MŰSZAKI DIAGNOSZTIKA II.
Szabó József Zoltán főisk. adjunktus GÉPÉSZETI ÉS RENDSZERTECHNIKAI INTÉZET
2. előadás KÜLÖNLEGES DIAGNOSZTIKAI MÓDSZEREK II. AZ OLAJBAN LEKOPOTT RÉSZECSKÉK VIZSGÁLATA
Részecskevizsgálat az iparban Azoknál a berendezéseknél, ahol a gépelemek közvetlen vizsgálata csak teljes szétszerelés árán lehetséges, az olajban lévő részecskék vizsgálata a meghibásodások korai felismerése céljából jól hasznosítható. A kenőolaj ezeknél a vizsgálatoknál, mint szállító és gyűjtő közeg szolgál. Egy súrlódásos rendszerben a részecskék keletkezése számos különböző okra vezethető vissza, ezek: • vegyes és száraz súrlódás, • a teherviselő felszíni réteg anyagkifáradása, • korrózió.
Hidrodinamikus kenéselmélet (szűkülő rés, kenőanyag, relatív elmozdulás)
Példa belsőégésű motor nyomóolajozásos kenési rendszere
Olajok jellemző tulajdonságai
A viszkozitás
Külső és belső szennyeződések
Adalékok kimerülése
A részecskéket általában két okból vizsgálják: • Egyrészt olajcserék idején az olaj minőségének megállapítására • Másrészt laboratóriumban az olajban található lekopott anyagok részletes kimutatására. Az u.n. részecskevizsgálat ez utóbbiak közé tartozik. A laboratóriumi munkák a részecskevizsgálatoknál három lépésből állnak: • A próba előkészítése. • A részecskék elválasztása az olajtól. • A leválasztott részecskék vizsgálata
A próba előkészítése Ez a mintavétel fázisa, itt rendkívül fontos, hogy a mintavétel szubjektív tényezői pontosan rögzítve legyenek. A későbbi összehasonlítás szempontjából lényeges, hogy : • Ugyanazon helyről • Ugyanazon időpontban • Ugyanazon személy • Ugyanazon módon vegye le a mintát
A részecskék elválasztása az olajtól. • A részecskék leválasztásánál legtöbb esetben előnyös, ha az olaj viszkozitása kicsi. Ezért az olajat néha melegítik, vagy hígítókat alkalmaznak, p1. ciklikus szénhidrátokat, ciklohexánt, toulolt, vagy xilolt. Az oldat homogenizálását erős keveréssel vagy ultrahangos eljárással segítik elő. A részecskék olajtól való elválasztására három módszert dolgoztak ki, ezek a: • Szűrés • Centrifugálás • Mágneses leválasztás
Szűrés • Ez a leggyakoribb és legolcsóbb módszer. A szűrővel leválasztott részecskék mennyiségének, illetve minőségének, összetételének vizsgálatát egyaránt lehetővé teszi. • A leválasztott részecskeméret szerint megkülönböztethető az – u1traszűrő (0,01 µm -nél kisebb) és – mikroszűrő (0,01 - 15 µm között). – A 15 µm -nél nagyobb méretek esetében normál szűrésről van szó.
• Megkülönböztetnek mélységi, illetve felületi szűrőket attól függően, hogy a részecske leválasztása a szűrőnél hol megy végbe.
Centrifugálás • Az olajban található részecskék hosszú idő alatt saját súlyuknál fogva is leülepednek. Jelentősen felgyorsítható ez a folyamat centrifugálás segítségségével. • Modern laboratóriumi centrifugáknál a gyorsulás 50 000 g-t is elérheti 20 - 30 000 fordulat mellett. További előny, hogy egyszerre több próbaanyag is kicentrifugálható. • Hátránya az eljárásnak az, hogy nagyság szerinti elkülönítés itt nem lehetséges
• A centrifugálás kombinátható a szűréssel, ily módon mind-két eljárás előnyét ki lehet aknázni. Nagy mennyiség oiaj-minta esetén a részecskéket centrifugálással leválasztják, majd kis viszkozitású oldószerrel újra összekeverik. Ezután a részecskék nagyság szerinti elkülönítése szűréssel lehetővé válik. • A centrifugák kiemelhető forgórésszel vannak ellátva és ebbe a forgórészbe több, p1. 4 x 500 ml-es vagy 32 x 15 ml-es minta helyezhető el. • Az elválasztás után a maradékot többször oldószerrel át kell öblíteni és röviden után centrifugálni. Így az esetleg elöregedett motorolaj szennyeződéseit is el lehet távolítani.
Mágneses leválasztás (ferrográfia) • A ferrográf egy olyan készülék, melynek tárgylemezére kell az • Az így kiülepedett részecskék a olajmintát önteni. tárgylemezen jellegzetes foltot u.n. „ferrogramot hagynak, amelyben a • A tárgylemez alatt egy részek nagyság szerint sorakoznak. erős állandó mágnes • Így a ferrogram részletes mikrosztalálható, mely a kópos vizsgalata nem csak a rémágnesezhető szecskék számára és alakjára szolvasrészecskéket fogva gáltat adatokat, hanem a részecsketartja megoszlást is jól mutatja.
A leválasztott részecskék vizsgálata
Mikroszkópos vizsgálatok • A részletes vizsgálatokhoz a látható fény tartományban dolgozó mikroszkóp mellett gyakran alkalmaznak elektronmikroszkópot. Mindegyik berendezésnek meg vannak az előnyei és a korlátai is. • Á1talános előnyként említhető a fotózás, ami utólagos kiértékelést és dokumentálást is lehetővé tesz.
A látható fény tartományban dolgozó mikroszkóp • A vizsgálható részecskék nagysága ebben az esetben 10 - 100 µm lehet. A legnagyobb nehézséget itt a viszonylag kis mélységélesség okozza. • Ha a részecske méret 1 - 50 µm között van, akkor a részecskék nem láthatók egyszerre élesen, és a fotózás sem lehetséges. • Előnye viszont a látható fényben történő mikroszkópos vizsgálatoknak, hogy lehetőség van a színek és így az anyagi minőség felismerésére.
Elektronmikroszkóp • Kétféle elektronmikroszkóp van, átvilágítással működó és a felszínt pásztázó elektronmikroszkóp. A részecskevizsgálathoz általában az utóbbit használják. Előnye a nagy felbontás mellett a jó mé1ységélesség. A nagyítás itt elérheti a 20 30000-szeres értéket (a felbontás 50 - 100 Å).
Röntgen mikro analízis (REM) • A röntgen mikroanalízis lehetőségét az teremti meg, hogy a felületi elektronsugárzás röntgensugárzásra készteti a részecskéket. Ha a pásztázó elektronmikroszkópot röntgen-spektrométerrel egészítik ki, lehetséges a részecske anyagminőség gyors analízise. Ezzel a módszerrel a néhány tized µm-es részecskék anyagi minősége is megállapítható.
Elektronmikroszkóp • Kétféle elektronmikroszkóp van, átvilágítással működő és a felszínt pásztázó elektronmikroszkóp. • A részecskevizsgálathoz általában az utóbbit használják. Előnye a nagy felbontás mellett a jó mé1ységélesség. A nagyítás itt elérheti a 20 30000-szeres értéket (a felbontás 50 - 100 Å).
Részecske nagyság és megoszlás
• A részecskék vizsgálatánál a legfontosabb a részecskeméret és a megoszlás megállapítása. A károsodás előrehaladása rendszerint együtt jár a részecskék méretének növekedésével. A ferrografikus eljárásnál a károsodás mértékére a kisebb és nagyobb méretű részecskék arányából lehet következtetni. • A részecskék méretét és számát, hasonlóan a vérsejtszámláláshoz, mikroszkóp segítségével lehet meghatározni. A szemmel történő számlálás mellett ma már automatikus számláló berendezések állnak rendelkezésre, amely a darabszám mellett a méretet is regisztrálja a számláló
A részecskék anyaga
A részecskevizsgálat alkalmazási területei Jármű motorok vizsgálata • az olajmintát injekciós tűvel az olajteknőből nyerik, • Az analízis a járművek esetében nem csak az olajban található szilárd részecskékre terjed ki, hanem magára az olajra is. Az alábbi tulajdonságok, illetve összetevők vizsgálata fontos: • Lobbanáspont • Víztartalom • Olajban oldhatatlan anyagok • Viszkozitás • Olajadalékok • Részecskék az olajban
Repülőgép hajtóművek vizsgálata • A polgári repülők vizsgálatára a Lufthansa 1970 óta alkalmazza az u.n. SOAP (Spectromtric Oil Analysis Program) módszert. Hasonlóan a Bundeswehr a katonai repülés szolgálatába állItotta az OES (Optischen Emissionspektrometric) programját. Mindkét módszer a kenőolaj rendszerből kiemelt olajminták analízise alapján következtet a hajtómű állapotára. • Az olajmintákat a vételi helytől függetlenül Hamburgban vizsgálják meg. A hajtóművekből 80 - 250 repült óránként vesznek mintát, ez az elhasználódási trend felállításához elegendő. • A mintákat analizáló emissziós spektrométer 9 elem jelenlétét tudja kimutatni (a katonai repülésnél meg ennél is többet vizsgálnak), ezek az Al, Fe, Cr, Cu, Ni, Ag, Si, Mg, Ti. • Az elemek mennyiségét ppm-ben (parts per million) - azaz milliomod részben - telexen továbbItják a mintavételi helyre. A vizsgálati idó Igy 1 - 2 nap
VÉGE
