Diagnostyka maszyn na podstawie analizy oleju

Nowoczesne narzędzia diagnostyczne stosowane w przemyśle przybierają różne formy. Jedną z nich jest ocena stanu maszyny na podstawie analizy jakości oleju, który w niej pracuje.
Analizując olej można wykryć przede wszystkim uszkodzenia cylindrów silników tłokowych włącznie ze zużyciem lub uszkodzeniem pierścieni tłokowych. Diagnozuje się również zarysowania oraz wżery tłoków i ścian cylindrów, a także uszkodzenia pinów tłoków. Warto wspomnieć o możliwości wykrycia nieprawidłowej pracy świec, sprężyn zaworów oraz luźnych lub niewłaściwie działających popychaczy. Bardzo często analizując olej ocenia się zużycie, rozlegulowanie lub uszkodzenie łożysk i ich elementów mocujących. Istotną rolę odgrywa ocena stanu lub tarcia przekładni. Nie bez znaczenia pozostaje możliwość oceny pracy łożysk poprzecznych.

Badane parametry

Istotną rolę podczas badania odgrywa ocena zdolności do wydzielania wody (deemulgowalność) i skłonność do pienienia. Warto również zwrócić uwagę na wskaźnik cząstek AWC, będący analizą obrazu mikroskopowego wyizolowanych cząstek zanieczyszczeń z oleju. Zaletą takiego rozwiązania jest więc ocena stanu maszyny, bazująca na zależnościach empirycznych, które są opracowane w oparciu o podstawowe wielkości oraz ilość i rodzaj cząstek stałych, znajdujących się w badanej próbce oleju.

Kluczowe miejsce podczas analizy zajmuje ocena zawartości wody. Warto dodać, że jej obecność w oleju może świadczyć o nieszczelności układu smarowania. Ocenia się przy tym zawartość pierwiastków pochodzących z dodatków oraz tych cząstek, które są skutkiem zużycia elementu. Istotną rolę podczas analizy odgrywa liczba kwasowa i zasadowa, zanieczyszczenia stałe nierozpuszczalne w oleju, lepkość kinematyczna (w temperaturze 40°C i 100°C), wskaźnik lepkości, a także zdolność do wydzielania powietrza. Przeprowadza się także ocenę odporności na przebicie elektryczne, temperatury zapłonu, pozostałości po koksowaniu oraz klasy czystości. Podczas analizy jest oceniany wygląd oleju oraz jego barwa.

Urządzenia do analizy

Na rynku oferuje się szereg urządzeń, dzięki którym można przeprowadzić analizy olejowe. Stąd też systemy badań laboratoryjnych niejednokrotnie bazują na zależności pomiędzy stanem jakości oleju i czasem jego pracy w maszynie a stanem technicznym maszyny w części, która styka się z olejem. Tym sposobem powstają modele matematyczne, a co za tym idzie, jest możliwa ocena stanu aktualnego maszyny. Niejednokrotnie przewiduje się dwa poziomy diagnozy. Jest to bowiem wynik poszczególnych parametrów oraz tzw. diagnoza globalna, która stanowi rezultat wielu obliczeń. Są więc porównywane wszystkie charakterystyki z wartościami kryterialnymi oraz wszystkie charakterystyki z wynikami badania poprzednich próbek. Ważnym elementem obliczeń jest analiza dotychczasowych diagnoz stawianych dla podzespołów tego samego typu maszyn czy też układów o tej samej konstrukcji. Dodatkowo są uwzględniane specyfiki charakterystyczne dla określonej branży przemysłu. Może to być np. zapylenie w przemyśle wydobywczym. Wszystkie raporty są oznaczone kolorami. Kolorem zielonym jest oznaczana poprawność maszyny. Ostrzeżenie stanowiące wymóg wzmożonego monitorowania maszyny oznacza się kolorem pomarańczowym. Za pomocą barwy czerwonej są sygnalizowane poważne problemy, które wymagają szybkiej reakcji.

Warto wspomnieć o spektometrach emisyjnych. Najczęściej bazują one na technice rotorowej spektrometrii emisyjnej. Prowadząc badania za pomocą przyrządów tego typu zyskuje się analizę pierwiastkową olejów, smarów, paliw oraz płynów chłodniczych bez przygotowania próbki. Przydatne rozwiązanie stanowią również ferrografy. To właśnie dzięki nim zyskuje się możliwość przeprowadzenia analiz cząstek zawartych i zanieczyszczeń znajdujących się w zużytych olejach. Wyniki analizy, czyli ferrogramy, mogą być zapisane w pamięci komputera. Rozmiar cząsteczek oraz układ i charakterystyka powierzchni ferrogramu pozwalają na określenie stopnia zużycia maszyny.

Warto zwrócić uwagę na lepkościomierze automatyczne. Pozwalają one na ocenę lepkości dynamicznej oleju w wysokiej temperaturze przy dużej prędkości ścinania. Typowy przyrząd mierzy moment potrzebny do obrotu rotora w stożkowym statorze o szczelinie 3,5 mikrona. Dzięki regulowanej prędkości obrotowej silnika zyskuje się szybkość ścinania mieszczącą się pomiędzy 50 tys. a 7 mln sek-1.

Z myślą o olejach hydraulicznych

Specjalne urządzenia zaprojektowano z myślą o analizach oleju hydraulicznego. Z pewnością przyda się ciągła kontrola klasy czystości i koncentracji zanieczyszczeń w cieczy. Mierzone wielkości są przenoszone do pamięci komputera, a przy użyciu specjalnego programu wyniki przedstawia się w postaci graficznej i tabelarycznej. Tak samo w sposób ciągły on-line jest dokonywana analiza wody rozpuszczonej w oleju.

Uwagi praktyczne

Istotnym elementem analizy jest odpowiednie pobranie próbek. To właśnie od nich w dużej mierze zależy wiarygodność wyników i bezbłędna interpretacja stanu maszyny. Pamiętać więc należy o wyborze odpowiedniego miejsca pobierania próbek. Musi być ono reprezentatywne w kontekście całego układu smarowania. Miejsca poboru próbki nie może stanowić dno zbiornika lub inne miejsce, w którym gromadzą się osady. Kolejne próbki muszą być zawsze pobierane z tego samego punktu z uwzględnieniem identycznych warunków pracy maszyny. Podczas poboru próbki należy pamiętać, aby naczynie, gdzie będzie zgromadzona próbka, było sterylne. Z przewodu powinny najpierw spłynąć wszystkie zanieczyszczenia. Próbki należy pobrać podczas pracy maszyny lub bezpośrednio po jej zatrzymaniu. Miejsce poboru oleju powinno znajdować się przed filtrem.

Nie ma wątpliwości co do tego, że podczas analizy istotny pozostaje czas, tym bardziej, jeżeli próbka jest przesyłana do laboratorium. Wyniki badania również możliwie najszybciej muszą trafić do osób odpowiedzialnych za maszyny w fabryce. Kluczową kwestię stanowi bowiem zainicjowanie odpowiednich działań zapobiegawczych.

Warto również wspomnieć o zestawach, dzięki którym jest możliwe wykonywanie podręcznych testów olejów bezpośrednio w środowisku pracy maszyny. Stąd też przede wszystkim można określić klasę czystości. Zastosowanie znajdują przy tym metody mikroskopowe i automatyczne uwzględniające liczniki blokadowe i optyczne. Kluczową rolę odgrywa możliwość określania zawartości wody w oleju. Jest przy tym określania liczba kwasowa i wykonuje się badanie czystości wnętrz instalacji olejowych za pomocą wideoskopu.

Przeprowadzając analizę oleju warto skorzystać z usług firm zewnętrznych, która dysponuje odpowiednią wiedzą i sprzętem w tym zakresie. Dzięki analizom olejów zyskuje się przede wszystkim wydłużenie okresów eksploatacji środków smarnych oraz możliwość oceny stanu maszyny oraz poprawne smarowanie i wdrożenie nowoczesnych praktyk smarowniczych. W efekcie ogranicza się koszty eksploatacji maszyn.
Standardowa analiza obejmuje badanie właściwości fizyko-chemicznych olejów i smarów świeżych oraz eksploatowanych. Nie mniej ważne jest również badanie zanieczyszczeń, które znajdują się w eksploatowanych olejach. Podczas analizy diagnozuje się stan i trwałość oleju. Na podstawie uzyskanych w ten sposób informacji jest oceniany stan techniczny maszyn i urządzeń. Formułowane są przy tym wnioski i zalecenia, które umożliwiają przeciwdziałanie degradacji olejów oraz maszyn i urządzeń.