При проведении стандартизации масел (проверке общих свойств типов масел) было установлено, что масла для паровых турбин, насосов а также для подшипников различных видов могут применяться также в качестве универсальных гидравлических рабочих масел. По сравнению с турбинными рабочие масла общего назначения обладают более низкой точкой текучести и более высоким классом вязкости. Они подвержены меньшему изменению степени вязкости под влиянием температурных колебаний, обладают высокими смазочными, антикоррозийными и деэмульгирующими свойствами.
В последнее время широко эксплуатируются насосы высокого давления, к износостойкости которых предъявляются повышенные требования. Масла для таких насосов должны быть более стойкими к высокому давлению, чем универсальные.
Станки с числовым программным управлением приводятся в действие импульсным сигналом, поступающим с устройства ЧПУ через гидравлическую систему.
В гидросистеме оборудования с числовым программным управлением применяются специальные рабочие масла (NUMERICAL CONTROL HYDROLIC OIL).
Важно, чтобы масла этого типа обладали хорошей воспринимающей способностью к импульсному сигналу. Из-за того, что одним из основных предъявляемых к ним требований является сохранение текучести в условиях широкого температурного диапазона, необходимо, чтобы масла для станков с ЧПУ обладали высоким индексом вязкости с минимальным колебанием этого показателя. Другими необходимым требованиями к ним являются высокие деэмульгирующие, антикоррозийные и антипенные свойства.
В некоторых производственных условиях во избежание возникновения вероятности пожара необходимо использовать трудновоспламеняемые масла, обладающие высокими огнестойкими свойствами. Существуют рабочие жидкости на водной основе, на основе воды, гликоля и растворимых полимеров (40-60 %), а также эмульсии воды и масла.
Те эмульсии, в которых доля масла в воде составляет 10-15 %, относятся к типу O/W («масло в воде»), а те, в которых доля воды в масле составляет примерно 40 % относятся к типу W/O («вода в масле»). Трудновоспламеняемые масла должны обладать высокой эмульсионной стойкостью, а жидкости на водной основе – антикоррозийными свойствами.
Иногда в качестве невоспламеняемых рабочих масел применяются синтетические. Однако они уступают нефтяным маслам по таким характеристикам как стабильность, качество смазки, зависимость вязкости от температуры. Также нужно обращать внимание на их совместимость с материалом уплотнения.
Основная цель гидравлического масла – передача энергии, однако функция смазки является не менее важной.
При подборе и эксплуатации гидравлического масла необходимо учитывать следующие критерии:
- Сжимаемость
- Вязкость
- Соотношение давления, вязкости и сжимаемости
- Стойкость к окислению (в т.ч. при контакте с воздухом, повышении давления и температуры)
- Наличие посторонних примесей
- Смазочные свойства
- Антикоррозийные свойства
- Водоотделительная способность
- Совместимость с уплотнительными и прокладочными материалами
- Огнестойкость
Сжимаемость
Как правило, рабочие масла не поддаются сжатию, тем не менее незначительное изменение объема (примерно на одну стотысячную долю) все же происходит. Коэффициент сжимаемости меняется в зависимости от химического состава масла, температуры, величины давления, степени примеси воздушной пены в масле.
Обычно в масле растворено 5-10 % воздуха, и это не создает проблем в стандартных условиях. Однако при резких перепадах давления воздух отделяется от масла, преобразуясь в воздушную пену. Эта воздушная пена, попадающая в масло и снаружи, становится причиной кавитации, снижения КПД масляного давления, образования шума и эрозии. Поэтому необходимо, чтобы пена выводилась наружу и погашалась.
Вязкость
Одновременно с передачей давления гидравлическое масло должно выполнять роль смазки. Чтобы обеспечить эффективную защиту деталей масляных насосов от износа и сварки масло должно обладать определенной степенью вязкости, а также текучестью при низких температурах. Высокая вязкость негативно влияет на всасывающую мощность насоса, поэтому неприемлема.
Для насосов разных типов существует ряд возможных показателей вязкости гидравлических масел:
- Пластинчатый насос: самая низшая вязкость (при высоких температурах) – 20 сСт, надлежащая (в обычном рабочем режиме) – 25 сСт, высшая (при низких температурах) – 400-800 сСт
- Насос с зубчатой передачей: 16-25 сСт; 25-70 сСт; 850 сСт
- Поршневой насос осевого типа: 12сСт; 20 сСт; 200 сСт
- Поршневой насос радиального типа: 16сСт; 30 сСт; 500 сСт
- Винтовой насос: 7-25 сСт; 75 сСт; 500-4000 сСт
- Насос с электрогидравлическим двигателем: 17 сСт; 25-40 сСт; 60-120 сСт
Давление, вязкость и сжимаемость
Изменение вязкости смазочных масел в большой степени зависит от температуры, давление оказывают на нее минимальное воздействие. Однако высокие перепады все же приводят к значительному увеличению вязкости.
Давление может оказывать следующее влияние на вязкость масла:
- С увеличением давления увеличивается и индекс вязкости (VI)
- Чем ниже вязкость масла, тем меньше оно подвержено влиянию перепадов давления
- Масла парафинового ряда по сравнению с маслами нафтенового ряда в меньшей степени подвержены влиянию перепадов давления
Стойкость к окислению
Рабочее масло циркулирует под высоким давлением, контактируя с воздухом, влагой, металлическими поверхностями, при этом оно сильно взбалтывается и нагревается. В результате свойства масла ухудшаются, увеличивается вязкость и кислотное число, происходит образование лаковых отложений и нерастворимых шламов. Если смазка перестает обеспечивать должный уровень скольжения трущихся частей насоса и клапанов, может произойти их слипание (сварка), забивка фильтров и образование ржавчины на металлических поверхностях.
Как правило, окисление смазочного масла – это реакция кислорода и углеводорода. Степень окисления масла меняется в разных условиях взаимодействия с кислородом. В гидравлических механизмах масло вступает в контакт с теплым воздухом и взбалтывается, кислород и содержащаяся в нем воздухе влага воздействует на металлы как катализатор, и происходит окисление.
Чем выше давление, тем быстрее идет процесс окисления. Однако по сравнению с температурным влиянием, воздействие давления на процесс окисления гораздо слабее. Повышение температуры на 10 градусов увеличивает скорость химических реакций примерно в 2 раза. Следовательно, сдерживать рост температуры необходимо либо при помощи установки охладительного оборудования, либо путем увеличения емкости масляного бака.
Посторонние примеси
Примеси воды, пыли, грязи, инородных тел (частиц густой смазки, уплотнительного материала, краски и пр.) ускоряют процесс разложения масла. Вода, содержащаяся в воздухе, при повышении температуры и нагнетании давления растворяется в масле и загустевает. Наибольшую опасность представляет металлическая пыль, образующаяся при трении деталей, которая вместе с водой воздействует на ускорение процесса окисления.
Смазочные свойства
В связи с увеличением скорости и мощности современных механизмов к смазочным свойствам масел стали предъявляться более высокие и жесткие требования.
Качество смазочных свойств рабочего масла оценивается, в основном, по показателям трения деталей гидравлического насоса.
Для повышения эффективности работы гидравлической установки желательно эксплуатировать ее при невысокой температуре, поэтому предпочтительнее выбирать рабочие масла с низким индексом вязкости. Однако такие масла обладают недостаточными смазочными свойствами, и это становится причиной возникновения трения деталей. Решение этой проблемы являются масла с противоизносными присадками.
Антикоррозийные свойства
Причиной образования ржавчины служат примеси наружной воды и влаги, содержащейся в воздухе. Помимо нанесения вреда трущимся деталям, ржавчина ускоряет процесс разложения масла. Следовательно, рабочие масла должны обладать свойствами, предотвращающими образование коррозии. Как правило, смазочные масла с высокой степенью очистки обладают такими свойствами в слабой степени, поэтому им необходима соответствующая присадка.
Водоотделительная способность
Водоотделительные свойства можно также назвать деэмульгирующими. Вода, попавшая в масло с такими свойствами, быстро отделяется от него, так как сгустившаяся эмульсия понижает смазочные свойства масла и ускоряет образование ржавчины и коррозии. Водоотделительные свойства масел зависят от степени их очистки и наличия присадок.
Как правило, при повышении противоизносных свойств существует тенденция к ослаблению водоотделительной способности.
Совместимость рабочих масел с уплотнительными и прокладочными материалами
Уплотнители, прокладки, набивки и пр. детали, изготовленные из резины и каучука, при плохой совместимости с маслами могут увеличиваться в размерах или сжиматься, тем самым вызывая утечку масла или проникновение в него воздуха. Особое внимание необходимо уделять совместимости резиновых деталей с трудновоспламеняемыми рабочими маслами.
Краски, в зависимости от вида, так же могут подходить или не подходить к маслам. В случае плохой совместимости краска растворяется внутри масла, что негативно влияет на его качество. Краскостойкие свойства разных видов масел отличаются. Например, с минеральными маслами совместимы эпоксидные, полиуретановые, винилхлоридные и фталевые краски.
Огнестойкость
Масла на водной и синтетической основе могут воспламеняться в зависимости от температуры источника огня, с которым они соприкасаются, условий обстановки и количества рабочего масла.
Так как масло в процессе эксплуатации находится под давлением, любая протечка может привести к аварийной ситуации, поэтому следить за его состоянием очень важно.
Как правило, необходимо, чтобы масла обладали высокой температурой вспышки и воспламенения.
Разложение масла происходит как естественным путем в процессе его эксплуатации, так и при загрязнении посторонними примесями. Использование масла с ухудшенными показателями сильно снижает его смазочные, противозадирные, водоотделительные и антипенные свойства, усиливает образование ржавчины и коррозии.
На необходимость замены гидравлического масла указывают различные признаки. Состояние масла в некоторой степени можно определить (оценить) визуальными методами: по изменению его цвета, запаха, степени прозрачности, наличию осадка, шлаков, накипи и пр. признакам. Однако с точностью определить сроки замены возможно только по показателям анализов. В таблице приведены данные, при которых следует производить замену масла.
Таблица. Нормы замены рабочих масел
Параметры |
|
Показатели нормы замены |
---|---|---|
Изменение вязкости (при 40°С) |
Обычное оборудование +15 % (Точное оборудование +10 %) |
|
Увеличение кислотного числа | Более 0.5 мгKOH/гр. | |
Вода (% от объема) | 0.1 | |
Наличие примесей (удельный вес в микропористом фильтре, мг/100 мл. при 0.45 μ) | Свыше 20 мг. (для точного оборудования – свыше 10 мг.) | |
Нерастворимые доли (% от веса) | Доля бензола | 0.05 |
Доля пентана | 0.10 |
Гидравлическое оборудование нуждается в периодическом очищении, которое предполагает промывку и очистку системы труб с целью удаления из них посторонних веществ и осадков. При этом производится частичная или полная разборка трубопровода в период осуществление замена масла или монтажа труб. Для очищения используется специальное продувочное (промывочное) масло.