Гидравлические рабочие масла: применение, виды, вязкость, замена гидравлических масел

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

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.