doc. Dr. Ing. Elias TOMEH

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

doc. Dr. Ing. Elias TOMEH e-mail: [email protected]

© Elias Tomeh / Snímek 1

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

VZTAH VIBRAČNÍ DIAGNOSTIKY K DALŠÍM DIAGNOSTICKÝM METODÁM Vzhledem k tomu, že výrobní podniky provozují převážně strojní zařízení s rotačními součástmi a periodickým pracovním cyklem rozšířila se jako hlavní vibrační diagnostická metoda. Mezi její výhody patří fakt, že : • rotující a periodicky pracující součásti jsou přirozeným zdrojem vibrací, • únavové poškození je budičem vibrací, • snímání signálu je jednoduché, • metoda je teoreticky propracovaná a podpořená legislativou, • jsou dostupné měřicí přístroje a vyhodnocovací prostředky atd. Ostatní diagnostické metody buď nahrazují nedostatky metody vibrační nebo využívají svých specifických vlastností. Mezi hlavní nedostatky vibrační metody patří závislost na chodu stroje, nutnost periodického principu (nehodí se pro chemické procesy) a kontaktnost (snímač je přímo umístěn na stroji). Tyto nedostatky nahrazuje metoda tribologická, která však nutně vyžaduje, aby stroj obsahoval mazivo případně jiné vnitřní tekutiny (nehodí se pro elektromotory) nebo metoda teplotní (termovizní), která je aplikovatelná bezkontaktně (vhodné pro rozměrné nebo nebezpečné stroje). © Elias Tomeh / Snímek 2

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

VZTAH TRIBOLOGIE, VĚDNÍCH OBORŮ A VÝROBY

© Elias Tomeh / Snímek 3

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

© Elias Tomeh / Snímek 4

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

DEFINICE V roce 1966 zpracovala komise pod vedením P.H. Josta (London 1966) zprávu, která se zabývala otázkami tření, opotřebení , mazání a tím souvisejícími energetickými úsporami. Lze říci, že tímto rokem je datován vznik nové vědy – TRIBOLOGIE, která v již zmíněné Jostově zprávě byla definována jako „Věda a technika vzájemného působení povrchů tuhých těles při jejich relativním pohybu a s praxí tím spojenou“. Tribologie: je věda, která se zabývá chováním dotýkajících se povrchů při pokusu o vzájemný pohyb. Tribodiagnostika - Tribodiagnostika je jednou z metod bezdemontážní technické diagnostiky. Věda, využívající maziva k objektivnímu zjišťování kvality maziva a technického stavu sledovaného objektu. © Elias Tomeh / Snímek 5

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

VLIVY, KTERÉ ZPŮSOBUJÍ STÁRNUTÍ OLEJE Při práci stroje nebo strojního zařízení se opotřebením uvolňují částice kovů nebo jejich sloučeniny. Tyto produkty opotřebení jsou mazacím olejem vyplavovány z třecích míst a spolu s olejem cirkulují v mazací soustavě stroje. Se vzrůstajícím opotřebením se zvyšuje koncentrace těchto příměsí v oleji. • Teplota • Voda • vzduch v oleji • kovový oděr • a mechanické nečistoty.

© Elias Tomeh / Snímek 6

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

MNOŽSTVÍ PRODUKTU OPOTŘEBENÍ ZÁVISÍ NA -

množství oleje v mazací soustavě,

-

počáteční koncentraci těchto produktů,

-

době provozu stroje,

-

množství příměsí přicházejících do oleje,

-

množství dolévaného oleje a na funkci olejových čističů.

Statistiky se ukazují, že : cca 50% problémů ložisek je od nedostatečného mazání. Hlavními příčinami jsou: -nevhodné, znečištěné, nedostatečné mazivo, -anebo nadměrné síly od nesouososti na spojce resp. nevývaha. © Elias Tomeh / Snímek 7

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

DIAGNOSTICKÉ PŘÍSTROJE • Diagnostické přístroje pro zjištění základních charakteristik maziv přímo u stroje bez drahých laboratorních zařízení. Jedná se o zjištění příčin nevhodnosti maziva“ nečistoty, otěry, voda, viskozita, teplota, kyselost, atd. • Měření se provádí přímo u stroje anebo v laboratoři. Výsledek je k dispozici během několik minut. • pro velké soustrojí s kluznými ložisky, je třeba sledovat tloušťku a stabilitu mazacího filmu. Teplota je velmi citlivým indikátorem nedostatečného mazání.

© Elias Tomeh / Snímek 8

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

Ruční titrace

Automatický titrátor k stanovení Kyselost (TAN) a Alkalita )TBN) © Elias Tomeh / Snímek 9

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

Číslo alkality (TBN) a kyselosti (TAN) • V průběhu provozní degradace olejů vznikají nižší a vyšší organické kyseliny. • V mazacích olejích spalovacích motorů mohou být přítomny i minerální kyseliny jako produkty spalování. • Volné minerální kyseliny působí korozivně a proto je jejich přítomnost v olejích nežádoucí , zvláště z těchto důvodů, že způsobují chemické opotřebení. Z těchto skutečností vyplývají dva negativní důsledky: - zvýšení korozivnosti oleje jako důsledek vyšší kyselosti, -špatná funkce oleje jako důsledek nesprávné viskozity.

• Číslo celkové kyselosti dle ČSN 65 6070 (TAN) informuje o nárůstu látek kyselého charakteru, které mohou korozivně napadat materiál; • Číslo celkové alkality dle ČSN 65 6069– TBN (Total Base Number) je ukazatelem celkové alkality maziva , tedy obsahu organických a anorganických látek zásadité povahy, tzn. schopnost neutralizace kyselých zplodin. © Elias Tomeh / Snímek 10

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

Číslo alkality (TBN) a kyselosti (TAN) Číslo celkové alkality (TBN) udává množství kyseliny chloristé, vyjádřené počtem miligramů hydroxidu draselného, které je třeba k neutralizaci všech zásaditých složek, přítomných v 1 g vzorku oleje. [mgKOH.g-1] Číslo celkové kyselosti (TAN) je definováno jako množství KOH v mg, spotřebované na neutralizaci všech kyselých složek obsažených v 1 gramu analyzovaného vzorku oleje. Limitní hodnoty pro výměnu oleje: - TBN nemělo klesnout pod 50% hodnoty čistého oleje. - Jiné kritérium říká, že hodnota TBN během provozu nesmí být nižší než hodnota čísla celkové kyselosti TAN, tedy aby nedošlo ke koroznímu napadení vnitřních částí motoru. © Elias Tomeh / Snímek 11

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

KYSELOST (TAN) A ALKALITA (TBN) MOTOROVÉHO OLEJE PŘI PROVOZU

© Elias Tomeh / Snímek 12

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

METODY K ZJIŠŤOVÁNÍ KVALITY MAZIVA Tribodiagnostika využívá mazivo jako médium pro získání informací o dějích a mechanických změnách v technických systémech, u nichž jsou maziva aplikována. Tribodiagnostika tedy plní dva hlavní úkoly: • sledování degradace (stárnutí, kvality) maziva, • sledování stavu opotřebení strojních zařízení. Stárnutí (degradace) oleje je běžný jev, který vzniká především v důsledku reakce se vzdušným kyslíkem. Rozsah a rychlost změn závisí na chemickém složení maziva, na teplotě atd. A právě sledování těchto fyzikálních a chemických vlastností, k nimž v průběhu exploatace dochází, poskytuje relativně přesný obraz o okamžitém stavu maziva a jeho dalším provozování.

© Elias Tomeh / Snímek 13

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

METODY K ZJIŠŤOVÁNÍ KVALITY MAZIVA Vedle normalizovaných testů, resp. zkoušek, existuje i celá řada tzv. smluvních testů, kterými je možno normalizované nahradit s dostatečnou přesností. Obvykle bývají aplikovány následující testy: • • • • • • • • •

kinematická viskozita, bod vzplanutí, obsah vody, číslo celkové alkality a kyselosti, Conradsonův karbonizační zbytek, kapková zkouška, alkalická rezerva, látky nerozpustné v hexanu, celkové znečištění. © Elias Tomeh / Snímek 14

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

METODY K ZJIŠŤOVÁNÍ TECHNICKÉHO STAVU Metody tribodiagnostiky, které umožňují sledování velikosti opotřebení sledovaného objektu je možno v zásadě rozdělit do následných skupin:

1) METODY PRO STANOVENÍ KONCENTRACE OTĚROVÝCH KOVŮ, Obsahuje metody, které umožňují stanovit celkovou koncentraci jednotlivých kovů obsažených ve vzorku oleje. Všechny vychází ze skutečnosti, že olej odráží technický stav zařízení a podmínky jeho provozu. Pak mluvíme o následujících metodách: a) atomová spektrofotometrie - dovoluje určit naprostou většinu přítomných prvků v mazivu; b) polarografie a voltametrie - určí přítomnost a koncentraci většiny prvků s výjimkou Si (křemík); c) RAMO (Rychlá analýza motorových olejů) - určuje čtyři základní prvky v mazivu (Fe (železo), Cu (měď) , Pb (olovo) a Al (hliník)). V praxi se nejčastěji používá atomová spektrofotometrie. © Elias Tomeh / Snímek 15

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

METODY K ZJIŠŤOVÁNÍ TECHNICKÉHO STAVU 2) METODY PRO HODNOCENÍ MORFOLOGIE A DISTRIBUČNÍHO ROZDĚLENÍ každá třecí (tribologická) dvojice produkuje při své činnosti určité charakteristické druhy částic (morfologie, resp. tvar), opotřebení, množství a rozložení těchto částic, resp. kvantifikace a identifikace umožňuje stanovit převládající režim opotřebení strojního zařízení. Řečeno jinými slovy, k přesnému posouzení není vždy postačující koncentrace otěrových prvků (atomová spektrofotometrie), ale je nutno znát i počet, tvar a velikost otěrových částic. Pro hodnocení morfologie a distribučního rozdělení částic opotřebení se používá částicová analýza, nebo-li ferografie. Výsledkem ferografie je tzv. ferogram, který vyhodnocujeme: • feroskopicky (určí se morfologie a chemické složení), • ferodenzimetricky (určí se distribuce vzhledem k velikosti). © Elias Tomeh / Snímek 16

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

BUDOVÁNÍ PROGRAMU ANALÝZY OLEJŮ NA MÍSTĚ

Podle Troyera a Bordena (1994) musí přirozený program analýzy olejů, prováděný na místě, dosáhnout následující: • zajistit „zdraví“ maziva • měřit přítomnost abrazivních částic • zjistit znečištění oleje vodou • zjistit stav abnormálního opotřebování.

© Elias Tomeh / Snímek 17

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

Počet částic • Musíme uvážit řadu faktorů, když stanovujeme odpovídající úroveň čistoty. Mechanická citlivost, náklady na poruchu, aplikace závažnosti a závažnost prostředí jsou jedny z nejdůležitějších. • Životnost stroje se vztahuje k počtu abrazivních částic v systému. • Kód čistoty dle normy ISO 4406 (ČSN 65 6206). Je to nejrozšířenější používaná metoda pro kódování čistoty maziva. Snadno se používá a je velmi logická.

© Elias Tomeh / Snímek 18

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

ÚROVEŇ VLHKOSTI • Obdobně i vlhkost může být řízena do té míry, do jaké představuje hrozbu poškození nebo podle nákladů, spojených s opravou nebo při vysokém riziku pronikání. Vlhkost se rutinně uvádí jako parametr o dvou hodnotách (ano/ne), když se používá jednoduchá zkouška s horkou destičkou nebo při infračervené analýze. Při kvantifikování se voda v typickém případě uvádí jako procentová část celého objemu nebo v ppm. • Doporučené cílové hodnoty vlhkosti typ stroje

vlhkost v ppm

Vysokotlakové nebo servo hydraulické systémy

méně než 100

Turbiny a ostatní rotační zařízení velké důležitosti

méně než 100

Středotlakové až vysokotlakové hydraulické systémy

méně než 100

Rotační zařízení střední důležitosti

méně než 250

Rotační zařízení s proměnnými otáčkami/výkonem, méně důležité

méně než 250

Ostatní rotační zařízení a motory menší důležitosti

méně než 250

Převodovky a ostatní zařízení

méně než 500

© Elias Tomeh / Snímek 19

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

ÚROVEŇ VISKOZITY Viskozita je mnohem snadnější. Viskozita má být taková, jako je u nového oleje. Odchylky jsou způsobeny degradací maziva nebo přidáním nesprávného maziva. Je obecným pravidlem, že meze pro upozornění mají být nastaveny na +10% nebo na -5% původních úrovní. Kritické meze se nastavují na +20% nebo -10% viskozity nového výrobku. Snížení viskozity vystavuje komponenty závažnému riziku poškození. © Elias Tomeh / Snímek 20

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

ODBĚR VZORKU • Vzorek musí představovat průměrné složení používaného maziva ve strojním zařízení. Pro odběr vzorku je vypracováno několik základních postupů, které jsou zakotveny v ČSN. Nejpřesnější a pracovně náročná je ČSN 65 6207. Jedná se o odběr vzorků hydraulických kapalin, kde je tedy nutné věnovat zvýšenou pozornost množství a velikosti nečistot. • Všeobecně se vzorky odebírají do čistých vzorkovnic o obsahu 300 ml. Strojní zařízení musí být minimálně 20 minut v provozu z důvodu dokonalého promíchání a ohřátí oleje na provozní teplotu. Pak odpustíme cca 500 ml oleje do čisté nádoby a nalijeme zpět do zařízení. Po propláchnutí odběrných zařízení provedeme odběr cca 200 - 250 ml oleje. Odebraný vzorek popíšeme přesně a předáme ke zkoušce. • Na odběru vzorku závisí výsledek diagnostiky, a proto je mu nutné věnovat mimořádnou pozornost. © Elias Tomeh / Snímek 21

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

HODNOCENÍ OLEJŮ

Po odběru vzorku je nutné provést předběžnou vizuální prohlídku oleje. Posoudíme: • barvu oleje, • přítomnost volné a vázané vody, • viditelné mechanické nečistoty, • zápach oleje ( zředění palivem, přepálený olej v hydraulických zařízeních ). Dále podrobíme olej laboratorním testům. Zde už dělíme oleje podle jejich použití. Základní rozdělení je na oleje motorové, průmyslové a speciální. Doporučené mezní jakostní ukazatele je nutné posuzovat velmi pečlivě a pro jednotlivá zařízení. Hodnoty, je nutno považovat za doporučené pro všeobecnou orientaci a nebrat je dogmaticky pro všechna zařízení a oleje. PPM

% vody

50

0,005

100

0,01

500

0,05

1000

0,1

10 000

1,0

© Elias Tomeh / Snímek 22

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

MOTOROVÁ OLEJE

© Elias Tomeh / Snímek 23

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

PRŮMYSLOVÉ OLEJE Viskozita

 20 %

Číslo kyselosti

max. 1 až 1,5 mg KOH/g

Obsah vody

max. 0,2 % max. 0,1 % u vysokotlaké hydrauliky

Látky nerozpustné v toluenu

max. 1 % hm.

Obsah zadíracích nečistot

Nepřítomny

© Elias Tomeh / Snímek 24

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

• NÁVRH KONTROLY OLEJOVÝCH NÁPLNÍ V PROVOZU VELKÝCH TOČIVÝCH STROJŮ - PRŮBĚŽNÉ KONTROLY

© Elias Tomeh / Snímek 25

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

ČSN 65 6206 - ISO 4406 VYJÁDŘENÍ ČISTOTY KAPALINY KÓDOVÝM ČÍSLEM

© Elias Tomeh / Snímek 26

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

TABULKA PRAVDĚPODOBNOSTI NEBEZPEČÍ PORUCH

© Elias Tomeh / Snímek 27

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

URČITÁ VODÍTKA PRO ČISTOTU PODLE TYPU STROJŮ

© Elias Tomeh / Snímek 28

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

DOPORUČENÍ Z PRAXE • Při zjištění větších nečistot je nutné provést přefiltrování oleje, • Olejové systémy, kde je dodržována čistota minimálně na hodnotách 18/16 je provoz bez větších problémů hlavně v oblasti ložisek a regulace, • Ložiska jsou po dlouhodobém provozu čistá, bez poškrábání, a proto se provádí zpravidla jen běžná kontrola bez nutnosti úpravy ložisek před puštěním do dalšího provozu, • Důležité je dodržování základních jakostních parametrů oleje a předně jeho čistoty podle ISO 4406 na kódu 18/16 → minimální opotřebení, • Při dalším zvýšení čistoty se úměrně prodlužuje životnost uzlů soustrojí, • Dokonalá kontrola čistoty oleje rozhoduje o životnosti významných strojních zařízení. © Elias Tomeh / Snímek 29

www.kvm.tul.cz

_____________________________________________________________________________________

Děkuji Vám za pozornost

© Elias Tomeh / Snímek 30