Гидравлические масла для насосов: свойства и выбор

Введение в гидравлические масла

В процессе стандартизации масел (изучения общих свойств различных типов масел) было выяснено, что масла, предназначенные для паровых турбин, насосов и подшипников, могут также использоваться как универсальные гидравлические рабочие масла. В отличие от турбинных, универсальные рабочие масла имеют более низкую точку текучести и высокую вязкость. Они менее подвержены изменениям вязкости при колебаниях температуры и обладают отличными смазочными, антикоррозийными и деэмульгирующими свойствами.

В последние годы активно используются насосы высокого давления, которым предъявляются повышенные требования по износостойкости. Масла для таких насосов должны быть более устойчивыми к высоким давлением, чем универсальные.

Оборудование с числовым программным управлением работает на основе импульсных сигналов, которые поступают от устройства ЧПУ через гидравлическую систему.

Специальные масла для оборудования с ЧПУ

В гидросистемах оборудования с числовым программным управлением применяются специальные рабочие масла (NUMERICAL CONTROL HYDROLIC OIL).

Важно, чтобы масла этого типа хорошо воспринимали импульсные сигналы. Одним из основных требований к ним является сохранение текучести в широком температурном диапазоне, что подразумевает наличие высокого индекса вязкости с минимальными колебаниями. Другими необходимыми характеристиками являются высокие деэмульгирующие, антикоррозийные и антипенные свойства.

Трудновоспламеняемые масла

В некоторых случаях, чтобы избежать риска возгорания, необходимо использовать трудновоспламеняемые масла с высокими огнестойкими свойствами. Существуют рабочие жидкости на водной основе, в том числе на основе воды, гликоля и растворимых полимеров (40-60 %), а также эмульсии, состоящие из воды и масла.

Эмульсии, в которых доля масла в воде составляет 10-15 %, относятся к типу O/W («масло в воде»), тогда как те, где вода составляет примерно 40 % от масла, классифицируются как W/O («вода в масле»). Трудновоспламеняемые масла должны иметь высокую эмульсионную стойкость, а жидкости на водной основе – антикоррозийные свойства.

Иногда для невоспламеняемых рабочих масел используются синтетические варианты. Однако по таким характеристикам, как стабильность, качество смазки и зависимость вязкости от температуры, они могут уступать нефтяным. Также стоит обратить внимание на их совместимость с материалами уплотнения.

Главная функция гидравлического масла – передача энергии, но функция смазки имеет не меньшее значение.

Критерии выбора гидравлического масла

При выборе и использовании гидравлического масла следует учитывать следующие критерии:

• Сжимаемость
• Вязкость
• Соотношение давления, вязкости и сжимаемости
• Стойкость к окислению (в том числе при контакте с воздухом, повышении давления и температуры)
• Наличие посторонних примесей
• Смазочные свойства
• Антикоррозийные свойства
• Водоотделительная способность
• Совместимость с уплотнительными и прокладочными материалами
• Огнестойкость

Сжимаемость

Обычно рабочие масла не поддаются сжатию, однако изменение объема (примерно на одну стотысячную долю) все же происходит. Коэффициент сжимаемости варьируется в зависимости от химического состава масла, температуры, величины давления и содержания воздушной пены в масле.

Обычно в масле растворено 5-10 % воздуха, что не создает проблем в стандартных условиях. Однако при резких перепадах давления воздух отделяется от масла, образуя воздушную пену. Эта пена, попадая в масло, становится причиной кавитации, снижает КПД масляного давления, а также способствует появлению шума и эрозии. Поэтому важно, чтобы пена была выведена наружу и ликвидирована.

Вязкость

При передаче давления гидравлическое масло также должно выполнять функцию смазки. Для эффективной защиты деталей насосов от износа и прилипших частиц масло должно обладать определенной степенью вязкости и сохранять текучесть при низких температурах. Высокая вязкость негативно сказывается на всасывающей способности насоса, и поэтому в этом случае она неприемлема.

Для различных типов насосов имеются рекомендуемые показатели вязкости гидравлических масел:

• Пластинчатый насос: минимальная вязкость (при высоких температурах) – 20 сСт, желаемая (в обычном рабочем режиме) – 25 сСт, максимальная (при низких температурах) – 400-800 сСт
• Насос с зубчатой передачей: 16-25 сСт; 25-70 сСт; 850 сСт
• Поршневой насос осевого типа: 12 сСт; 20 сСт; 200 сСт
• Поршневой насос радиального типа: 16 сСт; 30 сСт; 500 сСт
• Винтовой насос: 7-25 сСт; 75 сСт; 500-4000 сСт
• Насос с электрогидравлическим двигателем: 17 сСт; 25-40 сСт; 60-120 сСт

Давление, вязкость и сжимаемость

Вязкость смазочных масел изменяется, в первую очередь, из-за температуры, в то время как давление оказывает на нее минимальное влияние. Однако резкие перепады давления могут приводить к значительному увеличению вязкости.

Давление может оказывать следующее влияние на вязкость масла:

• С увеличением давления индекс вязкости (VI) также возрастает
• Чем ниже вязкость масла, тем меньше оно подвержено влиянию перепадов давления
• Масла парафинового ряда менее подвержены влиянию перепадов давления по сравнению с маслами нафтенового ряда

Стойкость к окислению

Рабочее масло циркулирует под высоким давлением, контактируя с воздухом, влагой и металлическими поверхностями, что приводит к его взбалтыванию и нагреву. Это ухудшает свойства масла, увеличивает вязкость и кислотное число, а также приводит к образованию лаковых отложений и нерастворимых шламов. Если смазка не обеспечивает необходимого уровня скольжения трущихся частей насоса и клапанов, это может вызвать их слипание (сварку), забивку фильтров и образование ржавчины на металлических поверхностях.

Обычно окисление смазочного масла является реакцией кислорода и углеводорода. Степень окисления масла варьируется в зависимости от условий взаимодействия с кислородом. В гидравлических системах масло контактирует с теплым воздухом и взбалтывается, кислород и содержащаяся в нем влага воздействуют на металлы, что ускоряет окисление.

Чем выше давление, тем быстрее идет процесс окисления. Однако по сравнению с температурным воздействием давление оказывает гораздо меньшее влияние на окисление. Повышение температуры на 10 градусов увеличивает скорость химических реакций примерно в 2 раза. Следовательно, важно контролировать температуру, используя охладительное оборудование или увеличивая объем масляного бака.

Посторонние примеси

Примеси воды, пыли, грязи и инородных частиц (таких как остатки густой смазки, уплотнительных материалов, краски и др.) ускоряют процесс разложения масла. Вода, содержащаяся в воздухе, при повышении температуры и давлении растворяется в масле и затрудняет его текучесть. Особенно опасна металлическая пыль, образующаяся при трении деталей, так как она в сочетании с водой ускоряет процесс окисления.

Смазочные свойства

С увеличением скорости и мощности современных механизмов к смазочным свойствам масел стали предъявляться более высокие требования.

Качество смазочных свойств рабочего масла в первую очередь оценивается по показателям трения деталей гидравлического насоса.

Для повышения эффективности работы гидравлической установки желательно эксплуатировать ее при низкой температуре, поэтому предпочтительнее выбирать рабочие масла с низким индексом вязкости. Однако такие масла могут иметь недостаточные смазочные свойства, что приводит к трению деталей. Решение этой проблемы заключается в использовании масел с противоизносными добавками.

Антикоррозийные свойства

Образование ржавчины происходит из-за примесей внешней воды и влаги, которая содержится в воздухе. Ржавчина не только наносит ущерб трущимся деталям, но и ускоряет процесс разложения масла. Таким образом, рабочие масла должны обладать свойствами, предотвращающими коррозию. Обычно смазочные масла с высокой степенью очистки имеют эти свойства в недостаточной мере, и им необходимы соответствующие присадки.

Водоотделительная способность

Водоотделительные свойства масел также известны как деэмульгирующие. Вода, попадая в масло с такими свойствами, быстро отделяется от него, поскольку сгустившаяся эмульсия ухудшает смазочные качества масла и способствует образованию ржавчины и коррозии. Водоотделительные свойства масел зависят от степени их очистки и наличия присадок.

В общем, при улучшении противоизносных свойств наблюдается тенденция к снижению водоотделительной способности.

Совместимость с уплотнительными материалами

Уплотнители, прокладки и другие детали, сделанные из резины и каучука, могут при плохой совместимости с маслами увеличиваться в размере или сжиматься, что приводит к утечке масла или попаданию воздуха в систему. Особое внимание следует уделять совместимости резинок с трудновоспламеняемыми рабочими маслами.

Краски также могут по-разному подходить или не подходить к маслам. Низкая совместимость краски может привести к ее растворению в масле, что негативно сказывается на его качестве. Краскостойкие свойства различных типов масел варьируются. Например, с минеральными маслами совместимы эпоксидные, полиуретановые, винилхлоридные и фталевые краски.

Огнестойкость

Масла на водной и синтетической основе могут воспламеняться в зависимости от температуры источника огня, с которым они соприкасаются, условий эксплуатации и количества рабочего масла.

Поскольку масло в процессе работы находится под давлением, любая утечка может привести к аварийной ситуации, поэтому необходимо тщательно следить за его состоянием.

Важно, чтобы масла обладали высокой температурой вспышки и воспламенения.

Разложение масла происходит как естественным путем в процессе работы, так и при загрязнении посторонними частицами. Использование масла с плохими характеристиками существенно снижает его смазочные, противозадирные, водоотделительные и антипенные свойства, а также способствует образованию ржавчины и коррозии.

О необходимости замены гидравлического масла могут свидетельствовать различия в его свойствах. Состояние масла можно определить визуально: по изменению цвета, запаха, прозрачности, наличию осадков, шлаков и накипи. Однако точное определение сроков замены возможно только с помощью анализов. В таблице представлены данные, на основе которых следует производить замену масла.

Нормы замены рабочих масел

Гидравлическое оборудование требует периодического обслуживания, включая промывку и очистку трубопроводов для удаления загрязняющих веществ и осадка. Это может подразумевать частичную или полную разборку трубопроводов во время смены масла или монтажных работ. Для очистки используются специальные промывочные масла.