Kuinka pidät voiteluöljyt puhtaina?
Suomalainen sananlasku ”puhtaus on puoli ruokaa” soveltuu erinomaisesti myös öljyjärjestelmiin. Sanonnan merkitys on, että kun pidät itsesi ja ruokasi puhtaana, saat ruuasta enemmän irti. Voitelu- ja hydrauliikkajärjestelmiin tämän soveltaisin siten, että kun pidät järjestelmän puhtaana, saat siitä enemmän irti.
ÖLJYJEN PUHDISTAMINEN on taloudellisesti kannattavaa. Välyksien kokoiset hiukkaset kannattaa suodattaa pois, jotta ne eivät pääse aiheuttamaan komponentteihin pintavaurioita. Oheisesta kuvasta (Kuva 1.) nähdään, että pintavauriot ovat jopa 70 % komponenttien vaurioitumisen syynä.
KUVA 1. KOMPONENTTIEN KESTOIKÄÄN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT
Tehokkain tapa ehkäistä pintavauriot on kiinnittää huomio komponenttien välyksiin ja juuri välyksen kokoisiin hiukkasiin. ISO 4406.2-standardi määrittää puhtausluokan kumulatiivisesti >4, >6 ja >14 hiukkasille,
jotka hyvin osuvat juuri tyypillisimpien komponenttien välyksien kokoluokkaan. Mielenkiintoista onkin, mikä puhtausluokan tulisi olla, jotta optimaalisin kustannuksin saavutetaan pienin komponenttien kuluminen ja siten järjestelmän luotettava toiminta? Tätä kysymystä lähestyn
Kuvasta 2 nähdään, että n. 200 käyttötunnin jälkeen öljyn kaikesta epäpuhtaudesta 25 % on metallia, mikä tarkoittaamuutaman tutkimuksen avulla, joissa selvitetään puhtauden eli toisin sanoen onnistuneen suodatuksen vaikutusta kunnossa pysymiseen.
KUVA 2. KULUMISKETJUREAKTION ETENEMINEN ERI PUHTAUSLUOKILLA
komponenteista kulumisen seurauksena irronnutta metallia. Puhtausluokka on pysynyt tasolla 22/20/18, kun käytössä on ollut 25 μm suodatin. Tämän jälkeen käyttöön on otettu ”välyksiä suojaava” 5 μm suodatin 300 h ajaksi. Tänä aikana öljy on puhdistunut puhtausluokkaan 13/11/09 ja kuluminen pysähtynyt, mikä voidaan todeta kulumismetallin määrän vähentymisestä 0 %:iin.
Kuvan 3 MacPherson käyrästä nähdään kuinka vaihdelaatikon laakereiden kestoikä (pystyakseli) kehittyy eri suodatusasteita (vaaka-akseli) käytettäessä. Testin mukaan laakereiden elinikä kasvaa n. 250 % käytettäessä 3 μm suodatinta 10 μm sijaan.
Taulukosta 1 (seuraavalla sivulla) nähdään, kuinka puhtausluokka vaikuttaa vierintälaakerin kestoikään.
Tästä voidaan tehdä johtopäätös, että öljynpuhtaus voitelujärjestelmissä tulee pitää vähintään puhtausluokassa (17)/14/11. Tämä puhtaustaso saavutetaan helposti, mutta hyvälaatuisella suodatuksella päästään puhtaampaankin tulokseen vuosikustannusten pysyessä kurissa. Taloudellisesti järkevää on käyttää järjestelmää puhtailla öljyillä, samalla kun
TAULUKKO 1. KESTOIKÄKERROIN VIERINTÄLAAKERILLE
patruunakulutus pysyy kurissa, koska puhdas öljy ei tuki suodattimia tarpeettomasti.Siinä verrataan kahta samanlaista laakeria, jotka toimivat eri puhtausluokan öljyillä, esim. 20/17 ja 13/10. Taulukosta havaitaan, että 13/10 puhtausluokan öljyllä voideltu laakeri kestää 4 kertaa pidempään kuin 20/17 puhtausluokan öljyllä voideltu laakeri.
”Vesi on vanhin voitehista”, näinhän se Joukahainen Kalevalassa lausahti. Öljyvoitelujärjestelmiin tätä viisautta ei kannata soveltaa, vaan ensisijaisesti veden pääsy öljyn sekaan pitää estää, poikkeuksena esimerkiksi glykolipohjaiset öljyt (PAG). Voiteluöljyt on kehitetty sietämään enemmän kosteutta kuin hydrauliikkaöljyt, koska paperikoneen
KUVA 3. MACPHERSON KÄYRÄ
kiertovoitelujärjestelmään tulee ajoittain esimerkiksi pesujen yhteydessä vettä.
Kosteuden tiivistyminen vedeksi tapahtuu lämpötilan funktiona siten, että mitä lämpimämpää öljy on, sitä paremmin öljy sitoo kosteutta. Lämpötilan laskiessa kosteus tiivistyy taas vedeksi. Siksi onkin tärkeää, että koneen käyntilämpötilassa öljy pidetään kuivana, jotta vapaata vettä ei pääse muodostumaan öljyjen jäähtyessä. Veden poistamiseen öljystä löytyy useita eri ratkaisuja. Oheisessa taulukossa 2. on lueteltu yleisimmät veden/kosteuden poistomenetelmät.
Ratkaisuja puhtauden kehittämiseen
Tuotantokapasiteetin nostaminen, muuttuneet ympäristöolosuhteet ja muut vastaavat tekijät ovat syitä, jolloin järjestelmän puhtaustasoa pitää parantaa. Öljy voi sisältää liikaa epäpuhtauksia, kuten vettä, silikaa, metallia, kuituja, tai polymeerejä. Siinä voi myös olla jotain muuta luokittelematonta epäpuhtautta, esimerkiksi voiteluaineperäisiä epäpuhtauksia.
Öljyn mikroskopointi laboratoriossa on välttämätön apukeino puhtaustilanteen toteamiseksi. Ensimmäisenä kannattaa tarkastella, saadaanko järjestelmän omaa suodatusta parannettua vastaamaan vaatimuksia. Painevoitelujärjestelmissä tehokkaamman suodatinpatruunan käyttö voi olla jo riittävä toimenpide. Isomman suodattimen vaihtaminen tuo myös apua.
Jos nämä eivät riitä tai eivät ole mahdollisia toteuttaa, lisätään sivukiertosuodatin. Mikäli järjestelmässä ei ole suodatusta lainkaan, kuten useissa roiske- tai uppovoidelluissa vaihdelaatikoissa, sivukiertosuodatus on yleisin vaihtoehto parantaa puhtautta.
Sivukiertosuodatin tulee mitoittaa siten, että siinä on riittävä virtaus puhdistettavaan öljymäärään nähden ja riittävän alhainen alkupainehäviö. Jos järjestelmässä on useita suodattimia, tulee kaikkien suodattimien normaalikohteissa olla saman tiheyksisiä ja saman Beta-arvon suodattimia. Mikäli kiertovoitelujärjestelmän öljymäärä on esimerkiksi 20 m3, pitää sivukiertosuodatuksen olla ainakin 100 l/min, jotta sillä olisi jotain käytännön merkitystä. Tällöin koko öljymäärä kiertää vuorokaudessa n. 7 kertaa suodattimen läpi ja epäpuhtaus saadaan riittävän nopeasti suodattimeen.
Yleispätevää mitoitusta sivukiertosuodatukselle on vaikea antaa, koska tavoitteet ovat erilaisia. Erikoistapauksissa, esimerkiksi submikronista alle 1 mikronin öljyperäistä sakkaa poistettaessa, käytetään usein pientä virtausta jäähdytyksen kanssa, koska silloin suodatettaessa hyödynnetään tiheää suodatinpatruunaa, pontentiaalieroja tai hitausvoimia, tapauksesta riippuen. ”Normaaleja” epäpuhtauksia suodatettaessa sivukiertosuodatus kannattaa tehdä riittävällä virtauksella puhdistettavaan öljymäärään nähden.
Suodattimet ja suodatuksen tehokkuus
Suodattimille on olemassa yli 70 erilaista kuormitus-, yhteensopivuus- ja suorituskykytestiä. Suodattimien testaus luonnollisesti ei ole ilmaista, vaan siitä aiheutuu valmistajalle kuluja. Laadustaan huolehtiva suodatinvalmistaja kuitenkin testaa suodattimet asiaan kuuluvalla tavalla. Käyttäjälle paras suodattimen tehokkuutta kuvaava testi on Multipass-testi ISO 16889:1999. Se kertoo, kuinka hyvin suodatin poistaa epäpuhtauksia vrt. Kuva 4.
KUVA 4. BETA-ARVO KAHDELLE ERI SUODATTIMELLE
Lasikuitupatruuna on tässä suhteessa ylivoimainen verrattuna paperi- tai selluloosapatruunoihin. Paperi- ja selluloosa-patruunoiden Beta-arvo vaihtelee tyypillisesti valmistajasta riippuen välillä 2-75, kun lasikuitupatruunoiden arvot vaihtelevat välillä 55-1000. Suodatusastetta tarkasteltaessa pitää aina tarkistaa, millä Beta-arvolla mikroniarvo on ilmoitettu. Saman suodatinsarjan Beta-arvojen eri mikroniarvoille tulisi olla samoja, jotta suodatusasteen ero olisi käyttäjän kannalta selkeää. Mitä suurempi suodatinpatruunan Beta-arvo on, sitä tehokkaampi suodatinpatruuna on kyseessä.
Kuvassa 4 on kaksi eri suodatinta, jotka molemmat on merkattu 5 mikronin suodattimiksi. Ylempi suodatin suodattaa puolet 5 mikronin hiukkasista, kun alempi suodatin suodattaa 999 hiukkasta tuhannesta. Suodattimen tehossa on siis 500 kertainen ero. Ylemmän suodattimen Beta-arvo on 2 ja alemman 1000.
Puhtaalla öljyllä järjestelmän suodattimien elinikä on pitkä. Jos suodatin tukkeutuu kohtuuttoman usein, syynä voi olla alimitoitettu suodatin, alkava kulumisvaurio tai ulkopuolelta pääsevät epäpuhtaudet kuten vesi tai ilman epäpuhtaudet. Hyvälaatuinen, riittävän alhaisella alkupainehäviöllä mitoitettu suodatin kykenee pitämään öljyn puhtaana yllättävienkin tilanteiden varalta, jolloin ehkäistään vaurioiden syntyminen tai eteneminen.
Suodatin mitoitetaan siten, että ensin valitaan suodatusaste kohteen mukaan ja sitten lasketaan alkupainehäviö.
TAULUKKO 2. YLEISIMMÄT VEDEN-/KOSTEUDEN POISTOMENETELMÄT
Käytännössä haluttu puhtaustavoite saavutetaan usein 7 mikronin Beta-arvolla 1000 olevalla suodatinpatruunalla.
suodattimeen saadaan jopa kaksinkertainen suodatuspinta-ala perinteiseen suodatinpatruunaan verrattuna.Voitelujärjestelmille suositeltava alkupainehäviö tähtilaskostetuille suodatinpatruunoille on 0,2 bar ja kierrelaskostetuille suodatinpatruunoille 0,4 bar. Kierrelaskostetuille suodatinpatruunoille sallitaan 0,4 bar alkupainehäviö, koska rakenteen ansiosta
Joissakin tapauksissa Pall Ultipleat SRT:n pinta-ala voi olla jopa kolminkertainen vastaavaan tarkoitukseen tehtyihin tähtilaskostettuihin suodatinpatruunoihin nähden. Suodatinpatruunan pinta-ala on aina otettava huomioon suodatinta mitoitettaessa, jotta suodatinpatruunan elinikä, puhtaus- ja vuosikustannustavoitteet saavutetaan. Vuosikustannuksia laskettaessa pitää huomioida myös kaikki puhtaan öljyn tuomat säästöt, kuten vähäisemmät komponenttien ja öljyjen vaihtotarpeet, pienemmät korjauskulut ja jopa yllättäviltä tuotantoseisokeilta välttyminen.
