Źródła zanieczyszczeń układów hydraulicznych

W przemyśle tworzyw sztucznych, a zwłaszcza w zakładach przetwórstwa wtryskowego, należy liczyć się wieloma źródłami zanieczyszczeń układów hydraulicznych.

Najpopularniejsze z nich to cząsteczki ciał stałych, woda w stanie wolnym oraz nierozpuszczone powietrze w oleju hydraulicznym. Problem jest o tyle istotny, gdyż każde z pojedynczych źródeł zanieczyszczeń oraz ich kombinacja prowadzi do pogorszenia klasy czystości układu hydraulicznego, do przedwczesnego starzenia oleju i do zakłóceń w pracy maszyn, a w skrajnym przypadku do awarii systemu.

Formy i powstawanie poszczególnych rodzajów zanieczyszczeń mogą być różnorakie. Ważną grupą zanieczyszczeń są te wnikające z zewnątrz. Przyczyny takiego stanu rzeczy są wielorakie.

Podstawową z nich jest choćby sytuacja, w której zachodzi do zanieczyszczenia elementów konstrukcyjnych przy ich montażu lub wymianie. Problemy może tez powodować napełnianie i uzupełnianie zawartości zbiorników maszyn, niewystarczające filtry w układzie wentylacyjnym, pierścienie zgarniające i uszczelki cylindrów hydraulicznych, a także otwieranie układu hydraulicznego podczas większych napraw lub przy wymianie większych komponentów.

Warto też zdawać sobie sprawę, że takie czynności jak wymiana węży hydraulicznych, zwłaszcza przy wymianie form, a także nieprawidłowo podłączone ruchome urządzenia filtracyjne umieszczone w odgałęzieniach (możliwość zanieczyszczenia przez niewłaściwe uszczelnienie przyłączy przepłukiwania) mogą być przyczynami powstawania zanieczyszczeń. Tak samo zresztą jak nieszczelna chłodnica oleju lub wadliwe uszczelnienie zbiornika.

Zanieczyszczenia powstające w układzie hydraulicznym należą do szczególnie uciążliwych.

W tej grupie wyróżnić możemy zanieczyszczenia powstające w wyniku zużycia erozyjnego, na krawędziach sterujących tłoków zaworowych pod wpływem cząstek zanieczyszczeń i dużej prędkości przepływu następuje erozyjne uwalnianie dalszych cząstek oraz zanieczyszczenia powstające przez wyrywanie nowych cząstek na skutek starzenia zmęczeniowego powierzchni, dużych zmian ciśnienia oraz naprężeń powierzchniowych.

Równie często pojawić może się także zanieczyszczenie przez ścieranie, będące następstwem dużej ilości zanieczyszczeń w oleju, występujące zwłaszcza na uszczelkach, elementach ruchomych oraz pompach, a także zanieczyszczenie wywołane przez korozję występującą szczególnie na pokrywach zbiorników i powierzchniach, które nie są nieprzerwanie zwilżone olejem.

Warto też prześledzić uszkodzenia spowodowane zanieczyszczeniami powstałymi w wyniku kawitacji, efektu Diesla oraz przedwczesnego starzenia oleju hydraulicznego.

Oleje hydrauliczne mogą w normalnych warunkach atmosferycznych zawierać do 9 proc. powietrza w postaci rozpuszczonej. Zdolność rozpuszczania zwiększa się wraz ze wzrostem ciśnienia i temperatury. Dopóki powietrze rozpuszczone pozostające w roztworze, jego negatywny wpływ jest niewielki. Jeśli jednak wspomniane stężenie zostaje przekroczone lub ma miejsce spontaniczne uwalnianie się powietrza z oleju hydraulicznego, może dochodzić do zakłóceń w układzie hydraulicznym, a w najgorszym przypadku do kawitacji i procesu zbliżonego do efektu Diesla.

Smuga kawitacyjna powstaje w wyniku podciśnienia, np. w obszarze zasysania pompy. Połączenie większych pęcherzy powietrza jest z kolei przesłanką do wystąpienia efektu Diesla. Taki efekt wywołuje też samozapłon pęcherzy powietrza wskutek wzrostu ciśnienia hydraulicznego.

W wyniku ciągłego zmniejszania zbiorników oleju hydraulicznego przy równoczesnej tendencji do osiągania wyższych mocy i wyższych ciśnień zwiększyło się w ostatnich latach niebezpieczeństwo występowania zakłóceń spowodowanych efektem Diesla. Niezależnie od optymalizacji konstrukcji przez producentów maszyn użytkownik staje przed zadaniem prawidłowego uruchamiania także po naprawach oraz kontroli i pielęgnacji maszyn.

Uszkodzenia wywołane efektem Diesla to m.in. starzenie oleju, termiczne uszkodzenia uszczelek, zanieczyszczenia i piana powierzchniowa, zakłócenia działania systemu, wibracje i nagłe wzrosty ciśnienia.

Jeśli chodzi natomiast o kawitację, to występuje ona w układach hydraulicznych przeważnie w pompach i ich przewodach ssawnych, ale również w i za przewężeniami przekrojów. W wyniku podciśnienia panującego w tych obszarach dochodzi do wydzielania się powietrza. Powstałe pęcherzyki powietrza zawierające cząsteczki oleju mogą ulegać samozapłonowi przy szybkich wzrostach ciśnienia. Zjawiska kawitacyjne połączone są z emisją dźwięków, wahaniami i uderzeniami ciśnienia.

W następstwie kawitacji powstają uszkodzenia, zwłaszcza na zwierciadłach tarcz rozrządczych pomp, spowodowane wyrywaniem cząstek z ich powierzchni. Zanieczyszczenie w układzie wzrasta, następuje uszkodzenie oleju hydraulicznego.

Warto jeszcze poświęcić w tym miejscu trochę uwagi efektowi Diesla.

W przypadku ekstremalnym najmniejsze pęcherzyki powietrza powstałe w smudze kawitacyjnej łączą się w pęcherze o wielkości kilku milimetrów. Jeśli nie zostaną one porwane przez strumień do zbiornika, gromadzą się w wyżej położonym miejscu układu. Wywołany ich sprężeniem efekt Diesla prowadzi następnie nieodzownie do uszkodzeń uszczelek tłoków oraz innych elementów konstrukcyjnych.

Efekt Diesla występuje, gdy pęcherze powietrza znajdujące się w oleju hydraulicznym poddawane są szybkiemu sprężaniu pod wpływem wysokiego ciśnienia, co powoduje wzrost temperatury do 1000 st. C. W takich warunkach może dochodzić, podobnie jak w przypadku silnika Diesla, do samozapłonu mieszaniny oleju i powietrza.

Wynikiem tego są porozrywane i zwęglone wargi uszczelniające lub wyrwania materiału na komponentach układu hydraulicznego, przyspieszone starzenie oleju, nalot z produktów starzenia na powierzchniach zbiorników i elementów konstrukcyjnych, a także zwiększone zużycie filtrów.

Dzięki stworzeniu efektywnego systemu zarządzania płynami możliwe jest niezawodne i tanie kontrolowanie tych rodzajów zanieczyszczenia i zużycia, oraz znaczące wydłużenie trwałości wtryskarek. Wynikiem wysokiej czystości oleju jest bezusterkowa praca maszyn oraz ich duża dyspozycyjność przy niskich kosztach eksploatacji.

Wykorzystano informacje z publikacji Klausa Lange „Zarządzanie płynami, klucz do profilaktycznej pielęgnacji wtryskarek”.