwiązaniu problemu jest przeprowadzenie szczegółowej analizy jakości stosowanego oleju hydraulicznego. Wybór wysokiej jakości oleju, wolnego od zanieczyszczeń i substancji dodatkowych, stanowi kluczowy element eliminacji problemu pienienia się oleju.

2. Wymiana Oleju (w przypadku potwierdzenia badaniami):
Wymiana oleju w przypadku problemów z pienieniem, traktuje się raczej jako ostateczność, aniżeli proaktywne działanie. W przypadku kiedy wyniki badań oraz ekonomia takich działań, sugeruje, że najlepszym na pozbycie się problemu pienienia jest wymiana oleju, należy zastosować się to rozwiązanie.

3. Monitorowanie Parametrów Systemu Hydraulicznego:
Stałe monitorowanie parametrów pracy systemu hydraulicznego, takich jak temperatura, ciśnienie i wydajność, pozwala szybko wykryć ewentualne odstępstwa. Reagowanie na te zmiany umożliwia uniknięcie nadmiernej ekspozycji oleju na warunki sprzyjające pienieniu.

4. Odpowiednia Konserwacja i Przeglądy Techniczne:
Regularna konserwacja i przeglądy techniczne pozwalają wykryć ewentualne uszkodzenia w systemie hydraulicznym. Naprawa wycieków, uszkodzeń czy wymiana zużytych elementów skutecznie eliminuje czynniki sprzyjające pienieniu oleju.

5. Stabilizacja Temperatury Oleju:
Nadmierne podgrzewanie oleju może przyspieszać proces pienienia. Stosowanie odpowiednich chłodnic, kontrola obciążenia systemu oraz utrzymanie stabilnej temperatury to kluczowe aspekty w rozwiązaniu problemu.

6. Usunięcie Powietrza z Układu:
Zasysanie powietrza do układu smarnego, związane z nieszczelnością, może być jednym z czynników powodujących pienienie oleju. Eliminacja wszelkich źródeł przedostawania się powietrza oraz odpowiednie odpowietrzenie systemu są kluczowe w zapobieganiu temu problemowi.

Sekwencja III - brak trwałości piany

badanie skłonności oleju do pienienia – metoda badawcza

Metoda badawcza skłonności do pienienia stanowi istotne narzędzie w analizie i zrozumieniu tego zjawiska w kontekście oleju hydraulicznego i pozwala na naukowe podejście do tego zagadnienia. Dowiedz się więcej

przyczyny pienienia się oleju hydraulicznego
– podsumowanie

Poznanie głównych czynników sprzyjających pienieniu się oleju umożliwia podejmowanie świadomych działań prewencyjnych, co z kolei przyczynia się do utrzymania efektywności i trwałości systemów hydraulicznych.

Równie ważna jest odpowiednia profilaktyka, związana z regularnym badaniem oleju hydraulicznego. Systematyczne analizy stanu oleju pozwalają na wczesne wykrywanie potencjalnych problemów, zanim staną się one poważnymi usterkami. Badania oleju umożliwiają monitorowanie jego jakości, identyfikację ewentualnych zanieczyszczeń czy obecność substancji obcych, co jest kluczowe dla utrzymania optymalnej wydajności hydraulicznego systemu maszynowego.

Regularne badania oleju hydraulicznego dostarczają cennych informacji dotyczących jego zużycia, co pozwala na właściwe planowanie wymiany i utrzymanie właściwej lepkości. Ponadto, dzięki monitorowaniu parametrów chemicznych oleju, można skutecznie przeciwdziałać procesom utleniania czy degradacji, co z kolei wpływa na przedłużenie żywotności oleju i całego hydraulicznego systemu.

Profilaktyka oparta na regularnych badaniach oleju hydraulicznego nie tylko zabezpiecza przed potencjalnymi awariami, ale również przyczynia się do oszczędności poprzez minimalizację kosztów napraw oraz utrzymanie efektywności maszyn na najwyższym poziomie. Dlatego inwestycja w regularne analizy oleju hydraulicznego stanowi kluczowy element skutecznej opieki nad hydraulicznym systemem maszynowym.

kontakt

masz dodatkowe pytania dotyczące analizy oleju hydraulicznego?

Skontaktuj się bezpośrednio z naszym specjalistą, zespołem laboratoryjnym lub diagnostycznym:

Katarzyna Błaszczyk-Paryż

Zespół
laboratoryjny

Zespół diagnostyczny