Vloeistofmanagement Afbeelding: Parker Hannefin Bron: Hitma Groep Uithoorn en C. Appel, 1999 Redactie: A. en M. Brok Bewerking: A. Brok, 2010 Uitgave: November 2010
Inhoud Pagina 1 Inleiding olietoepassing 1 2 Smeerolie Systeemolie 2 3 Slijtageprocessen 5 4 Filtertechniek 9 5 Inleiding analysetechnieken 15 6 Reinheidsbepaling van olie 18 7 Onderzoek van slijtagedelen in olie. (metaaldelen) 22 8 Bewaking van de levensduur van olie (additieven) 24 9 Onderhoudsprocedures m.b.t. oliegebruik 26 10 Samenvatting Bijlage 1 Additieven in olie 28 Vloeistofmanagement Pagina 0 ROC van Twente
Hoofdstuk 1. Inleiding olietoepassing Voor het bedrijfszeker functioneren van bewegende delen zijn smeermiddelen nodig. De functie van de smeerfilm tussen bewegende metaalvlakken is: 1. Voorkomen van contact van metaal op metaal; 2. Verminderen van de wrijvingsweerstand; 3. Verminderen van de wrijvingswarmte; 4. Verminderen van vermogensverlies; 5. Afvoer van vervuiling en slijtagedelen; 6. Overdragen van ontstane bedrijfswarmte; 7. In de techniek worden verschillende typen smeermiddelen toegepast: 1. Plantaardige oliën (Bio-smeermiddelen) 2. Minerale oliën en vetten. 3. Half-synthetische oliën 4. Vol-synthetische oliën en vetten. De bedrijfsomstandigheden bepalen de keuze van het smeermiddel. Bij hoge temperaturen en druk worden vol-synthetische smeermiddelen toegepast (bijv. verbrandingsmotoren met turbo en landingsgestellen) Door de hoge prijzen wordt de laatste jaren veel meer aandacht besteed aan het inzetten van de juiste vloeistof (olie) op de juiste plaats. Er is ook een toenemende zorg om de kwaliteit van de olie tijdens het gebruik op peil te houden. Om de toegepaste olie zolang en effectief mogelijk te kunnen gebruiken, moet men zorgen voor: 1. De juiste basisolie met pakket additieven geschikt voor de toepassing. 2. Dat de olie onder goede bedrijfscondities wordt belast. (temperatuur en druk) 3. Dat de olie steeds zo schoon mogelijk zijn werk kan doen. (water afscheiden en filteren) 4. Dat de olie bij het bereiken van de standtijd wordt afgevoerd en het systeem grondig wordt gespoeld. (nieuw begin met een schoon systeem) 5. Dat de verse olie op een verantwoorde, schone manier in het systeem wordt gebracht. (geen verontreinigingen inbrengen) Levensduur en verwerking Levensduur (standtijd) De standtijd van een olie neemt af door: warmte, vuil, water. Vooral water heeft een verwoestende werking op olie, want: Metalen oppervlakken gaat corroderen (roesten); Afname van smerende eigenschappen van smeermiddelen (verhoogde slijtage); Uitscheiding van additieven (werken dan niet meer); Oxidatie (veroudering) van de olie; Versnelde oppervlaktevermoeidheid van metalen (uitbrokkeling); Bevriezing op lage temperaturen (vastlopers); Ontwikkeling van bacteriëngroei (slijm, slijk en kans op besmetting). Vloeistofmanagement Pagina 1 ROC van Twente
Olie in water (uitvergroot) Vroeger en nu Vroeger was olie relatief goedkoop en de verwerking van de afgewerkte olie was nauwelijks een probleem. (Werd gewoon gedumpt of als brandstof voor verwarming gebruikt) Tegenwoordig is het anders. Machines zijn vaak op uitersten (nauwkeurigheid, topprestaties) geconstrueerd en moeten betrouwbaar werken. De olie moet beter en langer presteren. Ook eist men een zuiniger oliegebruik, vanwege de hoge prijs en de strenge milieu-eisen. Verwerking Tegenwoordig is het kostbaar om olie te vervangen en op verantwoorde wijze te laten vernietigen. Er wordt naar gestreefd om een olie langer te gebruiken (langere standtijd = besparing) Aftappen Bij het aftappen (verversen) van de olie moet o.m. op het volgende worden gelet: 1. een schone werkomgeving, 2. schoon werken, met het juiste gereedschap, 3. een juist gebruik van slangen en lekbakken, 4. goede opslag, die aan wettelijke eisen voldoet. Bij het aftappen mag er geen vervuiling van machine / installatie en omgeving optreden. Ook bij het nemen van oliemonsters moet schoon en nauwgezet worden gewerkt. Oliemonster. Voor onderhoud kan de uitkomst van een olie-onderzoek van groot belang zijn. Samenstelling en grootte van de gevonden verontreinigingen zeggen iets over de conditie van de machine of van de olie zelf. Maar ook de conditie van de olie zelf, vergeleken met de conditie toen deze nog vers was, is van groot belang. Vloeistofmanagement Pagina 2 ROC van Twente
Er zijn drie typen onderzoek op olie mogelijk: analyse van de olie op reinheid, analyse van de functionaliteit van de basisolie en additieven, analyse van de in de olie aanwezige slijtagedeeltjes, Er is ervaring nodig om de uitkomsten van de analyses goed te interpreteren. Anders neemt men verkeerde conclusies en neemt men verkeerde beslissingen. Het gevolg hiervan kan zijn: te vroege of te late vloeistofwisselingen, onnodige onderhoudsacties. Het belang van vloeistof (olie) management Uit studie blijkt dat 70% van de machinestoringen het gevolg is van het teruglopen in kwaliteit van de vloeistof. De belangrijkste oorzaak van dit teruglopen is mechanische slijtage en corrosie in een machine of installatie. Vloeistofmanagement Pagina 3 ROC van Twente
Hoofdstuk 2. Smeerolie en systeemvloeistoffen Binnen de onderhoudstechnologie is steeds vaker sprake van het management van industriële vloeistoffen. Onder industriële vloeistoffen verstaat men o.a. de vloeistoffen die nodig zijn om: een machine of technische installatie in beweging te brengen, dus voor de energieverzorging; een systeem in beweging te houden; als brandstof te dienen voor de installatie, bijvoorbeeld dieselolie; smering te verzorgen; de energie in een systeem om te zetten. Smeerolie (worden meestal opgebruikt) De naam zegt genoeg. De functie van deze vloeistof is: smeren. De smeerfilm moet o.a. de wrijving verminderen tussen bewegende delen. Smeerolie moet vaak onder vaak zeer moeilijke omstandigheden haar werk doen. Voorbeeld: verbrandingsmotoren (veranderlijke belasting, wisselende temperatuur en grote kans op vervuiling). Systeemvloeistoffen (blijven langdurig in een systeem) In een systeem, een machine of installatie worden vloeistoffen gebruikt voor smering, koeling en voortstuwing. Systeemvloeistoffen kunnen worden onderscheiden in: A B C Brandstoffen Brandstoffen zijn vloeistoffen die nodig zijn voor de voortstuwing van o.a.. schepen, vliegtuigen, auto's, aandrijfmotoren voor machines en installaties. Hydraulische oliën Deze olie wordt ingezet om energie-overdracht mogelijk te maken. Denk bijv. aan een hydraulische kraan. Hulpvloeistoffen Dit kan bijvoorbeeld koelmiddel zijn. Enkele belangrijke eisen aan hydraulische olie zijn: De olie moet dunvloeibaar zijn, dus weinig stromingsweerstand ondervinden; De olie moet hoge drukken kunnen verdragen. (tot 4500 bar!); De olie mag niet kunnen bevriezen; De olie mag niet schuimen of luchtbellen vormen. Hydraulische olie bevat altijd een pakket speciale toevoegingen ofwel dopes die de olie geschikt maken voor haar specifieke taak. Enkele toevoegingen kunnen zijn: Een anti - schuimmiddel; Een anti - slijtagemiddel; Een anti - corrosiemiddel. (Zie voor uitgebreide informatie over additieven bijlage 1) Samenvattend: Smeerolie is noodzakelijk om delen met minimale wrijving ten opzichte van elkaar te laten bewegen. (deze zitten doorgans niet in een gesloten systeem en worden opgebruikt) Systeemolie daarentegen wordt toegepast voor aandrijving van en krachtomzetting in machines. (deze zitten in een gesloten systeem en hebben een lange standtijd) Vloeistofmanagement Pagina 4 ROC van Twente
Hoofdstuk 3. Slijtageprocessen Problemen bij machines en installaties zijn vaak terug te voeren op de vervuiling van de olie. In hoofdstuk 7 komen we daar op terug. Slijtage is een normaal voorkomend verschijnsel, als het maar voldoende vertraagd kan worden. Overmatige slijtage kan tot een ramp leiden. (Machine haalt zijn berekende levensduur niet!) Om de werking van olie in machines en installaties te begrijpen, moet je eerst weten welke soorten slijtageprocessen er zich in machines of installaties kunnen voordoen. Samenstelling, grootte en vorm van slijtagedeeltjes geven informatie over het slijtageproces. Soort slijtage Deeltjesgrootte Corrosieve slijtage (opgelost) <1 µm Adhesieve slijtage Circa 0-5 µm Erosieve slijtage Circa 5-100 µm Abrasieve slijtage Circa 5-100 µm Vermoeiings-slijtage Circa 20-1000 µm Corrosieve slijtage: (deeltjes < 1 µm ) Corrosieve slijtage is het afnemen van basismateriaal en de aantasting door chemicaliën. Dit verschijnsel kenmerkt zich door putcorrosie. Hierdoor kunnen er scheurtjes in het basismateriaal ontstaan (spanningscorrosie). Door de geringe grootte leveren de deeltjes niet een direct gevaar op voor bijv. een lager. De deeltjes kunnen ongehinderd door de vloeistof worden meegevoerd. Toch moet men opletten. Als de deeltjes niet worden onderschept door het filter, gaan ze als katalysator werken in het verouderingsproces van de olie. Adhesieve slijtage (deeltjes van 0 tot 5 µm) Adhesieve slijtage treedt op wanneer tussen bewegende delen materiaaldeeltjes worden losgetrokken. Er is hierbij sprake van een koudlaseffect. De toppen van de bewegende oppervlakken lassen kortstondig aan elkaar vast. Door de voortgaande beweging scheuren ze weer los, waarbij losse materiaaldeeltjes vrijkomen. Deze worden door de vloeistofstroom het systeem ingevoerd. Vloeistofmanagement Pagina 5 ROC van Twente
Erosieve slijtage (deeltjes van 5 tot 100 µm ) Dit is slijtage die wordt veroorzaakt door een heftige richtingsverandering van snelstromende vloeistof. Het gevolg is dat deeltjes uitbreken (gutsen) en in de vloeistof terechtkomen. Bijkomend gevolg is vaak een temperatuursverhoging van de olie wat levensduurverkorting tot gevolg heeft. Hoe werkt dit? Een klep wordt warm doordat deze niet goed meer afdicht. De klep staat te snijden en de olie wordt plaatselijk verhit (hot-spot), met als gevolg een snellere veroudering. De olie expandeert, waardoor er een drukval plaatsvindt. Hiermee gaat veel energie verloren. Abrasieve slijtage (deeltjes van 5 tot 100 µm ) Deze vorm van slijtage wordt veroorzaakt door deeltjes die langs de bewegende delen schuren of ertussen bekneld raken. Hierbij wordt materiaal van de oppervlakken geschraapt. Vloeistofmanagement Pagina 6 ROC van Twente
Vermoeiings-slijtage (deeltjes van 20 tot 1000 µm) Door het bombardement van slijtagedeeltjes vervormt het basismateriaal en komen steeds nieuwe, grotere deeltjes los. Tussen bewegende onderdelen met een bepaalde speling kunnen deeltjes, kleiner dan de spleet, worden afgevoerd zonder ernstige beschadiging van de oppervlakken te veroorzaken. Stukjes materiaal, gelijk aan of groter dan de spleet, kunnen wel degelijk de oppervlakken beschadigen en zo het slijtageproces doen versnellen. Grotere deeltjes raken bekneld en zullen door hun scherpe vorm als slijpkorrel fungeren en op deze wijze materiaaldeeltjes uit het moedermateriaal breken. Grotere deeltjes zijn gevaarlijk omdat deze in staat zijn de smeerfilm te doorbreken. Er ontstaat metallisch contact en de machine zal door voortgaande slijtage spoedig storingen vertonen. Slijtagedelen Slijtagedelen komen in vele vormen in het smeermiddel voor: in opgeloste vorm (vloeibaar, slijk) in vaste vorm (zand, metaaldeeltjes) in gebonden vorm (oxiden) Om een indruk te krijgen hoe groot een µm (micrometer) is, vergelijken we een menselijk haar (75 µm) met het kleinste deeltje dat nog uitgefilterd kan worden (1 µm doorsnede). Vloeistofmanagement Pagina 7 ROC van Twente
Kettingreactie De slijtage van machine-onderdelen kan als een kettingreactie verlopen. Er brokkelen steeds meer deeltjes uit het materiaal. Deze veroorzaken veel schade. Tenslotte leidt dit tot het uitvallen van een installatie. Afhankelijk van het gebruikte filter zullen deeltjes vanaf een bepaalde doorsnede worden onderschept en kunnen verder geen schade meer aanrichten. De kettingreactie is hiermee gestopt. De keuze van een geschikt filter is cruciaal. Het moet deeltjes onderscheppen die iets kleiner zijn dan de kritische ruimte tussen twee bewegende delen. Deze ruimte noemt men de kritische dynamische speling. (kleinst toelaatbare speling voor betrouwbaar functioneren) Deze speling bepaalt dus de noodzakelijke filterfijnheid. De parameters voor deze speling worden bepaald door: de dynamische belasting op het materiaal, de omtreksnelheid van de as (of de snelheid van de bewegende delen ten opzichte van elkaar), de viscositeit (dunvloeibaarheid) van de vloeistof. Enkele voorbeelden van kritische dynamische speling: Tandwielpomp 3 µm Schottenpomp 6 µm Zuigerpomp 20 µm De dikte van de oliefilm is kleiner dan machinetolerantie. Deeltjes die in de vloeistof voor kunnen komen: metaaldeeltjes, roestdeeltjes, kristallen (meestal zand), sludge ( = slijk), organisch materiaal (bijv. roet), filtermateriaal (vezels), overige verontreinigingen. Vloeistofmanagement Pagina 8 ROC van Twente
Hoofdstuk 4 Filtertechniek Filteren is de techniek waarbij ongewenste deeltjes uit vloeistoffen worden opgevangen. Hierbij wordt de reinheid van een vloeistof op een bepaald niveau gebracht en wordt de kettingreactie van vervuiling gestopt. Er zijn veel filterprincipes die in dit verband niet worden besproken. Als je meer wilt weten van de vele typen en uitvoeringen van filteroplossingen, kun je het best kijken op de volgende sites op Internet. http://www.pall.com http://www.noria.com http://www.maintenanceresources.com Wel moet je weten wat een filter kan doen en welke eisen er aan worden gesteld. Je moet weten wat de gevolgen zijn als er niet of onvoldoende wordt gefilterd. Eisen aan een filterelement: De op te vangen minimale deeltjesgrootte; Een bepaalde doorstroomcapaciteit bezitten (debiet in liter/uur); Een lange standtijd; Voldoende sterkte om schokpulsen op te vangen; Vermogen om vuil, metaaldelen, en water vast te houden; De druk (P) en verschildruk (ΔP) kunnen verdragen; Zo groot mogelijk werkzaam oppervlak hebben; Snel verwisselbaar zijn; Om te weten of een filter zal voldoen, wordt gekeken naar de ISO-norm 7744, die iets zegt over de te onderscheppen deeltjesgrootte. In deze ISO-norm kan de zogenoemde ISO-code worden teruggevonden. Meer hierover in hoofdstuk 6. In bijna alle machines of installaties bevinden zich een of meer filter-eenheden. De belangrijkste vloeistofsystemen waarin filters worden toegepast, zijn o.a.: Hydraulische systemen; Brandstofsystemen; Oliedruk-smeersystemen voor bijv. tandwielkasten. Vloeistofmanagement Pagina 9 ROC van Twente
Plaatsing van filters Hiernaast is een compleet filtersysteem afgebeeld. In een hydraulisch systeem kan hiermee de hoogste oliereinheid worden bereikt. A: Pomp B: Wisselschuif C: Hydraulische cilinder 1: Persfilter 2: Retourfilter 3: Rondpompfilter (Bypass) 4: Beluchtingsfilter 5: Spoelunit Hieronder staat het hydraulische systeem nogmaals afgebeeld. Nu als schema. Vloeistofmanagement Pagina 10 ROC van Twente
Filtereenheid Een filtereenheid is meestal samengesteld uit een filterhuis en een filterelement. Het filterelement is uitneembaar aangebracht in het filterhuis om inspectie en / of vernieuwen mogelijk te maken. Filterelement Filterelementen kunnen gemaakt zijn van: 1. Gekruist draadgaas van koper of een corrosievaste staallegering 2. Poreuze vezelstof of geprepareerd poreus papier. Het materiaal en de samenstelling van een filter kunnen voor diverse doelen sterk uiteenlopen. Op Internet is er zo nodig nog meer over dit onderwerp te vinden. Filtermateriaal met de juiste structuur. Filters met een uniforme poriënstructuur raken snel vol. Een getrapte structuur is gunstiger. Vloeistofmanagement Pagina 11 ROC van Twente
Filterelementen kunnen gemaakt zijn van: 1. Gekruist draadgaas van koper of een corrosievaste staallegering 2. Poreuze vezelstof of geprepareerd poreus papier. Het materiaal en de samenstelling van een filter kunnen voor diverse doelen sterk uiteenlopen. Op Internet is er zonodig nog meer over dit onderwerp te vinden. Kwaliteit van het filtermedium Slecht ontworpen filtermedia vertonen nevenstaande gebreken. Een kwaliteitsfilter heeft een gebonden vezelstructuur en zal bovenstaande gebreken niet snel vertonen. Filterfijnheid De grootte van de doorstroomopening van een filterelement wordt aangegeven in micrometer (µm). Door onderstaand lijstje te bekijken, krijg je een indruk hoe groot een micrometer (µm) is. Een menselijk haar 70 µm Nog net met het blote oog zichtbaar: 40 µm Een vloeitje (Mascotte groen) 35 µm Witte bloedlichaampjes: 25 µm Rode bloedlichaampjes: 8 µm Bacterie / virus: 2 µm Vloeistofmanagement Pagina 12 ROC van Twente
De verschildruk, P In bepaalde vloeistofsystemen wordt de doorstroomcapaciteit van het hoofdfilter gecontroleerd met behulp van drukindicators of speciaal aangebrachte drukmeters. De drukmeting vindt plaats aan de in- en uitlaatzijde van het filter. De grootte van het verschildruk P is maatgevend voor de doorstroomcapaciteit van het filterelement. Hoe groter de verschildruk, des te kleiner is de doorstroom-capaciteit. Het is dus een controle op vervuiling van het filterelement zonder dat daar montage- en demontage-activiteiten voor nodig zijn. De filtercapaciteitsverhouding, β Om de capaciteit van een filter te beoordelen, is het noodzakelijk te bepalen hoeveel vuildeeltjes er worden opgenomen en vastgehouden. Met andere woorden: hoeveel schoner is de vloeistof geworden na het passeren van het filter. Daarom maakt men gebruik van de z.g. β-waarde. De β- waarde is een verhoudingsgetal, een quotiënt van het aantal gemeten deeltjes vóór het filter en het aantal deeltjes ná het filter van een afgesproken minimum deeltjesgrootte. β = aantal vuildeeltjes > X voor het filter aantal vuildeeltjes > X na het filter Voorbeeld: Men heeft van een installatie een monster getrokken vóór het filter en komt tot de volgende conclusie: Er zijn 1.000.000 deeltjes ontdekt van 3µm. Bij een monstername ná het filterelement blijken er nog 5000 deeltjes in de vloeistof aanwezig te zijn. In dit geval is de β 3 -waarde 1.000.000 / 5.000 = 200. Dat wil dus zeggen dat de vloeistof na het filteren 200 x schoner is geworden, gemeten bij een deeltjesgrootte van 3 µm. (slechts 1 op de 200 vuildeeltjes is door het filter geglipt) Uit deze waarde kun je concluderen dat een filters met een groot reinigingsvermogen een hoge β- waarde hebben. Om de invloed van slechte filtering te bekijken, gaan we uit van een situatie waar zich in een systeem een lekkage voordoet en waar 10 % van de vloeistof via een omweg (ongefilterd) weer in de tank terechtkomt. Bij volledige filtering: 1000 deeltjes voor het filter. En 5 deeltjes ná het filter. De β-waarde 1000/5 = 200 (bij een bepaalde deeltjesgrootte) Bij 10% lekkage: 90% gaat door het filter dit is 0,9 x 1000 deeltjes = 900 deeltjes. Deze worden gefilterd met een β-waarde van 200 naar 900/200 = 4,5 deeltjes. Daar komen nu ongefilterd 100 deeltjes bij. Nu ontstaat een vloeistof met 104,5 deeltjes. Vloeistofmanagement Pagina 13 ROC van Twente
De β-waarde is nu dus voor deze 100ml 1000/104,5 = 9,6! De β-waarde is van 200 teruggezakt naar 9,6. Een geringe lekkage en terugstromen van ongefilterde vloeistof zal de werking van een filter bijna ongedaan maken. Een kwalitatief goed filter is in staat een lange tijd een constante β-waarde te handhaven bij een nagenoeg constant drukverloop over het filterelement. Soms wordt ook gesproken over het filterrendement. Dit rendement is sterk afhankelijk van de β- waarde. Het filterrendement is het aantal onderschepte deeltjes gedeeld door het aantal binnenkomende deeltjes. Het wordt uitgedrukt in %. Filterrend ement = aantal onderschepte vuildeeltjes 100% aantal vuildeeltjes voor het filter Vloeistofmanagement Pagina 14 ROC van Twente
Hoofdstuk 5 Inleiding analysetechnieken Er zijn twee redenen om analysetechnieken op systeemolie toe te passen: a. Men wil de conditie van de systeem-olie onderzoeken, b. Men wil de conditie van de machine onderzoeken. Olie-onderzoek is te vergelijken met bloedonderzoek bij de mens en geeft relevante informatie over hetgeen er aan de hand is. Hetzelfde geldt voor een machine / installatie of de vloeistof zelf. Dit onderzoek kan worden uitgevoerd zonder ingrijpende handelingen, zoals demontage. Wat kan worden onderzocht? 1. Conditie van de olie (gehalten van additieven) 2. Reinheid van de olie (vloeibare, gasvormige en vaste vervuiling) 3. Afmetingen, samenstelling, gehalten en herkomst van vaste vuildeeltjes De resultaten van onderzoek 1 geven uitsluitsel over de kwaliteit van de olie. Het geeft aan in hoeverre de olie nog over de vereiste eigenschappen beschikt door de gehalten aan werkzame stoffen te meten (additieven). Hiermee is te bepalen hoe lang een oliemassa nog betrouwbaar kan functioneren. Tijdens onderzoek 2 wordt de olie geanalyseerd op de mate van vervuiling, ook wel de reinheid van olie genoemd. De levensduur, werking en betrouwbaarheid van machines of installaties kan direct gerelateerd worden aan de hoeveelheid en soort verontreinigingen in het systeem van de machine of technische installatie. Behalve verontreinigingen zoals metaaldeeltjes, kan er vervuiling ontstaan door het binnenkomen van vuil, water en lucht. Vanuit een analyse van de vaste vuildeeltjes (3) kan men abnormale slijtage in de machine of installatie signaleren. Slijtage is een normaal voorkomend verschijnsel, maar als er een sterke toename van de slijtage optreedt en men ziet kans deze signalen tijdig op te vangen, kunnen voortijdig maatregelen worden genomen om ernstiger schade aan machine of installatie te voorkomen. Het achterhalen van de identiteit en hoeveelheid vuildeeltjes kan worden gebruikt als second opinion naast bijv. een trillingsmeting. Hiermee kan de noodzaak van een reparatie of revisie worden aangetoond. Een noodzakelijke onderhoudsactie kan zo tijdig in het jaarrooster worden gepland. Enkele punten die het belang van olie-analyse benadrukken: Er kan tot oliebesparing gekomen worden door alleen te verversen als analyse de noodzaak aantoont. Het periodiek olie verversen bij machines en installaties is een achterhaald idee. Het is beter de olie te gebruiken totdat zij op ofwel versleten is: Het vaststellen van een revisietermijn Het volgen van inloopprocessen Onderzoek naar zich ontwikkelende defecten Onderzoek van slijtageproblemen Optimaliseren van smeermiddelen. Vloeistofmanagement Pagina 15 ROC van Twente
Voorbeeld: afnamepunten in een turbine Er zijn verschillende mogelijkheden om een monster te bemachtigen: Snelkoppeling in het systeem; Aftapplug; Opzuigspuit. De bemonstering moet er op een juiste manier, volgens een protocol, gebeuren. 1. Dezelfde wijze; 2. Dezelfde hoeveelheden; 3. Dezelfde omstandigheden. Dit zijn voorwaarden om een representatief oliemonster te verkrijgen. Hierdoor verkrijgt men meetresultaten die representatief zijn voor de hele oliemassa in het systeem. Hiervoor moeten gestandaardiseerde procedures worden gevolgd (ISO), zodat achteraf geen conflictsituaties ontstaan tussen bijvoorbeeld leverancier en gebruiker. Vloeistofmanagement Pagina 16 ROC van Twente
Analysetechnieken worden meestal in laboratoria ontwikkeld, toegepast en uitgevoerd. Vanuit de praktijk wordt deze werkwijze vaak als omslachtig vertragend ervaren. Er zijn echter bruikbare, praktische methoden ontwikkeld om vloeistofsystemen te controleren op verontreinigingen of op de functionele eigenschappen van de systeemvloeistof zelf. Hierbij is er een korte tijd tussen monstername en ontvangst van het resultaat. Een voorbeeld is het RULER-systeem, een draagbaar analyse-instrument. (Wordt besproken in hoofdstuk 8.) Vloeistofmanagement Pagina 17 ROC van Twente
Hoofdstuk 6 Reinheidsbepaling - Reinheidsbewaking Het is van groot belang om de olie zo schoon mogelijk door het systeem te laten circuleren. Dan pas is de olie in staat te doen wat ervan verwacht wordt. We denken dan aan: 1. Het overbrengen van krachten; 2. Het verkleinen van de wrijving tussen de onderdelen, 3. Het scheiden van de oppervlakken, 4. Het oplossen van mogelijke vuildeeltjes, 5. Het tegengaan van oxidatie, 6. Het zorgen voor koeling. We willen graag weten wat er zoal in de olie terechtkomt na een bepaalde gebruiksduur. Er wordt een monster genomen en na een aantal laboratoriumhandelingen is men in staat het aantal deeltjes onder een microscoop te tellen (ISO 4407) De verontreiniging in de olie kan bestaan uit metalen deeltjes, roest, koolstof, kunststofdeeltjes, silicium (o.a. zand) en vezels. Een te grote hoeveelheid verontreinigingen in de olie kan beschadigingen in het systeem veroorzaken. Dat is ook de reden voor het plaatsen van filters in het oliecircuit. Zo zijn er door de ISO (International Organisation for Standardisation ) normen opgesteld voor de hoeveelheid verontreinigingen die een systeemolie mag bevatten. In de ISO-norm 4406 wordt een classificatiesysteem gegeven waarbij de aanwezige vuildeeltjes per 100 ml vloeistof worden gedefinieerd. Hieruit komt de zogenoemde ISO-reinheidsklasse naar voren. Deze reinheidsklasse wordt weergegeven met twee of drie getallen. Uit onderstaande tabel kan worden afgelezen hoeveel vuildeeltjes per 100 ml vloeistof met een bepaalde ISO-klasse overeenkomen. Vloeistofmanagement Pagina 18 ROC van Twente
ISO 4406 Norm voor deeltjes tellen Aantal deeltjes per 100cc Schaal nummer Meer dan Tot en met 80,000 40,000 20,000 10,000 5,000 2,500 1,300 640 320 160 80 40 20 10 5 2.5 1.3 0.64 0.32 0.16 0.08 0.04 0.02 0.01 0.005 0.0025 160,000 80,000 40,000 20,000 10,000 5,000 2,500 1,300 640 320 160 80 40 20 10 5 2.5 1.3 0.64 0.32 0.16 0.08 0.04 0.02 0.01 0.005 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 00 Hoe lager het schaalnummer, hoe reiner de olie. De codering van de reinheid. De reinheidsklasse kan met twee verschillende codes worden aangegeven. 2 Code Deeltjes tellen ISO 4406 / 1987 3 Code Deeltjes tellen ISO 4406 / 1999 Afmeting Aantal Schaal Afmeting Aantal Schaal > 5 µm 3620 19 > 4 µm 11893 21 > 15 µm 28 12 > 6 µm 3620 19 > 14 µm 28 12 ISO Code = 19/12 ISO Code = 21/19/12 Merk op dat bij de oude code uit 1987 de deeltjes kleiner dan 5 µm niet worden opgemerkt! Veel moderne componenten hebben een kritische dynamische speling van 3 a 4 µm. Deeltjes van 4 µm kunnen hier aanzienlijke schade aanrichten. Daarom wordt steeds vaker de norm uit 1999 gehanteerd Vloeistofmanagement Pagina 19 ROC van Twente
Streefwaarden voor oliereinheid Onderdeel ISO-Code Servostuurventielen 16/14/11 Proportionaal stuurventielen 17/15/12 Zuigerpompen/-motoren 18/16/13 Weg- en drukregelventielen 18/16/13 Tandwielpompen/-motoren 19/17/14 Stroomventielen 20/18/15 Nieuwe, ongebruikte systeemolie 17/14/11 Wat is vuil en wat is schoon? Situatie ISO-Code Vuil systeem 21/18/15 Normaal systeem 16/13/10 Schoon, correct gefilterd, systeem 13/10/7 Uit bovenstaande twee tabellen blijkt dat nieuwe, ongebruikte systeemolie (17/14/11) te vuil is om in een normaal hydraulisch systeem (16/13/10) te worden gebruikt. Om deze reden zullen kritische oliegebruikers: Hun systeem grondig reinigen voordat de nieuwe olie wordt toegevoerd; De aangeleverde olie zelf grondig filteren. Kritische oliegebruikers zijn o.a.: Formule-1 teams; Luchtmacht en vliegmaatschappijen; Onderhoudstechnici van vliegsimulatoren; Onderhoudsteams van gevoelige hydraulische systemen. Deeltjes tellen De analyse van olie moet gebeuren volgens vaste, vooraf bepaalde voorwaarden. Daarom wordt vaak aangegeven welke ISOnormen er op een bepaalde analyse van toepassing zijn. Voor een automatische deeltjesteller geldt bijvoorbeeld ISO 11500. Enkele methoden om het aantal deeltjes te bepalen zijn: Vloeistofmanagement Pagina 20 ROC van Twente
A. Deeltjestelling met automatische deeltjesteller. Met laserlicht wordt ingestraald op een vloeistofstroom. De aanwezige deeltjes in de vloeistofstroom houden een deel van het licht tegen, hetgeen door een detector wordt gemeten. B. Deeltjestelling met een optische microscoop Men filtert 100 ml vloeistof door een membraan met een filterfijnheid van 0,8 µm. De deeltjes groter dan 0,8 µm blijven op het membraan achter. Deze worden onder de microscoop gefotografeerd en geteld. Het tellen is wel een tijdrovende bezigheid. Onder de microscoop kan ook de aard van de vervuiling kan vastgesteld. Ook andere methoden geven een indicatie van de kwaliteit van de olie, zoals: Watergehalte Filtercapaciteit Dynamische filtertest Een deel van het rapport Vloeistofmanagement Pagina 21 ROC van Twente
Hoofdstuk 7 Onderzoek van slijtagedelen in olie Problemen bij machines en installaties zijn vaak terug te voeren op de vervuiling van de olie. 70 % van storingen is te wijten aan vervuiling. Hiervan vindt 20 % zijn oorzaak in corrosie en 10 % in mechanische slijtage en vermoeiing. Het loont de moeite om na te gaan, wat de oorzaak kan zijn van deze vervuiling en hoe dit voorkomen kan worden. Vervuiling kan verschillende oorzaken hebben, zoals: 1. Inbreng van vuil bij montage van nieuwe systemen. (Bij het onzorgvuldig assembleren van onderdelen kunnen veel kleine onreinheden in het systeem terechtkomen.) 2. De systemen die in bedrijf zijn, genereren zelf een basisslijtage. (De kwaliteit van de vloeistof neemt steeds sneller af per tijdseenheid. Door goede filtering is deze kwaliteits-afname te stoppen.) 3. Het verouderen van de olie. (Kleine onreinheden werken een versnelling van oxidatie en aftakeling van de vloeistof in de hand.) 4. Inbreng van vervuiling tijdens bedrijf. (Een vervuiling van buiten kan binnenkomen langs de lagers, de vuldoppen van het reservoir of de filters.) Verder is er nog vervuiling als gevolg van: - onderhoud tijdens bedrijf, - het onzorgvuldig spoelen, - het onzorgvuldig bijvullen van nieuwe (onreine) olie, - slecht afgedichte afsluitingen. - slecht functionerende luchtfilters Het onderzoek De aangeboden oliemonsters worden meestal eerst gecontroleerd op reinheid. Vervolgens filtreert men het oliemonster op een membraan met een fijnheid van 0,8 µm. De verontreinigingen die achterblijven op het membraan, worden met behulp van een microscoop geanalyseerd. Vervolgens maakt men een rapport waarbij de samenstelling van de deeltjes, de hoeveelheid en hun grootte wordt aangegeven. Op grond van de waarnemingen wordt de ISO-klasse van de vloeistof vastgesteld en wordt het membraan en een foto van de vervuiling op het membraan meegestuurd. Op deze wijze krijgt men een beeld van de staat van verontreiniging en kan er een advies worden uitgebracht ten aanzien van de kwaliteit van: - de bemonsterde olie; - de samenwerkende machine-onderdelen. De deeltjes die worden gevonden in het oliemonster kunnen namelijk aangeven welke slijtage zich voordoet. Zie onderstaande tabel. Bestanddeel IJzer / staal Koper Lood / tin Chroom Aluminium Silicium (zand) Nikkel Bron Cilinders, klemmechanisme, tandwielen etc. Bronzen lagers, hoofd- en drijfstanglagers Hoofd- en drijfstanglagers Zuigerveren Cilinders Zuigers en moderne lagermaterialen Werking van de luchtfilters Bepaalde gelegeerde staalsoorten Vloeistofmanagement Pagina 22 ROC van Twente
De olie-analyse wordt ook vaak gebruikt als second opinion naast bijvoorbeeld trillingsmetingen. Een storingsvermoeden kan op deze manier worden bevestigd. Ernstige verontreinigingen Vloeistofmanagement Pagina 23 ROC van Twente
Hoofdstuk 8 Diagnostisch bepalen v.d. levensduur van olie Voor de Amerikaanse luchtmacht werd een eenvoudige methode ontwikkeld om de resterende levensduur van olie te bepalen. Men wilde dat speciaal weten voor militaire straaljagers die olie gebruikten in de turbojet-aandrijving en landingsgestellen. Deze methode is nu beschikbaar voor industriële doeleinden. Momenteel is er apparatuur op de markt die deze technologie op een betrouwbare manier bij oliecontrole uitvoert. De gegevens geven een duidelijk inzicht in hoe het is gesteld met de kwaliteit en het kwaliteitsverloop van de olie. Gebruikers van synthetische en minerale oliën, van vetten of van industriële vloeistoffen, kunnen nu op snelle wijze de resterende levensduur van de vloeistof bepalen. De test is toepasbaar op elk type olie, zolang deze tenminste een soort anti-oxidant bevat. Men meet het gehalte aan oxidatie-producten in olie op basis van koolwaterstoffen en van esters. Dit gehalte wordt in een getal uitgedrukt. Hoe meer oxidatie-producten, hoe meer de dope anti-oxidant is opgebruikt. De waarde van het verkregen getal van de gemeten olie moet worden vergeleken met de waarde van een vers en rein oliemonster met dezelfde specificatie. Door het verloop van dit getal in de gaten te houden, kan men beslissingen nemen wanneer een snelle achteruitgang van de kwaliteit van de oliemassa wordt verwacht. Met deze metingen kan men resterende gehaltes aan anti-oxidanten vaststellen: bij nieuwe leveringen, bij voorraden in opslagtanks, bij in gebruik zijnde systeemolie. Met de verkregen meetresultaten kan men: 1. een trend uitzetten en op deze wijze de intervallen bepalen voor olie- verversing, 2. de tijdstippen van olie verversen beter plannen, 3. de intervallen van verversen van olie vergroten als tijdig anti-oxidanten kunnen worden toegevoegd. Men kan beslissingen nemen t.a.v.: het moment van oliewisseling, de toevoeging van additieven, het vaststellen van kritische niveaus per machine, het vaststellen van normpatronen voor specifieke gelijksoortige machines. Vloeistofmanagement Pagina 24 ROC van Twente
Toepassingsmogelijkheden. Het meten van de resterende levensduur kan bij vrijwel elke oliesoort worden toegepast. De uitvoering van de tests verschilt alleen in het gebruik van de verschillende testoplossinge Zo zijn er testoplossingen gebruikt voor: oliën en vetten voor gasturbines in vliegtuigen, industriële smeermiddelen, hydraulische, transmissie-oliën, compressoroliën en vetten voor overbrengingen, verbrandingsmotoren zoals diesel-, benzine-, gas- en scheepsmotoren, industriële stoomturbines, industriële gasturbines en hydraulische pompen. Betekenis Antioxidant Concentration: toont de hoeveel anti-oxidant er nog aanwezig en werkzaam is. Naarmate het gehalte afneemt, zal de olie verder geoxideerd (afgetakeld) zijn. Total Acid Number (TAN): toont aan hoe ver de olie is verzuurd en in conditie achteruit gegaan. Viscosity: een toenemende viscositeit (dikvloeibaarheid) toont de n aftakeling van de olie. Iron: toont het ijzergehalte in de olie en geeft hiermee een indicatie over slijtage. Vloeistofmanagement Pagina 25 ROC van Twente
Hoofdstuk 9 Onderhoudsprocedures m.b.t. oliegebruik Het beheer / onderhoud van vloeistoffen, neemt in het totale onderhoudsbeheer van machines en technische installaties een belangrijke plaats in. Om de kwaliteit van de vloeistoffen zo goed mogelijk in de hand te houden, is het nodig om volgens vaste procedures en regels te werken. (Checklist) Procedure / regels: Zorg dat het benodigde machine-onderhoud in een zo schoon mogelijke omgeving en op een zo schoon mogelijke wijze plaatsvindt. Dicht de uiteinden van pijpleidingen tijdens het onderhoud af om restlekkage te voorkomen. Reinig onderdelen en pijpleidingen vooraf en niet op de montageplaats. Controleer of de juiste filters / soort en kwaliteit worden aangebracht. Neem een type niet zomaar klakkeloos over, maar ga steeds na of de gebruikte filters hun werk goed en lang genoeg gedaan hebben. Draag er zorg voor dat de ontluchtingsunits en de vulopeningen op de juiste plaats worden gemonteerd. Zorg voor een droge, correcte olieopslag, met duidelijke aanduiding op de opslag wat de inhoud van de opslag is en de vuldatum. Zorg voor steeds tijdige water-aftap. Breng de afsluitdoppen na gebruik correct aan. Om verantwoorde afvalverwerking mogelijk te maken is het goed dat op de afval-protocollen wordt aangegeven om welk materiaal het gaat. Zorg ervoor dat steeds de juiste spoelvloeistof wordt gebruikt. Zorg voor duidelijke aanduiding op de vloeistofcontainers. Kijk of er geen water in de vloeistof aanwezig is, vooral na lange stilstand. Controle van vloeistofsystemen moet deel uitmaken van het onderhoud. Correcte filtercontrole, oliemonstername, reiniging, ed. kan een bijdrage leveren aan een vermindering van het totale onderhoud. Vloeistofmanagement Pagina 26 ROC van Twente
Hoofdstuk 10 Samenvatting / afsluitende opmerkingen: onderhoud van vloeistoffen was tot voor kort een nog onbekend en verwaarloosd gebied. olieproducenten hebben geen belang bij vloeistofmanagement. Het initiatief is ontstaan bij machinebouwers en grootverbruikers van systeemvloeistoffen. uitkomsten van analyses geven duidelijk aan hoe het met de conditie van de vloeistof of machine is gesteld. kwaliteit van olie is af te lezen aan de aftakeling van anti-oxidanten (ofwel aanwezigheid van oxidatie-producten) kwaliteit van de machine is af te lezen aan soort (bron) en hoeveelheid van slijtagedeeltjes. met de uitkomsten kan men doelgericht actie ondernemen om de vloeistof of de machine in conditie te houden. de tijd, dat grote hoeveelheden olie na een bepaalde gebruiksduur wordt vernietigd (G.A.O.), ligt achter ons. op de eerste plaats is de reinheid (het schoonhouden) van vloeistoffen een zeer belangrijk uitgangspunt bij het vloeistofmanagement. kennis van opbouw, werking, prestaties en correcte plaatsing van filters in systemen is noodzakelijk. door de verbetering en vernieuwing van analyse-apparatuur is het ook voor kleinere olieverbruikers uiterst aantrekkelijk om met deze ontwikkeling mee te gaan. Vloeistofmanagement Pagina 27 ROC van Twente
Bijlage 1 Additieven in olie Detergenten / reinigingsmiddelen Hebben twee belangrijke functies: 1. Het neutraliseren van de zuurgraad van de oxidatieproducten die ontstaan t.g.v. te hoge temperaturen. 2. Het in oplossing houden van oxidatieproducten (slijk) totdat het door het filter wordt onderschept. Het total base number (TBN) van het reinigingsmiddel geeft aan hoe goed de zuurgraad wordt geneutraliseerd. Oplosmiddelen Reduceren de vervuiling bij lage temperatuur. Zowel reinigingsmiddelen als oplosmiddelen hechten zich aan vuildeeltjes en houden deze in oplossing. De vuildeeltjes zijn zo fijn dat ze geen schade aanrichten aan de samenwerkende oppervlakken. Ze worden niet door het filter onderschept, maar worden verwijderd bij een oliewissel. (spoelbeurt + verse, schone olie) Anti-oxidanten Reduceren de oxidatie van de (smerende) basisolie Anti-corrosiemiddelen Beschermen non-ferrometalen door de metaaloppervlakken te bedekken. (scheiden vloeistof en metaal) Anti-roestmiddelen Beschermen ferrometalen (staal en gietijzer) tegen de inwerking van zuurstof. Ook hier worden de metaaloppervlakken bedekt met een beschermende laag. (scheiden vloeistof en metaal) Friction modifiers (wrijvings-verlagers) Verlagen wrijving door zich op metaaloppervlakken te hechten.(o.a. molybdeen-verbindingen). Anti-slijtagemiddelen Vormen, via een chemische reactie) een beschermende lag op het metaaloppervlak. Meestal gaat het om een metaalzeep. Extreme Pressure (EP) middelen Bestrijden het vreten en koudlassen. Deze middelen vormen hiervoor eveneens, via een chemische reactie) een beschermende lag op het metaaloppervlak. Anti-schuimiddelen Onderdrukken schuimvorming. Schuim verlaagt namelijk de smerende werking van olie. Viscosity Index (VI) Improvers (VI-verbeteraars) Bij een hoge viscositeits-index blijft de viscositeit (dunvloeibaarheid) van olie over een groter temperatuurgebied vrij constant. (en hierdoor ook de smerende eigenschappen) De VI-verbeteraar zorgt hiervoor. Pour Point Depressants (vloeipunt-verlagers) Verlagen het vloeipunt van de olie. Hierdoor blijft de olie ook op lagere temperatuur dunvloeibaar. Vloeistofmanagement Pagina 28 ROC van Twente