18.07.2011
Пристальный взгляд на загрязнение масел частицами.

Это не  обычная статья о том, как важна чистота масла для качества смазки и надежности оборудования. Хотя и будет идти разговор  о загрязнении частицами, но акцент будет сделан на разрушительные черты этого почти невидимого загрязнителя,  присутствующего в смазочных материалах. Как оказалось, есть нечто намного большее, чем  размеры и количество частиц - это особенности физических и химических свойств, которые  характеризуют твердые частицы загрязнений.

Рассмотрим десять характеристик частиц, которые наиболее важны для трибо-аналитиков и  профессионалов по смазкам. Каждая из этих характеристик или признаков влияет на состояние смазанного механизма. Хотя имя характеристики, возможно, хорошо известно, но не всегда известен вызываемый ею ущерб.

                                Характеристики частиц
Размер частиц. Он, как правило, определяется как эквивалент сферической частицы c диаметром в микронах (мкм) и характеризует способность частицы проникать в рабочие зазоры движущихся поверхностей машин. Когда крупные частицы дробятся на более мелкие, они имеют тенденцию быть ближе по размерам к рабочим зазорам машины. Чем ближе размеры частиц к  рабочим зазорам, тем больше  их попадает в щель. Это приводит к истиранию поверхности или усталости  противоположных трущихся  поверхностей. Например, одна 40-микронная частица теоретически может быть разбита на 512 отдельных пятимикронных разрушительных частиц.

Площадь поверхности. При дроблении больших частиц на множество более мелких, общая площадь поверхности при контакте с маслом увеличивается многократно. Например, если  раздробить крупную частицу на 100 равных кусочков, то получим  примерно в 4,5 раза большую межфазную поверхность.  В приведенном выше примере, когда 40-микронная частица разбивается на пятимикронные частицы, создается в восемь раз большая площадь поверхности при контакте с маслом. Почему это происходит? Чем больше площадь поверхности по отношению к массе частицы, тем медленнее частица оседает (дольше время пребывания в масле). Чем больше частиц накапливается  в масле, тем больше они привлекают  и эмульгируют воду,  способствует каталитическим реакциям с маслом. Частицы также  связывают производительность полярных добавок (например, противоизносных присадок, ингибиторов коррозии и т. п.). Зарождается большое количество пузырьков воздуха и препятствуется их эффективное выделение из масла. Список можно продолжать.

Форма частиц / угловатость. Может показаться, что это не имеет никакого реального значения, но  в мире трибологии это находится в  центре причин при оценке износа, вызываемого частицами. Сферические частицы, по форме похожие на шарики подшипников, могут вызвать поверхностные углубления, но они с гораздо меньшей вероятностью вырежут или обдерут. С другой стороны, частицы с высокой режущей кольцеобразностью (обладают острыми углами между гранями) имеют намного большую склонность к трехмерной абразивности . (рис. 1).

                              Рисунок 1.Зависимость износа от угловатости частиц

Угловатые частицы, как правило, образуются дроблением (измельчением) крупных частиц на более мелкие частицы (рис. 2). Если сферическая частица была разбиты на 100 более мелких частиц, имеющих общую форму куба, это подвергнет скользящую поверхности машины разрушительному действию 800 кольцевых лезвий.

Рисунок 2. Твердые частицы пыли из 
рудника, карьера или экскаваторного грунта

Твердость. Твердость связана с прочностью частицы на сжатие, то есть ее устойчивостью к деформации (упругой или пластической) или фрагментации путем измельчения. Твердость частицы по отношению к твердости поверхности в значительной степени определяет ее способность вызывать износ и усталость поверхности. Точкой отсчета можно считать твердые частицы обычной почвы, состоящей в основном из частиц кремнезема и глинозема, которые тверже лезвия ножовки (быстрорежущей стали). Только литые керамические поверхности  некоторых подшипников имеют ту же твердость. Общая относительная жесткость частиц показана в таблице 1.

 
                                  Таблица 1. Примеры. Твердость частиц и плотность.

Плотность. Плотность или удельный вес влияет на плавучесть частицы в смазочных маслах. Тяжелые частицы будут оседать гораздо быстрее в резервуарах  и отстойниках (табл. 1). 20-микронной частице баббита потребуется  всего 2,8 минуты для оседания на полдюйма в турбинном масле ISO 22. Тяжелые частицы имеют гораздо больше шансов быть удаленными центробежными сепараторами. Они также более склонны к возникновению эрозии в циркуляционных масляных системах. В них масляные потоки движутся с большой скоростью, отправляя тяжелые и твердые частицы по разрушительным траекториям.

Состав. Хотя обычная  пыль известна  потенциальной вредностью из-за своей твердости, но она химически инертна. Но частицы износа, порожденные этой пылью, в смазочных маслах далеко не инертны. Это связано с тем, что эти вновь образованные частицы часто состоят из железа, меди и олова. Хотя они менее тверды и абразивны, износ металлов способствует окислению масла, что в свою очередь способствует образованию агрессивных кислот, лаков и шламов.

Полярность. Многие частицы имеют уникальные полярные сходства с присадками или обладают ионными зарядами. Это может привести к истощению присадок, таких как ингибиторы коррозии, противоизносные агенты, моющие средства, диспергаторы и противозадирные присадки. Эти присадки  более склонны соединяться с полярными частицами. Кроме того, полярные частицы, объединяясь, образуют сгустки и забивают (уничтожают) мелкие проходы масла и оседают в виде осадка в более крупных масляных протоках. Это усугубляется, если присутствует вода, которая имеет тенденцию цепляться за полярные твердые загрязняющие вещества, содействуя дальнейшему  образованию эмульсии и отстоя.

Магнитная восприимчивость. Постоянные магниты используются в некоторых фильтрах и онлайн датчиках частиц износа. Частицы железа или стали, которые притягиваются к магнитному полю, преимущественно отделены от масла этими устройствами. Позже некоторые частицы могут быть сброшены с  этих устройств (из-за удара или  всплеска потока) и часто остаются намагниченными. Затем они могут магнитно притянуться к стальным  отверстиям жиклера, железным маслопроводам, ограничивающим поток, или просто прицепиться к деталям работающей машины. Кроме того, направляющий контроль и вспомогательные клапаны обычно применяются в гидравлических системах, использующих электромагниты в своих соленоидах. Приведение в действие этих клапанов может оказать негативное воздействие на магнитную восприимчивость частиц железа и стали, притягивающихся соленоидом.

Проводимость. Теперь, наконец, о положительной характеристике частиц загрязнения. В последние годы электрификация смазочных масел становится все более и более общей проблемой из-за высокой чистоты базовых масел, которые часто используются в рецептурах смазок. Циркуляционное масло может создать статический заряд в масле за счет молекулярного трения. Это может привести к статическому разряду в теле масла и обугливанию масла в  дуге разряда. Содержащиеся в масле проводящие частицы эффективно рассеивают заряды, предотвращая повреждение масла от статического разряда. По данным одного исследования, загрязнение частицами эквивалентное ISO 18/15 оказалось  достаточным для снятия статического заряда. И наоборот, наращивание статического заряда при низком уровне загрязнения заряженными частицами  уровня ИСО 13/10 или чище привело к сильным искровым разрядам.

Количество частиц. Частицы правильного  размера, формы и твердости - это потенциально разрушительные контакты случайного неуправляемого  действия. Две таких частицы пропорционально умножают риск износа и т.д. На самом деле, общее количество материала легко удаленного с поверхности,  может  в четыре-десять раз превышать первоначальный вес  частиц. Этот риск является наибольшим для машин, смазанных нефильтрованным рабрызгивающим составом. Нужно также помнить о репродуктивном цикле частиц загрязнения - частицы производят детей (дробятся). Потом эти маленькие разбойники будут вливаться в преступную деятельность, приводя к еще большему износу и деградации смазки. Само собой разумеется, что контроль над ростом населения частиц является одной из основных и эффективных стратегий в стабилизации надежности машины.

 Частицы отбирают у вас деньги.
Частицы, если вы их плохо знаете, обирают вас постоянно, спите вы или бодрствуете. Они молча, но искусно грабят компании, уменьшая производительность и прибыль. К сожалению, контроль за загрязнением частицами редко появляется в списке целей и задач менеджера производства. К большому сожалению, большинство менеджеров не имеет ни малейшего понятия, что эти маленькие разбойники обирают их, как слепых, день за днем.

У частиц есть четыре основных способа отобрать  деньги. Хотя они и не равны по величине воздействия, в зависимости от машины и приложения, но каждый из способов может иметь заметное влияние на карман вашей компании.

1.    Поверхность истирания. Вызывает нежелательные потери производительности и вынуждает делать дорогостоящий ремонт.

2.    Ограничение потока масла. Частицы могут образовывать отложения, частично замедляя движение масла и вызывая недостаточность смазки  машин. Хотя  износа, возможно, не произошло, это тоже может способствовать необходимости дорогостоящего ремонта.

3.    Увеличение потребления масел и фильтров. Способов, в которых частицы могут сократить срок службы смазки  и снизить ее качество, очень много. Легкий вход частиц в фильтры  приводит к расточительно  высокому потреблению фильтров.

4.    Более высокий уровень потребления энергии и воздействие на окружающую среду. Существует почти бесконечный список способов частиц увеличить трение, снизить производительность антифрикционной смазки,  снизить эффективность сгорания в двигателях и объемную эффективности в гидравлических и смазочных масляных системах.  Чем больше энергии и топлива потребляется, тем больше отходов, которые выходят и загрязняют атмосферу.

Теперь у Вас  более детальный взгляд на частицы загрязнений. Возможно, пришло время более внимательно посмотреть на то, что в вашем масле.

По материалам журнала  “Machinery Lubrication”