Home    Produkty    Biuletyn    Aktualności    Kontakt    Serwis

Lepkość czynnika roboczego i jej wpływ na eksploatację pomp

Podstawowy parametr czynnika roboczego, którym w hydraulice siłowej najczęściej jest olej hydrauliczny to lepkość.
Zbyt wysoka lepkość oleju to niebezpieczeństwo wystąpienia zjawiska kawitacji. Zbyt niska lepkość to groźba utraty przez czynnik roboczy własności smarnych i bardzo szybkie zniszczenie elementów wewnętrznych pompy.
Firma DENISON podaje w swoich katalogach (podobnie jak inni producenci elementów hydraulicznych) konkretne wymogi dotyczące lepkości czynnika roboczego, przy których dopuszczalna jest eksploatacja pompy.
Przykładowo podajemy poniżej warunki obowiązujące dla pomp łopatkowych firmy DENISON.

  • Dopuszczalna maksymalna lepkość przy zimnym starcie (przy minimalnym obciążeniu):

- dla pomp przeznaczonych do techniki mobilnej: 2000 mm2/sek,
- dla pomp przeznaczonych do techniki przemysłowej (stacjonarnej): 860 mm2/sek,

  • Maksymalna lepkość podczas pracy z pełnym obciążeniem: 108 mm2/sek,

  • Minimalna lepkość podczas pracy z pełnym obciążeniem: 10 mm2/sek
  • Optymalna lepkość dla uzyskania maksymalnej żywotności pompy: 30 mm2/sek

Podane w katalogach producentów hydrauliki siłowej wartości lepkości dotyczą lepkości kinematycznej będącej ilorazem lepkości dynamicznej i gęstości cieczy. Jednostkami lepkości kinematycznej są: mm2/sek (układ SI) i cSt (centystokes w układzie CGS).
Pomimo, że pompy łopatkowe DENISON Hydraulics dopuszczają szerszy zakres lepkości niż inne tego typu konstrukcje dostępne na rynku, to także tu występują pewne ograniczenia, których nieprzestrzeganie może doprowadzić do awarii. Zatem dla zapewnienia właściwej eksploatacji układu hydraulicznego należy uwzględnić poniższe informacje.
Producenci olejów hydraulicznych określają swoje produkty tzw. klasami lepkości olejów hydraulicznych według normy ISO.
Przykładowo olej hydrauliczny klasy ISO 46 oznacza ciecz roboczą, która w temperaturze odniesienia 400C ma lepkość kinematyczną 46 mm2/sek. Za dopuszczalny przyjmuje się zakres od 41,4 do 50,6 mm2/sek. Poniżej podajemy wartości lepkości przy temperaturze odniesienia 400C dla najczęściej stosowanych olejów hydraulicznych.
Podana klasyfikacja nie pozwala jednak odpowiedzieć na zasadnicze dla użytkownika pytanie: w jakim zakresie temperatur mogę bezpiecznie pracować pompą stosując dany olej. Odpowiedź na to pytanie nie jest prosta, ponieważ należy tu uwzględnić jeszcze jeden parametr określający zmianę lepkości oleju w funkcji temperatury zwany wskaźnikiem lepkości. Im wyższa wartość wskaźnika lepkości WL (ang. VI = Viscosity Index), tym mniejsza podatność na zmianę lepkości oleju w funkcji temperatury.

Przykład: Oleje klasy ISO 46 o wskaźniku lepkości 100 i 150 będą miały tę samą lepkość w temperaturze odniesienia 400C. Założone warunki lepkości olej o wyższym WL będzie spełniał w szerszym zakresie temperatur.

W n i o s e k : w przypadku konieczności pracy w szerokim zakresie temperatur stosować należy oleje o wyższym współczynniku lepkości (proszę porównać podane poniżej charakterystyki). W analizie uwzględnić należy fakt, że cena oleju o wyższym współczynniku lepkości jest wyższa w stosunku do oleju o niższym WL.

Klasa wg ISO

Średnia lepkość kinematyczna

[mm2/sek (cSt)]

Dopuszczalny zakres lepkości kinematycznej [mm2/sek (cSt)]
22 22 19,8 do 24,2
32 32 28,8 do 35,2
46

46

41,4 do 50,6

68 68 61,2 do 74,8

 

Na wykresie pokazano możliwe zakresy temperatur pracy akceptowane przez pompy łopatkowe DENISON dla:
A – oleju klasy ISO 46 i WL=100 (większa zależność od temperatury),
B – oleju klasy ISO 46 i WL 150 (mniejsza zależność od temperatury)

Nasuwa się wniosek, że aby dokładnie określić zakres dopuszczalnej temperatury eksploatacji danej pompy - przy stosowaniu określonego oleju - należy przeprowadzić analizę w oparciu o jego charakterystykę (lepkość w funkcji temperatury).

Podsumowanie:
Jeśli w instrukcji obsługi danego urządzenia brak jest informacji na ten temat, to każdy użytkownik układu hydraulicznego powinien przeprowadzić taką analizę na podstawie danych uzyskanych od producenta elementów hydraulicznych i od producentów olejów, a następnie wybrać optymalny dla siebie olej. Eksploatacja elementów hydrauliki z czynnikiem roboczym o lepkości innej niż zalecana przez producenta pomp grozi poważną awarią. Zaistnienie powyższego faktu jest łatwe do stwierdzenia, ponieważ w sytuacji takiej powstają bardzo charakterystyczne uszkodzenia elementów wewnętrznych pomp.


Zapowietrzenie czynnika roboczego i wpływ tego zjawiska na eksploatację pomp łopatkowych

Obecność powietrza w hydraulicznym czynniku roboczym (np. oleju hydraulicznym) jest bardzo poważnym zagrożeniem dla poszczególnych elementów układu hydraulicznego a w szczególności dla pomp.
Dostające się do cieczy hydraulicznej powietrze zmienia całkowicie jej parametry fizyko-chemiczne (np. zwiększa ściśliwość, przyśpiesza utlenianie, powoduje utratę własności smarnych). To “nowe” medium nie posiada już parametrów eksploatacyjnych pozwalających na zakwalifikowanie go jako hydrauliczny czynnik roboczy.


Przyczyny zapowietrzenia:

  • Brak właściwego uszczelnienia podciśnieniowego przewodu zasilającego (ssawnego) powodujący zasysanie powietrza,
  • Turbulencje spowodowane zbyt dużą prędkością czynnika roboczego w przewodzie ssawnym (niewystarczająca powierzchnia przekroju) lub zmianą średnicy przewodu zasilającego,
  • Niewłaściwa praca, odkształcenie lub zniszczenie uszczelnienia wału pompy spowodowane zbyt dużym obciążeniem promieniowym wału. Standardowe pompy łopatkowe przystosowane są do przenoszenia przez wał tylko momentu obrotowego. Siły promieniowe lub osiowe pochodzące na przykład od niewyważonego, zbyt luźno osadzonego, źle dobranego lub zamontowanego sprzęgła, a także niewspółosiowości wału pompy z wałem źródła napędu są jedną z najczęstszych przyczyn uszkodzenia uszczelnienia wału i zapowietrzenia czynnika roboczego,
  • Niewłaściwa konstrukcja zbiornika a w szczególności: zbyt mały zbiornik, umieszczenie przewodu zasilającego w bezpośrednim sąsiedztwie przewodu zlewowego (efekt pienienia), umieszczenie przewodu zlewowego ponad poziomem cieczy (minimum 5x średnica przewodu), zbyt niski poziom oleju w zbiorniku w porównaniu z poziomem zasysania, poruszanie się cieczy w zbiorniku (dotyczy zastosowań mobilnych), niewłaściwa konstrukcja przegród zbiornika,
  • Efekt Venturiego w przewodzie zlewowym,
  • Zanieczyszczenie oleju wodą, która pod wpływem lokalnych przegrzań przechodzi w parę,
  • Nieszczelności w układzie hydraulicznym (np. zniszczone uszczelnienia siłowników)

Konsekwencje zapowietrzenia dla pompy łopatkowej:
Łopatki pompy w normalnych warunkach są zrównoważone hydrostatycznie. Obecność powietrza w czynniku roboczym spowoduje nienormalną jego ściśliwość i w wyniku niezrównoważenia łopatek. Będą one się poruszać nierównomiernie na boki tak, że zostanie zniszczona warstewka oleju znajdująca się pomiędzy łopatkami a płytami bocznymi. Łopatki jako element wykonany z utwardzonego metalu będą niszczyć odlewane ciśnieniowo płyty boczne. Ślady uszkodzeń zaczną najpierw być widoczne w strefie odciążającej a następnie w zależności do ilości powietrza będą żłobione rowki na powierzchni płyt bocznych. Przy bardzo dużym zapowietrzeniu łopatki będą tak niezrównoważone, że mogą pękać. Zjawisku temu towarzyszy podwyższony poziom hałasu.

Konsekwencje rozruchu pompy łopatkowej bez właściwego odpowietrzenia:
Pomimo, że pompy łopatkowe DENISON Hydraulics zostały zaprojektowane tak, że wewnętrzne współpracujące z sobą powierzchnie mają własności suchosmarujące, to pompy te nie mogą normalnie pracować jeżeli pomiędzy powierzchnią boczną wirnika a płytami bocznymi nie znajduje się warstewka oleju (film olejowy). Konsekwencją braku właściwego smarowania wewnętrznych elementów pompy będą miejscowe przegrzania. W zależności od tego jak długo trwa brak smarowania może dojść do zatarcia między płytą boczną a wirnikiem.
Temperatura miejscowa jest wówczas tak wysoka, że warstewka oleju pomiędzy elementami zanika i następuje bezpośredni kontakt metalu z metalem powodujący tarcie i w efekcie zgrzanie.


Dlatego też każda nowo zamontowana pompa przed rozruchem powinna być zalana a następnie całkowicie odpowietrzona.

 

Rys. Zasysanie powietrza przez uszkodzone uszczelnienie wału

Home    Produkty    Biuletyn    Aktualności    Kontakt    Serwis