33-99 רח' מופו, מחוז גולו, ננ징, סין [email protected] | [email protected]
33-99 רח' מופו, מחוז גולו, ננ징, סין [email protected] | [email protected]
בנוסף להעברת אנרגיה, שמן פטראלי ממליך פונקציה קריטית נוספת: שמיון. שתי הפונקציות — העברת אנרגיה ושמיון — מושפעות באופן משמעותי מצמיגות. עובדה זו הופכת את הצמיגות לתכונה החשובה ביותר של שמן הידראולי.
שמיון הוא תהליך המפחית את החיכוך בין שני משטחים הנמצאים במגע זה בזה וזזים יחסית זה לזה.
שמיון היא פונקציה קריטית של שמן הידראולי. ללא שמיון, החיכוך בין חלקים זזים גורם לבלאי מוגזם ויוצר חום. 
חיכוך הוא כוח שמונע תנועה. גם משטחים שנראים חלקים הם קצרים במיקרוסקופ. כאשר שני משטחים חשים זה בזה, הנקודות הגבוהות המיקרוסקופיות נוגעות זו בזו, מתעוותות, מתחברות (מגבות) לרגע וסותרות — הסתירה הזו היא החיכוך. ככל שהמשטח קצוץ יותר, כך גדל הכוח הדרוש להחלקה, ומכאן גם גודל החיכוך שנוצר.
איור 3-1: חיכוך מתרחש כאשר נקודות גבוהות מיקרוסקופיות על שני משטחים נוגעות זו בזו, מגבות לרגע ונפרדות בעת החליקתן של המשטחים.
אם קיימת שכבת שמן בין שני משטחים מתכתיים, נחספת ההגעה הישירה של מתכת למתכת. המשטחים מחליקים על שכבת השמן במקום זה על זה, מה שמביא לצמצום דרמטי של החיכוך.
כל נוזל מסוגל ליצור שכבת שמן, אך חלק מהנוזלים טובים יותר מאחרים. לדוגמה, מים שימשו כנוזל הידראולי הראשון, אך שכבת הנוזל שלהם חלשה ומתקלקלת בקלות. שמן הידראולי מבוסס נפט יוצר שכבת נוזל חזקה הרבה יותר ועמידה יותר.
לחלחוליות יש היכולת של נוזל ליצור סרט שקשה לשבור אותו. היא תלויה ב:
שמן הידראולי פט롤יני מציג חלחוליות מעולה. שפכו אותו על לוח פלדה ותראו שסרט שמן עבה וגדול מכסה את המשטח ונותר שם. שפכו מים על אותו לוח, ויסתכם סרט דק שמתפרק בקלות. שפכו כספית, והיא תתקבץ לכדורים — לכספית כמעט אין הדבקות לפלדה, ולכן חלחוליותה גרועה מאוד.
איור 3-2: השוואה של חלחוליות. חלחוליות טובה דורשת גם סרט טבעי עבה וגם הדבקות חזקה למשטח המתכת. שמן מנצח בשני המבחנים.
צמיגות השמן ההידראולי הנכונה חייבת לאזן בין שתי צרכים: השמן חייב להיות עבה מספיק כדי ליצור סרט טוב, אך עדיין זורם מספיק כדי לזרום בחופשיות. את האיזון הזה נבחן בהמשך.
לשמן יש שתי פונקציות חשובות במערכת הידראולית:
שתי פונקציות אלו — וההשפעה הסופית שלהן על המערכת — מושפעות במידה רבה מצמיגות. נתחיל בהגדרת הצמיגות, ולאחר מכן נבחן את השפעתה על ייצור החום, שימור, שימור דינמי, זרימת פער, ועוד.
כמו כל הנוזלים, שמן הידראולי פט롤יאומי מורכב ממולקולות שמשכו אחת את השנייה. המשיכה המולקולרית בנוזל חזקה בהרבה מאשר בגז, אך חלשה יותר מאשר במעודן (שם המולקולות תפוסות במיקומים קבועים). מכיוון שמולקולות נוזליות יכולות להחליק אחת על השנייה, נוזל מסוגל לזרום באופן רציף.
צמיגות היא תכונה שמונעת את הזרימה של מולקולות נוזל אחת על השנייה — זהו סוג של חיכוך פנימי. נוזל צמיג גבוה (כמו דבש או מלסס) זורם לאט ובהתנגדות גדולה. נוזל צמיג נמוך (כמו מים או שמן לבישול) זורם בקלות.
כאמור לעיל, נוזל מורכב ממולקולות בתנועה מתמדת שמשכו אחת את השנייה. כאשר המולקולות זזות לאט, הכוח המשיכה ביניהן חזק יותר, והתנגדות הזרימה גדולה יותר — הצמיגות גבוהה. כאשר המולקולות זזות מהר (בעת חימום), הכוח המשיכה מחליש, והצמיגות יורדת.
דבש שחור קריר מהמקרר מציג צמיגות גבוהה מאוד — הוא נשפך לאט ובמאמץ. חממו אותו על הכיריים והמולקולות מאיצות, הכוח המשיכה מחליש, הצמיגות יורדת, והוא זורם בקלות דרך embalage (מחסום).
דרך אחת למדידת הצמיגות של שמן היא באמצעות שניות יוניברסליות של סייבולט (SUS, הנקרא גם SSU). היחידות הבינלאומיות הן סנטיסטוקס (cSt). יחידת ה-SUS נקראת על שם ג'ורג' סייבולט, אשר הציע את ויסקומטר סייבולט לבureau of Standards של ארצות הברית בשנת 1919.
שיטה: יוצקים את הנוזל לתוך מיכל ומחממים אותו לטמפרטורת הבדיקה. מוציאים את הסיבוב התחתון ומתחילים סטופר באותו רגע. עוצרים את הסטופר כאשר בדיוק 60 מ"ל של נוזל נוטפים לכלי איסוף. הזמן שחלף בשניות הוא צמיגות ה-SUS בטמפרטורה זו.
דוגמה: אם שמן המחומם ל-100°F (37.7°C) דורש 143 שניות כדי לנטוף, הצמיגות שלו היא 143 SUS @ 100°F (37.7°C). אם אותו שמן, המחומם ל-130°F (54.4°C), דורש 82 שניות: הצמיגות = 82 SUS (17.7 cSt) @ 130°F (54.4°C). הצמיגות תמיד תלויה בטמפרטורה, ולכן יש תמיד לציין הן את הערך והן את הטמפרטורה. הביטוי "150 SUS (32 cSt)" ללא ציון טמפרטורה הוא קיצור ל-150 SUS (32 cSt) @ 100°F (37.7°C).
איור 3-5: ויסקומטר סייבולט. השמן מחומם לטמפרטורה קבועה, ולאחר מכן מודדים את הזמן שבו בדיוק 60 מ"ל נוטפים לכלי האיסוף. הזמן בשניות שווה לצמיגות ה-SUS.
הצמיגות משתנה גם בהתאם ללחץ במערכת. ככל שהלחץ עולה, הצמיגות עולה יחד איתו (כמתואר על ידי העקומה בתמונה). עלייה בלחץ מ-0 עד 3,000 psi (207 בר) יכולה להגביר את הצמיגות של שמן הידראולי תעשייתי טיפוסי בקרוב ל-40%.
תמונה 3-6: הצמיגות עולה עם הלחץ. ב-3,000 psi (207 בר), הצמיגות יכולה להיות גבוהה ב-40% לעומת הצמיגות בלחץ אטמוספירי.
הצמיגות משפיעה ישירות על ייצור החום. שמן בעל צמיגות גבוהה (למשל, 500 SUS / 107.9 cSt) יוצר התנגדות זרימה פנימית גדולה יותר משמן בעל צמיגות נמוכה (למשל, 150 SUS / 32 cSt), מה שמייצר חום רב יותר במערכת.
ברוב המערכות ההידראוליות, טווח הצמיגות העבדית הוא 150–250 SUS (32–53.9 cSt) ב-100°F (37.7°C).
צמיגות היא התנגדות לזרימה, ולכן עלולה להיראות בלתי רצויה. אך יש לה השפעה משמעותית על שמיירה — היא קריטית מאוד ליצירתフィלם שמן איכותי. צמיגות גבוהה יותר פירושה פילם עבה וחזק יותר. עם זאת, השמן חייב גם לזרום בחופשיות, ולכן הצמיגות הנכונה חייבת לאזן בין שני הדרישות הללו.
איור 3-7: עובי פילם השמן משתנה בהתאם לצמיגות. צמיגות גבוהה נותנת פילם עבה יותר, אך מגבירה את התנגדות הזרימה. צמיגות נמוכה מאפשרת זרימה קלה, אך הפילם הדק עלול להתפרק תחת עומס.
היכולת ליצור פילם שמן יציב היא תכונה חשובה של שמן הידראולי נפטאי. אנו מכנים יכולת זו 'שמיריות'. ייתכן שנדמה שחלקים נעים במהירות גבוהה קשה לשמיר בגלל שהמהירות תגרום למחיקת הפילם — אך למעשה, הצמיגות של הנוזל בדרך כלל מונעת זאת.
כאשר בלוק מתכת נייח יושב על משטח מתכת שומני וכוח דוחף אותו, הקצה המוביל של הבלוק מתרומם במעט. השמן מתנגד ליציאה החוצה (בגלל הצמיגות שלו), ונוצר גזע שמנוני תחת הבלוק. הגזע תומך בבלוק בזמן שהוא זז — כמו סירה על המים. כל עוד הלחץ על הבלוק בתנועה נשאר בתוך טווח מסוים, הגזע השמני מונע את המגע הישיר בין המשטחים המתכתיים. זהו שימון דינמי (הידרודינמי).
נוזלים נמוכי צמיגות כמו מים, בתנאי מהירות נמוכה ועומס גבוה, מוצצים בקלות — המגבעה לא יכולה להיווצר באופן מלא והשכבה נשברת בקלות.
כאשר רכיבי המערכת בתנועה, התהליך ההידרודינמי מספק שימון טוב. אך בעת ההפעלה הראשונית, או כאשר הלחץ המניע את הרכיבים הוא יתר, היכולת של השמן ליצור שכבה יציבה (השימנית) הופכת קריטית.
איור 3-8 שיזוף הידרודינמי. כאשר הגוש נע, נוצר מתחם שמן המהווה תמיכה למשתנה ומניע את המשטחים מלפגוע זה בזה במתכת.
הצמיגות משפיעה גם על האופן שבו השמן אוטם את הפערים הדקים בין החלקים הנעים. רכיבי הידראוליקה רבים (משאבות, מנועים, שסתומים) מסתמכים על איטום מתכת-למתכת — אין חתיכות גומי לאטמות בין, למשל, המבוכנה לסדנה שלה במשאבת מבוכנות. קיים רק סרט דק של שמן בפער שבין החלקים.
הפערים בין החלקים הללו פועלים כחורים קבועים — הם מאטמים באופן מתמיד זרימה קטנה של ליחות. הליחות הזו משמשת הן לשיזוף והן לאיטום. ליחות מועטה מדי פירושה שיזוף בלתי מספיק; ליחות גדולה מדי פירושה שאובדן הזרימה במערכת גורם לירידה ביעילות וליצירת חום מיותר.
לסגירה אופטימלית, הפערים צריכים להיות קטנים ככל האפשר — אך לא כל כך קטנים ששמן לא יוכל לרצד, ולא כל כך גדולים שיגרום לדליפה מופרזת. הפער האופטימלי מאוזן בין סגירה וריצוד.
כאשר צמיגות השמן נמוכה מדי (השמן דק מדי), הדליפה דרך הפערים הופכת מופרזת. זה מפחית את הזרימה שמגיעה למפעילים ויוצר חום מיותר. כאשר הצמיגות גבוהה מדי, סרט השמן עדיין נוצר, אך התנגדות הזרימה עולה ויעילות המערכת יורדת.
איור 3-9: השפעת צמיגות נמוכה על דליפה פנימית. עם שמן דק, הדליפה דרך הפערים בין המתכת למתכת גדלה, מה שפוחת את הזרימה שמגיעה למפעיל.
צמיגות שמן הידראולי היא פרמטר חשוב במערכת הידראולית. אולם הצמיגות משתנה עם הטמפרטורה, ולכן אם המערכת אינה יכולה לשמור על טמפרטורת פעולה קבועה, צמיגות השמן חייבת להישאר יחסית יציבה לאורך טווח טמפרטורות הפעולה.
אינדקס הצמיגות (VI) מתאר בכמה הצמיגות משתנה עם הטמפרטורה. היחס משתמש בתרשים הסטנדרטי של ארגון הבדיקה והחומרים האמריקאי (ASTM) לצמיגות-טמפרטורה: כאשר מציבים את הצמיגות של השמן בשתי טמפרטורות שונות על התרשים הזה, התוצאה היא קו ישר. לאחר מכן ניתן לקרוא מהקו את הצמיגות בכל טמפרטורה אחרת (שיטה זו תקפה לשמן בסיס ללא תוספים כימיים; תוספים יכולים להשפיע על היחס הטבעי בין צמיגות לטמפרטורה).
אם מציירים שני עקומים של שמן על אותו תרשים, הקו האופקי יותר הוא זה של השמן בעל אינדקס הצמיגות הגבוה יותר. לדוגמה:
לשמן A יש קו שטוח יותר — כלומר, הצמיגות שלו משתנה פחות עם הטמפרטורה — ולכן לאינדקס הצמיגות שלו ערך גבוה יותר.
כאשר מושג ה-VI (מדד הצמיגות) הוצג לראשונה, הסקאלה נעוצה מ-0 (הגרוע ביותר, הכי רגיש לטמפרטורה) עד 100 (הטוב ביותר, הכי פחות רגיש לטמפרטורה). שיטות עיבוד מודרניות יכולות לייצר שמן עם מדד צמיגות (VI) העולה על 100. במערכות הידראוליות מודרניות דרוש בדרך כלל מדד צמיגות (VI) ≥ 90, אם כי במערכות שפועלות בטמפרטורה יחסית קבועה חשיבותו של מדד הצמיגות (VI) קטנה יותר.
איור 3-10: תרשים ASTM של תלות הצמיגות בטמפרטורה. ככל שהקו אופקי יותר, כך מדד הצמיגות (VI) גבוה יותר — השמן פחות רגיש לשינויי טמפרטורה.
שמן הידראולי פט롤יאומי הוא שמן שמנת טוב למערכות הידראוליות, אך קיים טווח צמיגות שבו הוא פועל בצורה הטובה ביותר. אם צמיגות השמן נמוכה מדי,フィילם השמן יהיה דק מדי (כמים), והרכיבים יסבלו מבלאי. אם הצמיגות גבוהה מדי, השמן לא יוכל לזרום לתוך המיסבים מהר מספיק, והרכיבים יסבלו מחוסר שמן.
רכיבים סיבוביים — משאבות והידראוליות ומוטורים הידראוליים — זקוקים במיוחד שימון טוב של הסיבובים. יצרני המשאבות מציינים את טווח הצמיגות הנדרש למוצרים שלהם. אם רכיבים אלו משומנים כראוי, כל שאר רכיבי המערכת גם כן משומנים באופן מספק.
ברגע שטווח הצמיגות הנדרש ידוע, טווח הטמפרטורות בהפעלה של המערכת קובע איזו שמן הידראולי ספציפי יש לבחור. לדוגמה, אם המערכת דורשת צמיגות בטווח 70–250 SUS (15–54 cSt) וטמפרטורת ההפעלה היא 80–140°F (26.7–60°C), יש לבחור בשמן Y. אם טווח הטמפרטורה הוא 110–170°F (43.3–76.7°C), יש לבחור בשמן Z.
אפילו בסביבות תעשייתיות, הטמפרטורה יכולה לרדת מאוד. כדי להבטיח שהמשאבה תוכל למשוך שמן באופן תקין בעת ההפעלה הראשונית, יצרני המשאבות מציינים את הצמיגות המרבית המותרת להפעלה: בדרך כלל 1,000 SUS (216 cSt) למשאבות פיסטון, ו-7,500 SUS (1,618 cSt) למשאבות לוחיות ולמשאבות גלגל שיניים.
איור 3-11: בחרי דרגת שמן בהתאם לטמפרטורת הפעולה. הרצועה המוצללת מראה את טווח הצמיגות השימושי. בחרי שמן שרצועתו מכסה את טווח טמפרטורת הפעולה שלכם.
תרשים הצמיגות של ASTM אינו מציג את נקודת הזרימה. בטמפרטורות נמוכות מאוד, שמן נפט לא זורם כלל — 결정ים פרפינים דמויי שעווה מתגבשים מתוך השמן ומבлокים את הזרימה. נקודת הזרימה היא הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה שמן הידראולי עדיין מסוגל לזרום, כפי שנמדדת בתנאי מעבדה של ASTM.
במערכת אמיתית, אם הדרישה המקסימלית לצמיגות בעת ההפעלה הראשונית מתקיימת, בדרך כלל אין צורך לבדוק בנפרד את נקודת הזרימה. עם זאת, אם המערכת עלולה לפעול בטמפרטורות נמוכות קיצוניות, נקודת הזרימה של השמן חייבת להיות נמוכה לפחות ב-20°F מהטמפרטורה הנמוכה ביותר הצפויה של הפעולה.
נתוני נקודת הזרימה לכל שמן נתון ניתנים למצוא בגיליון נתוני המוצר שלו.
כשמערכת הידראולית פועלת יום אחרי יום, שמן נפט מושפע מתנאים קשים. מספר בעיות עלולות להתפתח ומשפיעות הן על השמן והן על המערכת: שמייה תחת לחץ גבוה, חמצון השמן, זיהום במים, ספיגת אוויר וזיהום בחלקיקים מוצקים. תוספים כימיים בשמן מטפלים ברוב הבעיות הללו.
חשוב לדעת: תוספים כימיים אינם יכולים לפתור לחלוטין כל בעיה של שמן, ואף שמן אינו יכול להכיל את כל התוספים. לא קיים "שמן על-טבעי" שפותר את כל הבעיות. רבים מהתוספים אינם תואמים זה את זה — ערבוב של שמנים עם חבילות תוספים שונות מספקים שונים עלול ליצור תגובות מזיקות.
שמן הידראולי נפט ידידותי באיכות טובה איננו תמיד שמן שמייה טוב תחת לחץ גבוה. כאשר הלחץ עולה, קל יותר לשבור את מדף השמן בין החלקים הנעים, והסרט הדבק (השמיה) הופך לקритי. תוספים כימיים יכולים לשפר את השמיה תחת לחץ גבוה או את השמיה בגבול.
ישנם שלושה סוגי תוספים נגד חיסול:
שלושת הסוגים אינם יכולים לשמש יחד באותה שמן — הם משרתים מטרות שונות. תוספים לשמנתיות/למניעת חיכוך (WR) מיועדים למערכות בעלות לחץ נמוך (מתחת ל-1,000 psi / 68.97 בר). תוספי עמידות ללחץ קיצוני (EP) מיועדים בעיקר למערכות מעל 3,000 psi (207 בר) או לשמנים לגלגלי שיניים ולמכונות עיבוד מתכת. תוספי עמידות לחיכוך (AW) משרתים את הטווח הבינוני (1,000–3,000 psi / 68.97–207 בר).
כדי לבדוק האם שמן מכיל תוספי עמידות לחיכוך, יש לבחון את שם השמן או להתייעץ בגיליון הנתונים של היצרן. לדוגמה: "Hamony 48 AW" (חברת Gulf Oil Co.) — האותיות "AW" מסמנות עמידות לחיכוך; "Sunvis 816 WR" (חברת Sun Oil Co.) — האותיות "WR" מסמנות הפחתת חיכוך.
רבים מייצרני השמנים המורחבים אינם מציגים במפורש את התכולה בתוספי עמידות לחיכוך בשם המוצר; עבור שמן מסוים, יש תמיד להתייעץ בגיליון הנתונים. אם במערכת מופיעים בעיות חיכוך מהותיות והשמן אינו מכיל תוספי עמידות לחיכוך, מעבר לשמן מסוג AW עלול לסייע — אך קודם לכן יש לאשר כי החיכוך אינו נגרם כתוצאה מזהמה של השמן.
חמצון הוא התגובה הכימית של חומר עם חמצן — תהליך נפוץ. כאשר אתם נושכים תפוח והבשר הופך לחום, זהו חמצון. כדור פלדה של רכב שנגרר וחשוף לאויר מגיב עם החמצן ומעלים. חלק גדול מהעולם, כולל שמן, מתחמצנים בדרך זו.
חמצון של שמן במערכת הידראולית מתרחש בעיקר בשני מקומות: במיכל וביציאת המשאבה. בשניהם יש מגע בין השמן לחמצן, אך תהליך החמצון שונה בכל אחד מהם.
במיכל, הפנים החופשיות של השמן מגיבות עם החמצן באויר. תוצרי התגובה כוללים חומצות חלשות וחומרים דמויי סבון. החומצות מגררות את משטחי הרכיבים ויוצרות כתמים כהים. הסבונים מצפים את משטחי הרכיבים וסותמים את הפתחים הקטנים ביציאות מדידת הלחץ ובעבירות שיזוף.
חום מאיץ את חמצון השמן. כל עלייה של 18–20°F (10–11°C) מעל טמפרטורת המאגר הממוצעת (130°F / 54.4°C) מכפילה בקירוב את קצב החמצון. חלקיקים של ברזל ונחושת, וכן טיפות מים בשמן, גם הם מאיצים את החמצון.
המקום השני שבו שמן נחמצן הוא ביציאת המשאבה. אם קיים דליפת אוויר בקו הhapaka או אם שמן ההחזרה מפריע למאגר וגורם לכך שהכניסה למשאבה תספג בועות אוויר, הבועות הללו מגיעות ליציאת המשאבה בעלת הלחץ הגבוה ומבוססות לפתע (מתמוטטות בעוצמה) תחת לחץ גבוה. תהליך זה יוצר חום מקומי קיצוני. חישובים מראים שאם בועה מתכווץ מקרוב לאפס עד 3,000 psi (207 בר), הטמפרטורה יכולה להגיע ל-2,100°F (1,149°C). בטמפרטורה זו השמן דלוק, ויוצרים פסיפסים דמויי רזין וריח חריף של שריפה.
אם נוצרים מוצרים של חמצון ביציאת המשאבה, הרזין מתפזר בתוך השמן. כאשר הרזין בא במגע עם משטחים חמים (רוטור המשאבה, שסתום הלחיצה, וכו'), הוא מתיישב מהשמן כהצטברות ורניש על המשטחים האלה, מה שגורם לחלקים נעים להתחבר ולתקוע.
הרזין בשמן מתאחד גם עם אבק וחלקיקים ויוצר טחינה, אשר סוגרת פתחים קטנים בשסתומים ובמסננים, ומונעת את פליטת החום דרך קירות המיכל. התפרקות пузыרים ביציאת המשאבה היא סיבה עיקרית לחמצון מהיר של השמן.
איור 3-14: התפרקות пузыרים אוויר ביציאת המשאבה. כאשר пузыרים מכווצים מלחץ נמוך ללחץ גבוה, הטמפרטורות המקומיות עלולות לעלות מעל 2,000°F — מספיק כדי להבעיר את השמן וליצור הצטברויות ורניש.
השוו דגימה של שמן מהמערכת (שהיא אולי מחומצת) לדגימת שמן טרי מהכד, באותה טמפרטורה. שמן טרי מרגיש דביק בברור כשמרחשים אותו בין האגודל לאצבע, ונותר על האצבעות. שמן מחומץ מרגיש כמים — הוא זורם כמו מים, עם דביקות והדבקה לקויות.
שמן שהתחמצן עקב קריסת пузыרים גם ריחו חריף וחריף. אם הדגימה מציגה סימנים לחמצון, שלחו אותה למעבדה לבדיקה. אם אי אפשר לשחזר אותו, נקו את המערכת ומלאו אותה מחדש בשמן טרי.
כל שמן הידראולי מכיל כמות מסוימת של לחות. בכמויות קטנות, המים מתפצלים לטעיפות זעירות ונישאים על ידי השמן. מים ושמן אינם מתערבבים (למעט שמנים מסיסות במים); בכמויות גדולות, המים שוקעים לתחתית המיכל.
אם השמן כבר מכיל חומצות ורזינים שנוצרו כתוצאה מחמצון, הם יאיצו את שימור המים.
השוואת דגימת החשוד לדגימת שמן טרי היא הבדיקה הבסיסית. יש לשים את השמן הטרי בקבוק זכוכית ולהחזיק אותו מול האור — הוא ברור עםفقעות קלות. אם הדגימה מכילה 0.5% מים, היא נראית עננה או ערפילית. ב-1% מים, היא נראית חלבונית.
שיטה נוספת: להתחמם את הדגימה הלחבה/הערפילית — אם היא מתבהרת לאחר זמן מה, סביר שמים היו בה. אם השמן מכיל כמות גדולה של מים, רובם בסופו של דבר ישקעו; הפרדה צנטריפוגלית יכולה להאיץ תהליך זה אם הזמן חשוב.
אם בשמן יש רק כמות קטנה של מים (< 0.5%), והדרישות של המערכת אינן קפדניות במיוחד, ייתכן שלא יהיה צורך להחליפו באופן מיידי. מים בשמן מאיצים את תהליך החמצון ומפחיתים את היכולת השמנתית; המים עצמם בסופו של דבר יתאדו, אך תוצרי החמצון שהיו להם גורם יישארו וימשיכו לפגוע.
איור 3-16: בדיקה ויזואלית לנוכחות מים. כמות המים בשמן ניתנת לשיעור על פי רמת העננות של הדגימה כאשר מחזירים אותה מול האור.
מנקודת מבט של מערכת הידראולית, קורוזיה היא התקפה כימית על שטח הרכיבים שנגרמת על ידי חומצות שנוצרות במהלך חמצון השמן. חלד הוא חמצון של שטחים מבוססי ברזל שנגרם על ידי מים בשמן.
הקורוזיה מפעילה התמוססות של המתכת ומרחיקה אותה — ובכך מקטינה את הגודל והמשקל של רכיבים מדויקים. החלד מוסיף חומר למשטחים ברזליים — ומכפיל את גודלם ומשקלה. כאשר רכיבים מדויקים משתנים בגודלם, יעילותם וביצועיהם נפגעים. לא קורוזיה ולא חלד מתקבלים במערכת הידראולית.
אפילו כמויות זעירות מאוד של מים בשמן יכולות לגרום לחלד על משטחי רכיבים ברזליים. בתנאים טבעיים, השמן לבדו אינו מספק הגנה נגד קורוזיה מספיק טובה, וגם בלתי אפשרי באופן מעשי למנוע לחלוטין את חדירת המים למערכת הידראולית — ולכן רוב שמי הידראוליקה מכילים מחסומים לחידוד, אשר יוצריםフィילם כימי מגן על משטחי המתכת.
האינטראקציה בין האוויר לשמן במיכל גם יוצרת תוצרים של חמצון שבסופו של דבר פוגעים במשטחים ממתכת וממהרים את חמצון השמן הלאחרי. לכן מוסיפים גם מחסומים לחמצון — כימיקלים אלו מפריעים לשרשרת התגובות של החמצון.
חמצון בטמפרטורות גבוהות הנגרם מקריסת пузыרים ביציאת המשאבה אינו ניתן למניעה באמצעות כימיה בלבד; הוא יכול להשתלט רק על ידי הסרת האוויר מהזרימה הנכנסת למשאבה. תוספים נוגדי חמצון ותנור (R&O) הם החבילה הבסיסית של התוספים ברוב שמנת ההידראוליקה התעשייתית. שמן עם תוספים אלו נקראים לעיתים קרובות "שמני R&O". שמני R&O שקופים (ברורים) מדרגה פרמיום הם באיכות הגבוהה ביותר; דרגות נמוכות יותר של שמני טורבינות עשויות עדיין להיות מתאימות לרבים מהיישומים ההידראוליים, ומסומנות כ"R&O מתחת לאיכות טורבינות".
השחזרת השמן למיכל האגירה אמורה לשחרר כל אוויר נלכד מהמערכת. במערכות מסוימות, דליפות האוויר בצד הספיגה הן חמורות, וכאשר השמן המוחזר מתנפץ לתוך המיכל, הוא יוצר שטף — אשר בסופו של דבר גורם לאוויר הנלכד להיספג מחדש לתוך המשאבה, מה שגורם לאי-יציבות המערכת, מאיץ את תהליכי החמצון, יוצר רעשים, ואף עלול לגרום לשפיכה של שמן מהמיכל, מה שיוצר סיכון סביבתי.
הפתרון הטוב ביותר הוא לתקן את הדליפות ולעצב מחדש את מעגל ההחזרה, למשל: באמצעות מחיצה בתוך מיכל האגירה, או באמצעות צינור החזר גדול יותר כדי להפחית את מהירות הכניסה של השמן למיכל. מסיבות כלכליות, פרקטיות או חינוכיות, ניתן להשתמש גם בתוספים כימיים במקום זאת.
תוספים נוגדי קצף מונעים את היווצרות הקצף בשמן. חלקם פועלים על ידי שילוב של בועות קטנות לגדולות יותר שעולות לפני השטח ופוצצות. סוג אחר פועל על ידי הפרעה לשחרור האוויר, מה שמפחית את הקצף אך מגדיל את מספר הבועות הקטנות במערכת. בעת בחירת תוספת נוגדת קצף, ודאו שמבחרים את הסוג המאפשר לאייר לברוח — ולא את הסוג שאוטר יותר אוויר.
בדקו את קצף השמן על ידי לקיחת דגימה מאגר השמן. בדיקה ויזואלית מספקת מידע מהיר האם השמן מכיל אוויר. יש לקחת את הדגימות ככל האפשר קרוב לכניסת המשאבה, כדי שהדגימה תייצג את השמן הנכנס בפועל למערכת.
סימנים נוספים לנוכחות אוויר במערכת: צליל חד ובלתי منتظم המגיע מהמשאבה; ייתכן שהמשאבה תפיק מדי פעם צלילים חזקים של הצלחה, כאילו יורה מישהו בתוך המשאבה. תנועה לא יציבה של הצילינדרים וקריאות לא יציבות במד הלחץ הם גם סימנים לנוכחות אוויר.
איור 3-18: אוויר במערכת ההידראולית. קצף על פני המיכל (משמאל) או רעש מהמשאבה (מימין) מציינים בעיות של ספיגת אוויר.
הבעיה הגדולה ביותר עם שמן הידראולית בשימוש היא זיהום. הזיהומים יכולים להיות מים, אוויר או חלקיקים מוצקים — וחלקיקים מוצקים הם הנפוצים והמזיקים ביותר.
זיהומים מוצקים יכולים לסגור את פתחי שסתומי הבקרה, לגרום לתקיעות של חלקים נעים, להאיץ את ההתעכלות ולקדם את חמצון השמן.
זיהום הוא כל חומר לא מסיס בתוך השמן. הזיהומים נכנסים למערכת בדרכים רבות: במהלך הייצור, האסיפה, האחסון וההובלה של רכיבי המערכת; מהסביבה החיצונית דרך חתימות מוט הצילינדר המבוסמות או דרך פקק הנשיפה של המיכל שנפגע; וממערכת עצמה — חלקים פנימיים מבוסמים מייצרים חלקיקי מתכת באופן מתמיד. הזיהום לעולם לא נפסק.
אף תוספת כימית לא יכולה להסיר זיהומים מהשמן או למנוע את כניסתם. המטרה של תכנון ותחזוקה טובים של המערכת היא למנוע את הכניסה של זיהומים, והסרת הזיהומים מהשמן היא אחריותם של המסננים וצוות התיקון.
העין האנושית אינה יכולה לקבוע באופן אמין את רמת הזיהום. התבוננות בשמן בצלחת זכוכית באור אינו בדיקת זיהום מדויקת — חלקיקים רבים שמזיקים למערכות הידראוליות קטנים מדי כדי להיות נראים לעין. הערכת זיהום מדויקת דורשת ניתוח מעבדתי.
מצביע הסתימה של המסנן במערכת מספק דרך נוספת לבדיקת הזיהום. אם המסנן מתאים לגודל המערכת והמצביע פועל כראוי: מצב של "נקי" אומר שהשמן נקי מספיק למערכת; מצב של "דורש תחזוקה" אומר שהמסנן זקוק לתיקון או להחלפה; אם המצביע מראה שהזרימה עברה סביב המסנן (bypass), השמן מאוד מלוכלך והמסנן זקוק לתחזוקה דחופה.
איור 3-19: מדד מצב המסנן. "נקי" (למעלה): השמן תקין. "נדרשת שירות" (באמצע): יש לבצע שירות או להחליף את הרכיב. "מעקף" (למטה): השמן מזוהם מאוד — יש לבצע שירות באופן דחוף.
כאמור, לשמן הידראולי יש מספר פונקציות במערכת ומכיל תוספים מגוונים לתמיכה בפונקציות אלו. יש להעניק לו תשומת לב מיוחדת בעת אחסון, העברה למיכל האחסון ובמהלך פעולת המערכת כולה.
בזמן האחסון, המפתח הוא לשמור על השמן בתנאים הטובים ביותר האפשריים. זיהום של השמן בכלי האחסון (דרומים) אינו רק מבזבז — אלא עלול גם לספק למערכת שמן מושחת ולפגוע באימונותה.
הדרומים צריכים לאוחסן במקום נקי ויבש. דרומים המאוחסנים בחוץ חייבים להיות מונחים על צדיהם כדי למנוע הצטברות מים על גביהם והחדירה שלהם דרך חותמת הסגירה.
לפני תחילת העברת השמן, נקה את מכסה הדרום, ולאחר מכן הכן את כל הכלים והציוד הדרושים: צינור גמיש, משאבה להעברת שמן, כף ירידה, מסנן למילוי המיכל, וידים נקיות. ודא שהשם המסחרי והצמיגות על הדרום תואמים למה שנדרש. לא כל שמנים הידראוליים מכילים את אותם התוספים, ולכן מומלץ לא לערבב שמנים מספקנים שונים אלא אם הספק מאשר זאת.
לאחר שהשמן נמצא במערכת, יש לשמור עליו ולנטר אותו במרווחי זמן מוגדרים. שימור השמן כולל: מילוי עד לרמה המינימלית (להשתמש באותו שמן או שמן תואם לשמן הקיים), טיפול בדליפות, ושינוי אלמנט המסנן.
החלפת אלמנט המסנן בקביעות היא יתרון גדול מאוד. זיהום הוא מזיקה קיצונית לשמן, מכיוון שהוא מקדם חמצון, במיוחד כאשר חלקיקי הזיהום הם ברזל, עופרת או נחושת. מסננים מסירים את רוב הזיהום מהזרימה, אך אינם מסוגלים לנקות את הזיהום לחלוטין מהמערכת — הם רק שומרים על השמן. אם מדד המסנן מראה אזהרה אך לא מתבצעת תחזוקה מיידית, כמויות גדולות של זיהום לא מסונן עוברים לצד הזרימה התחתון, ומשפיעות על רכיבים; בנוסף, זיהומים שנלכדו באלמנט המלוכלך נשארים בתוך המערכת ו ממשיכים לקדם חמצון.
אלמנטים מסננים מסוג רשת ניתנים לניקוי ושימוש חוזר. רמת הניקיון תלויה בדרגת הדקדקנות בה מבוצעת פעולת הניקוי, ולא בשיטת הניקוי עצמה.
שיטה נפוצה: שימור במנגנון נקי או במים חמים עם סבון, ולאחר מכן ניקוי באמצעות אוויר דחוס. שימוש במברשת רכה (מברשת צבע חדשה) עוזר לנקות את השריג. אסור להשתמש במברשות תיל או בחומרים גסים. לאחר הניקוי, יש להחזיק את הרכיב מול האור ולבדוק אותו — אזורים אפורים או שחורים מצביעים על צורך בניקוי נוסף.
הניקוי באולטרסאונד יקר יותר אך נוח יותר: יש לשים את הרכיב המלוכלך במנקה אולטרסאונד למשך זמן מוגדר, ולאחר מכן להוציאו נקי ומיותר לשימוש חוזר. רכיבי מסננים בעלי דרגת סינון של 40 מיקרון או עדינה יותר חייבים להינקם במנקה אולטרסאונד כדי לשחזר באופן יעיל את משך חייהם הפעלי.
איור 3-20: ניקוי רכיב מסנן שריגי. (שמאל) מנקה אולטרסאונד לרכיבים עדינים. (ימין) החזקת הרכיב הנקי מול האור לבדיקה של אזורים חסומים שנותרו.
מושגים מרכזיים – פרק 3
|
קונספט |
עובדה מרכזית |
השלכה פרקטית |
|
קשיחות |
התנגדות לזרימה; יורדת בחום, עולה בקור/לחץ |
חייבת להישאר בטווח 150–250 SUS (32–54 cSt) ב-100°F עבור רוב המערכות |
|
אינדקס צמיגות (VI) |
כיצד נותרת צמיגות יציבה בטווח הטמפרטורות |
נדרש VI >= 90 למערכות הידראוליות מודרניות |
|
נקודת הזרימה |
הטמפרטורה הנמוכה ביותר שבה השמן עדיין זורם |
חייב להיות נמוך ב-20F לפחות מהטמפרטורה המינימלית להפעלה |
|
フィלם שמן / שמנון |
היכולת ליצור ולשמור על פילם בין המשטחים |
קריטי בעת ההפעלה ובלחצים גבוהים — תוספים אנטי-חיכוך (AW) עוזרים |
|
סוגי תוספים |
WR (שְׁמִנוּת), AW (אנטי-חיכוך), EP (לחץ קיצוני) |
התאם את התוסף לטווח הלחצים; אל תערבב שמנים לא תואמות |
|
חמצון |
השמן מגיב עם חמצן — מייצר חומצות, צבעים וורניש |
להשתמש בשמנים מסוג R&O; לשמור על טמפרטורה נמוכה; להיפטר מفقעות אוויר |
|
זיהום במים |
מעודד חלודה וממהר את תהליך החמצון |
בדיקה ויזואלית: שמן מעורפל = 0.5% מים; שמן חלבוני = 1% מים |
|
תלוש |
חלקיקים מוצקים — הסיבה הראשונה לכשלים הידראוליים |
לשמור על המסננים; לבדוק את המצביע באופן קבוע; להחליף שמן לפי הצורך |
ברוכים הבאים ל-HOVOO, מפעל חותמות סיני. ייצור של חותמות PU, גומי ו-PTFE. החתימות כוללות O-ring, חתימה של פיסטון, חתימה של ציר, חוגי Gray וחתימה של גז.
EN
AR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
ID
LV
SR
SK
VI
HU
MT
TH
TR
FA
MS
GA
CY
IS
KA
UR
LA
TA
MY
