ročník: VI. • 4/2013 • cena 3 €
Renovace ložisek pro železnice
Foto: SKF
Mazaná kluzná ložiska v extrémních pracovních podmínkách
TriboTechnika
Vážení čitatelia,
úvodník aktuálneho vydania časopisu Tribotechnika začneme netradične otázkou. Kde
má železničný vagón diferenciál, t. j. zariadenie, ktoré podobne ako je to v autách, dokáže
v zatáčkach prispôsobiť otáčky vonkajších a vnútorných kolies priemeru zatáčky? Ako je možné, že napriek tomu, že železničné dvojkolie je tuhé, nedochádza v zatáčkach k preklzom, ktoré
by vyvolávali nadmerné opotrebenie koľajnice a kolesa oterom? Pochopiteľne, zainteresovaní
to poznajú. Dôvod je prostý. Je to zásluha špeciálnej geometrie obežnej dráhy kolesa, ktoré
nemá tvar valca, ale komolého kužeľa. Tým sa docieli, že vnútorné koleso sa odvaľuje po menšej dráhe ako vonkajšie. Jednoduché, ale geniálne riešenie. Prečo o tom hovoríme?
Milí priatelia, blíži sa výstava Czech Raildays v Ostrave a Tribotechnika nemôže pri tom chýbať. Spomínaná kontaktná dvojica železničné koleso – koľajnica je totiž typickým tribologickým uzlom. Striedavé kontaktné namáhanie kombinované s klzným trením počas brzdenia
z neho robia jeden z najnáročnejších známych tribologických prípadov. A nie je jediným.
Len samotná lokomotíva predstavuje zložitý mechanizmus s množstvom podobných uzlov.
Nielen motor, prevodovka, spojka, brzdový systém, klzné a valivé ložiská, rôzne skrutkové
spoje, ale trebárs aj výhybky, pomocné a zabezpečovacie zariadenia a mnoho iných konštrukčných jednotiek a systémov v komplexe železničnej dopravy si vyžadujú pozornosť z hľadiska trenia, mazania a opotrebenia. Všade tam je tribológia a samozrejme, jej nerozlučný
supútnik - Tribotechnika. V tomto duchu sme sa snažili pripraviť aj najnovšie číslo tohto populárneho časopisu.
Ani sa to nezdá, ale železničná doprava už existuje zhruba 200 rokov. Najprv to boli
tzv. „koňky“, čiže vlaky ťahané koňmi po koľajniciach (napr. České Budějovice, Bratislava),
a to nielen na povrchu, ale aj pod zemou, v baniach. Od tej doby vôbec nestratila na svojom
význame. Práve naopak. Vďaka technickému pokroku boli kone postupne nahradené parnými, dieslovými a neskôr elektrickými lokomotívami, čím sa podstatne zvýšila rýchlosť ich pohybu. Vyše 200 km/hod. dnes nie je žiadnou raritou a vývoj pokračuje ďalej. Sediac v pohodlí kupé
vlaku IC z Košíc do Prahy s napojeným notebookom na internet, posrkávajúc čerstvú rozvoniavajúcu kávu si pritom len málokto uvedomuje, čo všetko sa za tým skrýva. Akú strastiplnú cestu
musela prejsť za tých zhruba 200 rokov železničná doprava, aby sme sa dostali do takého
štádia. A nás teší, že je to aj zásluhou tribológie a rovnako nás teší, že vás môžme pozvať
na výstavu Czech Raildays, ktorá sa koná v dňoch 18. – 20. 6.2013 v Ostrave, kde sa s vami radi
stretneme.
Jozef Dominik
Časopis TriboTechnika vydáva:
Vydavateľstvo Techpark, o. z.,registrácia vykonaná 22. 10. 2003
pod č. VVS/1–900/90–22538
Redakcia: TechPark, o. z., Pltnícka č. 4, 010 01 Žilina, Slovakia
Tel.: +421 41 500 16 56 – 8, Mobil: 0905 206 227
E–mail: [email protected], [email protected],
www.tribotechnika.sk
Odborný garant: Ing. Jozef Dominik, CSc., e-mail: [email protected]
Šéfredaktorka: Ing. Dana Tretiníková, e-mail: [email protected]
Obchodná riaditeľka: Mgr. Zuzana Augustínová, e-mail: [email protected]
Grafika: Grafické štúdio vydavateľstva TechPark Žilina
Rozširuje: Vlastná distribučná sieť, MEDIA PRINT KAPA Bratislava
ISSN 1338–0524
3
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Náhrada TIGU laserem ve výrobě trubek
Společnosti autorů spolupracují při stavbě linek
pro výrobu podélně svařovaných ocelových trubek
nebo profilů. Laserová technologie svařování má
v této oblasti mnoho výhod, které ekonomicky
i technologicky umožňují převažují nad stávajícími
technologiemi svařování.
strana 16 - 18
Renovace ložisek pro železnice
Renovace ložisek může přispět k výraznému snížení
emisí CO2. Ve srovnání s výrobou nového ložiska se
při renovaci spotřebuje až o 97 % méně energie.
Tento postup, který prodlužuje provozní trvanlivosti
ložisek, zabraňuje předčasné likvidaci mnoha dílů
a zbytečnému spotřebovávání přírodních zdrojů.
Renovace ložiska, které může ještě dlouho pracovat,
dokáže skutečně významně snížit náklady.
strana 18 - 19
Obsah:
Centrum tepelného spracovania ................................................................................................................................... 6, 7
Obrábacie stroje sa predstavia na veľtrhu superlatívov ............................................................................................. 8
Czech Rayldays .......................................................................................................................................................................... 9
Tangenciálne upínané doštičky jedinečné riešenie pre ťažký priemysel ......................................................................................................................... 10
Pramet ....................................................................................................................................................................................... 11
MSV Brno 2013 ................................................................................................................................................................ 12. 13
EDM = Elektroiskrové obrábanie
(Electro Discharge Machining) .................................................................................................................................. 14, 15
Náhrada TIGU laserem ve výrobě trubek ........................................................................................................ 16, 17, 18
Renovace ložisek pro železnice ................................................................................................................................. 18, 19
Výkonná speciální maziva pro spolehlivou železniční dopravu ................................................................... 20, 21
Aplikace plazmových nástřiků kovových a keramických povlaků ................................................................ 22, 23
Typy olejov pre chladiace zariadenia ...................................................................................................................... 24, 25
4
TriboTechnika
Centrum tepelného spracovania
Expanite – špecialista na povrchové tepelné spracovanie nerezových ocelí realizoval spolu s popredným
výrobcom pecí na tepelné spracovanie SECO/WARWICK
širokú škálu zariadení SECO/WARWICK EXPANITE® na
povrchové kalenie a zušľachťovanie nerezových ocelí.
Obidve spolupracujúce firmy otvorili 2. mája 2013
v Dánsku centrum tepelného spracovania.
strana 6 - 7
Možnosti kyselinovej rafinácie pri regenerácii
opotrebovaných olejov
Technologický postup kyselinovej rafinácie bol v minulosti s obľubou používaný na rafináciu olejových destilátov zo spracovania ropy, ako aj opotrebovaných mazacích olejov. Postupne začala byť vytláčaná modernejšími, efektívnejšími a účinnejšími rafinačnými postupmi selektívnej rafinácie chemickými činidlami
a katalytickej hydrogenácie.
strana 26 - 31
Možnosti kyselinovej rafinácie
pri regenerácii opotrebovaných olejov....................................................................................... 26, 27, 28, 29, 30, 31
Mazaná kluzná ložiska v extrémních pracovních podmínkách .................................................................... 32, 33
Bílé otěruvzdorné litiny ............................................................................................................................................... 34, 35
Dynamický olejový systém .................................................................................................................................. 36, 37, 38
Prevencia – cesta k spoľahlivosti ..............................................................................................................................38, 39
Motorová paliva a biopaliva ................................................................................................................................ 40, 41, 42
Aktív galvanizérov ................................................................................................................................................................ 43
Národné fórum údržby 2013 ..................................................................................................................................... 44, 45
Formulace mikrofiltrovatelných
odmašťovacích lázní 2. časť ......................................................................................................................... 46, 47, 48, 49
Aplikácia a optimalizácia plastických mazív .......................................................................................... 50, 51, 52, 53
Nerezové a electroformové SMT planžety .............................................................................................. 54, 55, 56, 57
Ohliadnutie za ........................................................................................................................................................................ 58
5
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Centrum tepelného spracovania
Expanite – špecialista na povrchové tepelné spracovanie nerezových ocelí
realizoval spolu s popredným výrobcom pecí na tepelné spracovanie
SECO/WARWICK širokú škálu zariadení SECO/WARWICK EXPANITE® na
povrchové kalenie a zušľachťovanie nerezových ocelí. Obidve spolupracujúce firmy otvorili 2. mája 2013 v Dánsku centrum tepelného spracovania.
Dve spoločnosti sa rozhodli spojiť
sily, aby predstavili kompletný
výrobný program v aplikačnom
centre a showroom, pretože uplatnenie postupov Expanite v priemysle si vyžaduje sériové testovanie a overovanie základnej výroby.
Firma SECO/WARWICK vyvinula
a vyrobila zariadenie špeciálne
určené na realizáciu týchto procesov a adaptovala ho na viacfunkčné využitie aj pre iné postupy
tepelného spracovania.
Showroom je pre verejnosť otvorený na požiadanie.
Inštalovaný komplex SECO/WARWICK obsahuje vysokoteplotnú
vákuovú pec 15.0VPT-4022/24S
s veľkosťou pracovnej komory
400 x 400 x 600 mm a tlakom
15 bar, vysokotlakové plynové
kaliace zariadenie ako aj nízkoteplotnú horizontálnu retortovú
pec s veľkosťou pracovnej komory
600 x 900 x 600 mm a špeciálny
vyvíjač pracovnej atmosféry so
sofistikovanou kontrolou procesov
Expanite®.
Proces Expanite obsahuje:
Expanite®High-T
Tento vysokoteplotný proces
nitridácie umožňuje prienik dusíka
hlboko do spracovávaného materiálu, čím zvyšuje pevnosť jadra.
Spracovávané súčiastky disponujú
vysokou únosnosťou a protikoróznou odolnosťou.
Expanite®Low-T
Proces nízkoteplotného povrchového kalenia s dvojnásobnou zaka6
lenou vrstvou, obsahujúcou uhlík. Prídavok dusíka
zvyšuje povrchovú tvrdosť, zatiaľ čo uhlík prekleňuje povrchovú vrstvu s mäkším jadrom materiálu.
SuperExpanite®
Kombináciou procesov Expanite® H igh-T
a Expanite® Low-T sa získa doposiaľ nedosiahnuteľ-
ná povrchová tvrdosť súčiastok a súčasne veľmi
vysoká únosnosť. Výsledkom je suprová odolnosť
voči korózii a oteru a dobré únavové vlastnosti.
Novým procesom Expanite je možné spracovávať
v zariadení SuperExpanite® súčiastky rozmerov
do 600 x 600 x 900 mm technológiou Low-T
a 400 x 400 x 600 mm technológiou High-T.
Potenciálni zákazníci môžu kontaktovať Expanite
alebo SECO/WARWICK. Radi urobíme patričné testy.
Centrum nových technológií a zariadení na tepelné
spracovanie nerezových ocelí bolo predstavené
na výstave Stainless Steel 2013 v Brne (Česká
Republika) s prezentáciou, ktorú urobil Thomas
Strabo. Na prezentácii sa zúčastnilo viacero potenciálnych záujemcov, ktorí mali príležitosť poinformovať sa o výhodách a možnostiach uplatnenia
Expanite a SECO/WARWICK v priemysle, medicíne
a na dekoračné účely.
Firmy Expanite® a SECO/WARWICK plánujú 4. októbra 2013 uskutočniť pre vybraných zákazníkov
a ostatných záujemcov seminár o povrchovom spracovaní nerezových ocelí, ktorý sa uskutoční neďaleko Kodane (DK).
Text: Seco Warwick
4/2013
TriboTechnika
Obrábacie stroje sa predstavia
na veľtrhu superlatívov
Na vedúcom svetovom veľtrhu obrábacích strojov EMO Hannover, ktorého
hlavnou témou je „Intelligence in Production“, budú od 16. do 21. septembra
2013 prezentovať svoje produkty, riešenia a služby zo sveta kovov medzinárodní výrobcovia výrobnej techniky.
„Témou “Intelligence in Production“ ukazuje EMO Hannover
odborným návštevníkom z celého
sveta, ako môžu čo najlepšie vyriešiť svoje dnešné a zajtrajšie výzvy
vo výrobe“, uviedol Dr. Wilfried
Schäfer, riaditeľ VDW (Verein
Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken) vo Frankfurte nad
Mohanom, Nemecko – usporiadateľa EMO a ďalej dodal: „EMO je
výkladnou skriňou pre celý svet.
Stretáva sa tu všetko, čo súvisí
s obrábacími strojmi: investori
z rôznych odvetví priemyslu, svetoví lídri trhu vo výrobnej technike, zástupcovia vedy a politici.
Medzinárodní ponúkatelia predstavujú svojim zákazníkom inovácie na špičkovej úrovni. V konečnom dôsledku udáva EMO Hannover rozhodujúce impulzy pre výrobu nasledujúcich rokov“.
Na ostatnom podujatí v roku 2011
vystavovalo na EMO vyše 2 000
firiem (40 percent z Nemecka
8
a 60 percent zo 40 rôznych krajín celého sveta).
Z východnej Európy sa prezentovalo 68 vystavovateľov. „Pre každého výrobcu obrábacích strojov,
ktorý chce robiť medzinárodné obchody, je účasť
na EMO Hannover absolútnou podmienkou.
Užívatelia obrábacích strojov v Hannoveri nájdu
správnu výrobnú techniku a kompetentných
obchodných partnerov. To platí rovnako pre malosériových výrobcov, ako aj pre producentov masových produktov.“ potvrdil Wilfried Schäfer.
Špičkové stretnutie výrobnej techniky
Veľtrh EMO Hannover je podujatie superlatívov, čo
ho robí atraktívnym pre odborných návštevníkov
a aj pre vystavovateľov. Veľkosť podujatia zhruba
na výstavnej ploche 180 000 m², garantuje každému návštevníkovi rozsiahly prehľad v inteligentnej
výrobnej technike z oblastí trieskových a tvárniacich obrábacích strojov, výrobných systémov, presných strojov, meracej techniky, automatizovaných
materiálových tokov, CAx- technológií, techniky
pohonov, riadiacej techniky a príslušenstva.
Striktné plánovanie veľtrhu podľa ťažiskových produktov každému garantuje, že sa môže ľahko orientovať a rýchlo nájde, čo hľadá.
Text: Sylke Becker
Pořádá M-PRESSE plus, s. r. o.
ve spolupráci se společnostmi:
ČD Cargo, a. s.
České dráhy, a. s.
SŽDC
14. ročník mezinárodního veletrhu
drážní techniky, výrobků a služeb
Areál nákladového nádraží
železniční stanice ČD Ostrava hl. n.
Spolupořadateli jsou:
Sdružení pro rozvoj Moravskoslezského kraje
Dopravní podnik Ostrava a. s.
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Institut dopravy
Veletrh je podporován
statutárním městem Ostrava
Hlavní mediální partneři:
Železniční magazín
Railvolution
Program:
- výstava kolejové techniky
- firemní prezentace
- konference
- odborné semináře
- oficiální obchodní setkání
- neformální společenská setkání
Bližší informace:
Tel.: +420 605 983 763
www.railvolution.net/czechraildays
4/2013
TriboTechnika
Tangenciálne upínané doštičky
Jedinečné riešenie pre ťažký priemysel
V odvetviach ťažkého priemyslu, ako je stavba lodí, železničný a energetický priemysel, ale aj pri výrobe veľkorozmerných prevodových súčastí
a iných nadrozmerných komponentov, sa nezaobídeme bez využitia špeciálneho jednoúčelového náradia. Optimalizovaný tvar náradia a nástrojov
je dôležitou prioritou na dosiahnutie vysokej výkonnosti v obrábaní a zníženia
celkových nákladov.
S využitím obrovských skúsenosti
z výroby rezných nástrojov a hlbokého porozumenia obrábacím procesom v ťažkom strojárstve spoločnosť TaeguTec vyvinula „novú“
rodinu špeciálnych tangenciálne
upínaných rezných doštičiek. Tie
spoločne s unikátne navrhnutým
nástrojom ponúkajú zákazníkovi neporovnateľnú výhodu pri
dosiahnutí vysokej produktivity.
Doštičky SNA, CNA, LNA, ako aj
konvexné a konkávne doštičky
SNB prichádzajú na trh v dvoch veľkostiach, v širokej ponuke rádiusov a disponujú neprehliadnuteľnými vylepšeniami, ktoré uľahčujú
rez, zlepšujú odvod triesky a znižujú rezný odpor počas náročných
hrubovacích operácií.
Železničný priemysel
Tangenciálne upnuté rezné doštičky zabezpečujú
optimálne riešenie pri obrábaní vysokouhlíkovej,
vysokomangánovej ocele. Jedinečná obojstranná
geometria prináša značné finančné úspory.
Lodný priemysel
V lodnom priemysle spoločnosť TaeguTec ponúka
nástroje na frézovanie osadení pre ložiskové krúžky
ako aj vysokovýkonné frézy s doštičkami v skrutkovici, špeciálne kotúčove frézy a nástroje na opracovanie rôznych súčastí motora.
Výroba ozubení
Pre hrubovacie a stredné operácie pri výrobe evolventných ozubení rôznych veľkostí odporúčame
naše SNA, CNA a LNA typy doštičiek.
Energetika
Frézovanie drážok na rotore generátora a turbíne si
vyžaduje špeciálne, rozmerné kotúčove frézy osadené doštičkami typu CNA, SNA a LNA.
V železničnom priemysle sa využíva niekoľko typov špeciálnych tvarovych fréz (viď obrázok vyššie).
10
Všeobecné obrábanie rozmerných obrobkov
Na obrábanie rozmerných obrobkov spoločnosť
TaeguTec vyvinula rad špeciálnych fréz osadzovaných doštičkami CNA, SNA, SNB a LNA, ktoré sú na
tieto operácie vhodne navrhnuté.
Ing. Miroslav Vavruš
www.pramet.com
ŽEL
Pram
et To
EZN
ols v
yvíjí
a vyr
ICI R
OZU
MÍM
E
ábí n
ástro
je pr
o ob
rábě
ní že
lezni
čních
kom
pone
nt
Obrábění
železničních dvojkolí
Renovace profilu kolejnice
Reprofilace železničních kol
Obrábění podkladnic
Frézování výhybek
Frézování spřáhel
Pramet Tools, s.r.o., Uničovská 2, 787 53 Šumperk, Česká republika
Telefon: 583 381 111, Fax: 583 215 401, E-mail: [email protected]
4/2013
TriboTechnika
Úspěšné projekty pokračují
Největší průmyslový veletrh ve střední Evropě a tradiční přehlídka nových technologií
předních českých i světových výrobců letos proběhne v termínu od 7. do 11. října.
Pořadatelé věří, že naváže na MSV 2012, který byl největším a nejúspěšnějším strojírenským veletrhem od roku 2008. Zvýrazněným tématem MSV 2013 bude průmyslová automatizace a partnerskou zemí se stane Turecko.
Veletrh pohledem účastníků
Úspěšnost posledního ročníku
MSV potvrzují názory vystavovatelů i významných hostů. V zahajovacím projevu veletrh ocenil ministr
průmyslu a obchodu Martin Kuba:
„Brněnský Mezinárodní strojírenský veletrh pokládám za hlavní
veletržní událost v roce a uvědomuji si jeho regionální i evropskou
dimenzi. Je významnou příležitostí
k představení českých firem a jejich
vyspělých technologií nejen přímým obchodním partnerům, ale
i oficiálním představitelům vlád
zemí, které se této veletržní akce
zúčastní. Podstatné je, že se veletrh
zaměřuje i na rozvíjející se mimoevropské trhy, tedy země východní
Evropy, Asie, Afriky a Latinské
Ameriky, neboť prioritou vlády je
bezesporu diverzifikace českého
exportu.“
MSV Brno 2013
Příležitost představit na své novinky a získat nové zakázky firmy
dostanou ve dnech 7. až 11. října
2013, kdy se na brněnském výstavišti uskuteční již 55. ročník MSV.
Největší průmyslový veletrh ve
střední Evropě přivítá vystavovatele z klíčových oborů od strojírenství a elektrotechniky až po zpracování plastů nebo ekotechniku.
Hlavním tématem bude projekt
Automatizace – prezentace měřící,
řídicí, automatizační a regulační
techniky napříč všemi obory. Téma
bude zviditelněno ve výstavních
pavilonech, doprovodném programu i v soutěži Zlatá medaile MSV.
12
Nově je koncipována prezentace dopravní techniky, se kterou se v minulosti návštěvníci setkávali
nejen na MSV, ale také na specializovaném veletrhu
Transport a Logistika. V termínu od 10. do 14. září
2013 se na brněnském výstavišti poprvé uskuteční
veletržní projekt zaměřený na silniční dopravu,
železniční dopravu a logistiku. Mezinárodní
dopravní veletrh Eurotrans v sobě sloučí obory
z veletrhů Autotec a Transport a Logistika, které tím
pádem již nebudou pokračovat. Součástí MSV však
nadále zůstává obor intralogistika, který navazuje
na prezentace dalších průmyslových výrobců a oslovuje stejnou klientelu. Do vnitropodnikové logistiky
spadají především obory skladování, manipulace
a vnitropodnikové dopravy, které na veletrhu
Transport a Logistika patřily k nejpočetněji zastoupeným. Na MSV tak opět nebudou chybět vystavovatelé dopravních vozíků, jeřábů a zvedacích zařízení, montážních strojů, skladovací techniky nebo
strojů pro průmyslové balení. Již popáté se v rámci
MSV uskuteční projekt Transfer technologií
a inovací, který prezentuje vědecko-výzkumné aktivity vysokých škol a výzkumných center. Technické
univerzity zde nejen ukazují výsledky práce svých
výzkumných týmů, ale především jednají o spolupráci s průmyslovými podniky na projektech.
Turecko vystavuje v Brně
Mezinárodní strojírenský veletrh byl od začátku koncipován jako platforma pro navazování zahraničních obchodních kontaktů a proexportní roli plní
i dnes. Vysoká mezinárodnost je spolu s kvalitní
návštěvnickou strukturou předpokladem k úspěšným obchodním jednáním. Navazování spolupráce
na nových trzích podporuje také projekt Partnerská
země MSV, kterou se v roce 2013 stane Turecko,
země s rychle se rozvíjející ekonomikou.
Vedle Turecka bude zvýšená pozornost věnována
také Slovensku jako nejtradičnějšímu ekonomickému partneru České republiky. MSV vznikal před 55
lety jako československý veletrh a zůstal jím po
celou dobu i po rozdělení Československa.
4/2013
TriboTechnika
EDM = Elektroiskrové obrábanie
(Electro Discharge Machining)
Elektroiskrové obrábanie je nekonvenčný proces obrábania kovov, pretože k odstráneniu
kovovej vrstvy nedochádza pri zábere nástroja, ale sériou kontrolovaných iskrových výbojov. Pri vysokej frekvencii týchto výbojov dochádza medzi elektródou a obrobkom k tečeniu kovu. Elektróda a obrobok nikdy nedochádzajú do priameho kontaktu.
Mikro dierka medzi elektródou
a obrobkom je vyplnená špeciálnou dielektrickou kvapalinou.
V procese elektroerozívneho obrábania dochádza k interakcii troch
foriem energie: elektrickej, termickej a mechanickej. Tento nekonvenčný spôsob obrábania kovov je
založený na princípe, že vodivý
materiál je vytrhávaný sériou elektrických výbojov. Proces pozostáva z 9-tich čiastkových fáz. Každá trvá len niekoľko milisekúnd.
1. Zvyšovanie napätia generuje
elektrické pole v mieste najmenšieho odporu, v praxi najčastejšie
v mieste protichodných výstupkov
drsnosti povrchu.
vytvárajú most. Napätie sa stabilizuje, zatiaľ čo prúd
ostáva na nule. Kvapalina sa čiastočne ionizuje,
vytvárajúc lúč.
3. Izolačný účinok dielektrika končí. Napätie sa
znižuje a prúd začína prúdiť, pričom iniciuje prvý
krok výboja. Vodivosť sa v ionizujúcom kanále zvyšuje a izolačný účinok dosahuje hodnotu nula.
4. Negatívne a kladne nabité častice začínajú
migrovať ku kladnej resp. zápornej elektróde. Tok
prúdu sa zvyšuje, zatiaľ čo napätie sa znižuje.
Rozklad plynov z dielektrika a kovu emituje dym,
ktorý pomocou elektród začína formovať obal
okolo výboja.
2. Záporná elektróda emituje
záporne nabité častice, ktoré
5. Lúč pokračuje v expanzii, prúd a napätie sa stabilizujú. Magnetické pole vzniká núteným obmedzením prúdu lúču stlačením po stranách, čím vzniká zvyšujúci sa tlak a teplota, až kým sa nedosiahne
14
TriboTechnika
správna teplota na vytvorenie plazmového
kanála.
materiál tuhne ako pevná mikrosféra . Extrémne
vysoká teplota môže spôsobiť molekulárne štiepenie kvapaliny, generujúc malé množstvo karbónu a uhľovodíkov. Dielektrikum vytvára opäť
izolačnú vrstvu medzi oboma elektródami.
8. Odparené bubliny implodujú - vzniká tak
dynamická akcia, ktorá má vplyv na projekciu
erodovaného materiálu.
6. Elektrický výboj a teplota dosahujú maximálnu intenzitu. Vysoké teplo vzniknuté v malom
priestore iskrou, determinuje zvýšenie teploty na
elektródach drsnosti ( medzi 4 000 a 12 000 °C),
dosť na roztavenie a odparenie častíc kovu. Pri normálnych podmienkach je cca 10 - 40 % kovu
odstráneného vyparením. Na konci tejto fázy sa
otvára elektrický obvod...
7. Zdroj tepla sa znižuje následkom prerušenia
toku prúdu. V rovnakom čase sa znižuje taktiež
množstvo vodivých častíc. Tlak vzniknutý v plazmovom kanáli klesá až zmizne, účinok kavitácie
prispieva k odtrhnutiu kovu, ako roztavenina aj
výpar, ktorý tuhne znovu v dielektriku v mikrosférovej forme s priemerom 530 m. Odparený kov
okamžite tuhne ako dutinná mikrosféra (známa
ako Cenospheres), zatiaľ čo roztavený kovový
9. Reziduá vzniknuté počas procesu pozostávajú
hlavne z kovových častíc, vytvorených počas erózie z kovu, a karbónu a plynov vzniknutých degradáciou EDM kvapaliny. Cyklus sa ukončuje a vzniká
následný ráz.
Požiadavky na EDM kvapaliny:
·
·
·
·
·
·
·
Vysoká dielektrická izolácia (kV 40/2,5 mm.);
Minimalizovanie výbojovej plochy;
Chladenie nielen obrobku, ale aj elektródy;
Ľahká a plynulá filtrovateľnosť;
Dosiahnutie vysokej ionizačnej rýchlosti;
Mať vodný stupeň viskozity vzhľadom na
požiadavky finálneho opracovania;
Jej viskozita by sa nemala časom meniť: toto
môže byť dosiahnuté len použitím kvapalín
s veľmi malým destilačným rozsahom.
Ing. Radovan Roman
15
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Náhrada TIGU laserem
ve výrobě trubek
Společnosti autorů spolupracují při stavbě linek pro výrobu podélně svařovaných ocelových trubek nebo profilů. Laserová technologie svařování má
v této oblasti mnoho výhod, které ekonomicky i technologicky umožňují převažují nad stávajícími technologiemi svařování.
Typická linka pro výrobu svařovaných trubek se skládá ze série
tvářecích válců „rolen“, pro vytvarování rovného pásu plechu, který
vstupuje do linky z cívky. Uprostřed linky se umisťuje svářecí uzel,
kde je profil přesně pozicován, svarová spára se udržuje ve správné
pozici, někdy se pod svar přivádí
ochranný plyn, provádí se on-line
Podélný svar - trubka austenit AISI 304, tl. stěny 1mm
Rychlost svařování 3m/min; svařovací výkon 2kW
kontrola svaru apod. Někdy následuje vyžíhání svaru pomocí indukce nebo hořáku. Na konci linky se
nachází řezačka, která dělí profily
na předepsanou délku a manipulátor pro jejich skládání. Vyráběné
profily se používají zejména v automobilovém průmyslu, ve stavebnictví i strojírenství. Obvykle se
v těchto výrobních linkách použí16
vá svařování TIGem nebo indukcí. Díky spolupráci
uvedených firem jsou nyní nabízeny linky s laserovým svářením, případně upgrade konvenčních
linek na laserové.
Rychlost svařování
Za nejdůležitější parametr těchto výrobních linek
bývá uváděna rychlost výroby, ta je omezena zejména rychlostí svařování, případně dělení na konci
linky. Pro ilustraci budeme dále uvažovat nejběžnější konfiguraci, tedy spoj natupo a tloušťku
materiálu 1mm. V případě laserového sváření je
dnešními lasery snadno dosažitelná rychlost
10 m/min, což je podstatně více, než u konvenčního
TIGu, ale méně, než u sváření indukcí. Avšak laser
dosahuje těchto rychlostí i u větších tlouštěk
materiálu, i u austenitických ocelí, je to jen otázka
výše investice do výkonu laseru. V současné době
se uvádí do provozu laserová linka s rychlostí přes
20 m/min.
Vnesené teplo a spotřeba energie
Největší technologický rozdíl mezi laserovým
a konvenčním svařováním je v mnohem nižším
vneseném teplu v případě laseru. To je způsobeno
velmi vysokou hustotou dodávaného výkonu a projevuje se mj. úzkým a hlubokým svarem s rychlým
přenosem tepla ze spoje do okolního materiálu.
Výpočtem a realistickým odhadem absorpce energie laseru jsme porovnávali množství dodané
energie do materiálu pro svar vysokopevné oceli
tl. 1 mm. V případě laseru činí přibližně 15 J/cm,
oproti tomu v případě TIGu 60 J/cm a pro MAG 85
J/cm. Tento výpočet je klíčový pro stanovení provozních nákladů (viz dále) a má významnou souvislost s mechanickými vlastnostmi svarového spoje. Ty jsou obvykle výrazně lepší v případě laseru,
ovšem rychlé ochlazování a příliš velká svařovací
rychlost může přinášet nečekané problémy.
TriboTechnika
Mechanické vlastnosti svarového spoje
Každý svarový spoj, ať je vytvořen jakkoli, má tři
základní oblasti – přetavenou oblast, tepelně
ovlivněnou oblast a přechodovou zónu do základního materiálu. Laserové svařování obvykle
vytváří úzké a hluboké svary díky vysokým
rychlostem ochlazování. To je velmi výhodné,
neboť důsledkem jsou nízké deformace svařenců
a nízká degradace základního materiálu. Ovšem
rychlé ochlazování může být problematické,
pokud se svařují oceli s vyšším obsahem uhlíku, zejména pokud je svařenec vystaven cyklickému
namáhání. V tom případě může být tepelně
ovlivněná oblast příliš tvrdá a náchylná ke tvorbě
trhlin.
tak aby byl schopen udržet si správné nastavení po
dlouhou dobu i v podmínkách těžkého průmyslového provozu.
Velkou výhodou může být instalace automatického systému pro on-line kontrolu svaru, který je
schopen sledovat geometrii svaru a stabilitu procesu. Tyto systémy se obvykle nejprve učí, jak probíhá správný, vzorový proces svařování, což zabere určitý čas a vyžaduje zkušenosti. Potom je však
proces pod 100 % on-line kontrolou, což je v automatizovaném provozu často nutnost.
Provozní náklady
Porovnejme si nyní celkové provozní náklady na
jednotku délky svařeného profilu tloušťky 1,5 mm
natupo. Pokud sečteme náklady na energie
a ochranný plyn a ponecháme stranou amortizaci
a náklady na personál, dostáváme typicky:
Tento problém je řešitelný pečlivým vývojem technologie, tedy vhodným laserovým zdrojem, správným nastavením procesních parametrů jako je
průměr ohniska, rychlost atd. V některých případech je třeba použít i předehřev nebo dohřev.
Po odladění technologie je možné laserem
Technologie svařování
svařovat i „problematické“ oceli rychleji a kvalitněji než s jakoukoliv jinou technologií.
Indukční svařování
TIG
Velmi perspektivní je např. svařování vysokopevnostních ocelí pro použití v moderních
konstrukcích „lehkých“ dopravních automobilů i jiných dopravních prostředků. Laserové
svary zachovávají zároveň pevnost i plasticitu
těchto ocelí. Oproti tomu konvenční svary
ničí ve velkém rozsahu mikrostrukturu těchto
ocelí a degradují jejich mechanické vlastnosti
na úroveň obyčejné konstrukční oceli.
Náklady na 100 m
svaru [Kč]
15
Plazmové svařování
40
60
Svařování CO2 laserem
30
Vláknový nebo diodový laser
6
Tab.1. Porovnání provozních nákladů různých metod svařování
Kvalita svarového spoje
Další otázkou je kvalita svaru a její stabilita během
dlouhodobě provozované produkce. Obecně, laserové svary mají vyšší kvalitu, menší deformace,
nižší oxidaci povrchu atd. Rozstřik na vnitřní straně
je obvykle minimální a to i bez použití plynu pro
formování kořene. Vysoká kvalita spoje bývá jedním z hlavních argumentů hovořícím pro výběr
laserové technologie.
Avšak nároky na správné nastavení technologie
a zejména na spolehlivost jsou mnohem vyšší,
neboť proces pracuje mnohem rychleji a ve velmi
malém bodě. Není tedy možné manuálně korigovat proces a reagovat na případné nedokonalosti.
Dodavatel musí dodat systém co nejrobustnější,
Svařování VF indukcí je standardní technologie
při výrobě běžných konstrukčních profilů. Má
nízké provozní náklady zejména díky velmi vysoké
rychlosti svařování, která dosahuje kolem
80 m/min. Na druhou stranu, kvalita svaru je omezená zejména vysokým vneseným teplem.
Problém může být i vysoká energetická náročnost
– je třeba počítat s přívodem energie v řádu stovek
kW a k tomu odpovídající chlazení zdroje.
Sváření TIGem nebo plazmou se používá v aplikacích, kde je kladen důraz na kvalitu svaru, obvykle
u nerezových materiálů. TIG je omezen zejména
rychlostí svařování, zejména u silnějších materiálů. Velký vliv na celkové náklady má spotřeba plynů, zejména pokud je nutná i ochrana kořene.
Z tabulky je patrný rozdíl mezi CO2 lasery
17
4/2013
4/2013
TriboTechnika
a vláknovými nebo diodovými lasery. Ten je způsoben zejména tím, že tyto lasery nepotřebují
„laserový plyn“ a mají zhruba dvojnásobnou elektrickou účinnost. Další výhodou je zhruba dvojnásobná absorpce laserového záření díky jeho 10x
kratší vlnové délce. Z toho vyplývá, že k dosažení
stejné produktivity postačuje mnohem nižší výkon
laseru. Existují však stále aplikace, kde jsou CO2 lasery nepřekonatelné a to zejména díky jejich vynikající kvalitě svazku, neboli možnosti zaostření do
velmi úzkého paprsku.
Závěr
Existuje několik omezení pro výrobce linek i pro
jejich provozovatele – zejména laserová bezpečnost. Obsluha i majitel zařízení musí porozumět
této problematice. Laserový systém je také citlivý
na přesné geometrické nastavení optiky. Nesprávné nebo nestabilní mechanické části mohou
způsobovat kolísání kvality svaru, které se navíc
obtížně zjišťuje.
Renovace
Renovace ložisek může přispět k výraznému snížení emisí CO2. Ve srovnání
s výrobou nového ložiska se při renovaci
spotřebuje až o 97 % méně energie.
Tento postup, který prodlužuje provozní
trvanlivosti ložisek, zabraňuje předčasné
likvidaci mnoha dílů a zbytečnému
spotřebovávání přírodních zdrojů. Renovace ložiska, které může ještě dlouho
pracovat, dokáže skutečně významně
snížit náklady.
Stavba nových výrobních linek je vždy velká investice, proto bývá někdy výhodné přestavět konvenční systém na laserový. Cena laserového zdroje,
změny technologie a výměna svářecího uzlu je
v každém případě mnohem nižší než cena za novou
konvenční linku. Například systém se svářením
TIGem a rychlostí 0,5 m/min lze přestavět na laserové sváření s produktivitou 3 m/min, mnohem vyšší
kvalitou svaru a řádově nižšími provozními náklady.
Tomáš Mužík,
Stanislav Němeček,
TomášAttl
english abstract
Laser welding is today used in many
factories in automotive sector. This article
describes possibilites of laser application
for longitudal welding in production
of tubes or profiles. Conventional
technologies like inductive welding or TIG
welding are complicated in contrast to
laser regarding productivity, limitations
and running costs. Our companies (MATEX
PM and ATTL s.r.o.) are building such
production lines or upgrading from
conventional to laser welding systems.
18
Renovace je v mnoha případech otázkou
spolupráce mezi dodavateli a zákazníky. SKF
k ní může výrazně přispět svými znalostmi
a zkušenostmi v souvisejících oblastech,
jako např. diagnostika, mazání, montáž, bezdemontážní diagnostika, analýza poškození
ložisek a technicko-konzultační služby. Za
více než 100 let se skupina SKF stala nejen synonymem progresívní ložiskové techniky,
TriboTechnika
ložisek pro železnice
ale i předním světovým dodavatelem železničního průmyslu. Současný a budoucí vývoj
navazuje na tyto úspěchy. Zaměřuje se na
utěsněné nápravové ložiskové jednotky
a nápravové skříně navržené podle požadavků
zákazníka, jakož i na mechatronická systémová řešení určená pro měření provozních parametrů a monitorování stavu podvozků. Mazací
systémy zahrnují rovněž řešení pro mazání
okolků kol, které snižuje tření a opotřebení
v místě styku kola a kolejnice. Systém může být
instalován podél trati a zajišťovat mazání kolejnic anebo na vozidle a mazat okolky.
Nabídka služeb a renovací SKF pro železniční průmysl
Široká nabídka služeb železničnímu průmyslu
splňuje specifické nároky zákazníků. Většina
služeb má modulární charakter, a tedy je lze
využít k vypracování konkrétních konstrukčních návrhů nebo řešení modelů údržby.
Služby pro železniční průmysl zahrnují celosvětovou síť výrobních a servisních závodů
s vysoce kvalifikovanými místními aplikačními
a servisními techniky. SKF dále vybudovala globální síť středisek specializovaných na renovace, do níž patří i nový závod SKF Solution
Factory v Katowicích. Zákazníci tedy mohou
využívat výhody, které nabízejí hospodárná
a současně ekologická řešení.
Renovace v zásadě znamená rozebrat ložiska
na jednotlivé díly a díly renovovat. Opotřebované díly může být zapotřebí opravit nebo
vyměnit. Díly, jejichž zhoršující se stav ovlivňuje funkci nebo trvanlivost celého ložiskového
systému, jsou vyměněny, stejně jako náplň
plastického maziva a kontaktní těsnicí systémy. Repasované ložisko nebo jednotka musí
splňovat stejné nároky jako nový výrobek.
Výhody renovace
Renovace ložisek zásadně přispívá k optimalizaci nákladů životního cyklu:
·
·
významné snížení nákladů ve srovnání
s novými nápravovými ložisky
delší provozní trvanlivost
·
·
·
·
·
·
lepší dostupnost, a tedy i snížení skladových zásob
analýza poškození a zkoumání nápravných opatření
lepší provozní vlastnosti dosažené modernizací
zpětné informace o funkci aplikace přispívají ke
zlepšení provozních technických řešení
a technických řešení pro údržbu, která jsou poskytována zákazníkům
nižší dopady na životní prostředí, protože vzniká
menší množství odpadu, je spotřebováno méně
surovin a energie.
Vyhodnocení výhod pro životní prostředí
Nejnovější hodnotící studie zkoumá výhody renovace
nápravových ložiskových jednotek pro životní
prostředí, sleduje efektivní využívání zdrojů, vznik
odpadů a celkový vliv na životní prostředí. Metodika
posuzování životního cyklu (podle ISO 14040) tvoří
rámec pro posouzení dopadů na životní prostředí ve
všech etapách cyklu, tzn. od dobývání surovin přes
jejich zpracování, výrobu, prodej, používání, opravy
a údržbu po likvidaci nebo recyklování.
Studie posuzovala dva odlišné scénáře:
·
scénář 1 – používání pouze nových nápravových
ložisek, a to jen v průběhu definované trvanlivosti
v kilometrech
·
scénář 2 – renovace nápravových ložisek.
Po renovaci jsou ložiska znovu používána až do
1,2 mil. km a zlikvidována po dosažení 3 mil. km.
Výsledky studie nám umožňují ukázat, že ve scénáři
1 se spotřebovává o 62 % více zdrojů než ve scénáři 2.
(V případě jediné renomované nápravové ložiskové
jednotky dosahují úspory energie cca 97 % ve
srovnání s novou jednotkou.)
Text: Miloslav Hloušek
19
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Výkonná speciální maziva
pro spolehlivou železniční dopravu
Maziva hrají rozhodující roli v údržbě železničních celků a dílů. Pro zajištění spolehlivého
fungování vlaků a železniční infrastruktury za všech povětrnostních podmínek musí být
zařízení jako ložiska dvojkolí, trakční motory, brzdy nebo celá železniční infrastruktura udržovány v optimálním stavu. Společnost Klüber Lubrication bude prezentovat svoje komplexní portfolio nových i osvědčených produktů pro železniční průmysl pod heslem
„Speciální maziva - hladký provoz železnic a vlaky budou
všude včas!" na veletrhu Czech Raildays 2013 v Ostravě.
Přehled nově vyvinutých produktů
Nové mazivo na mazání okolků
Klüberrail LEA 62-2000 zajišťuje dobrou ochranu proti
opotřebení kol a kolejnic a přispívá k dobrému průjezdu
dvojkolí oblouky,
čímž se snižuje
hlučnost. Tekuté
plastické mazivo
je vhodné pro použití v automatických rozprašovacích
zařízeních a pokrývá širokou
teplotní oblast použití. Má vynikající přilnavost, čímž je zajištěno, že
zůstane na kolech, a to i při vysokých rychlostech. Je velmi odolné
proti vymývání maziva deštěm.
Základový olej použitý pro produkt Klüberrail LEA 62-2000 je
podle OECD 301 F biologicky
rychle odbouratelný. Toto plastické mazivo tedy pomáhá prodlou20
žit životnost kol a kolejnic a tím přispět k celkovým úsporám nákladů na
údržbu.
Produkt Klüberrail AL 32-3000 je další
novinkou. Při mazání výhybek může mazivo skapávat a dostat se tak do okolního prostředí.
Proto bylo vyvinuto speciální rychle biologicky
odbouratelné mazivo, které zajišťuje nízké
přestavné síly na výhybkách a to i při teplotách až
minus 30 °C. Díky jeho viskozitě lze mazivo aplikovat přenosnými rozprašovacími přístroji nebo štětcem. Je velmi odolné vůči UV záření, tudíž je
zabráněno rychlému zhoustnutí použitého maziva
po dlouhodobém vystavení slunečnímu záření.
Jeho dobrá odolnost proti působení vody
v kombinaci s dobrou ochranou proti korozi
umožňuje značné prodloužení intervalů mezi
údržbami, což je zcela určitě z hlediska úspor na
železnici velmi žádané.
Společnost Klüber Lubrication vyvinula hybridní
plastické mazivo Klübersynth BHP 72-102 speciálně pro ložiska trakčních motorů neustále vystavených teplotám nad 100 °C. V porovnání s běžnými
mazivy tento produkt výrazně prodlužuje intervaly
domazávání. Produkt Klübersynth BHP 72-102
poskytuje vynikající ochranu proti korozi a odolává
působení vody, zajišťuje tak velmi dobrou ochranu
strojních dílů také v korozivním prostředí, při působení silných vibrací a vysokých zatížení. Toto
hybridní plastické mazivo se v praxi velmi dobře
TriboTechnika
osvědčilo a trakční motory mohou být provozovány po statisíce kilometrů bez nutnosti jejich
domazávání, což samozřejmě přispívá k úsporám
nákladů.
Osvědčené produkty
Kromě nového produktu Klübersynth BHP 72-102
provozovatelé mají také k dispozici plně syntetické mazivo pro valivá ložiska ISOFLEX TOPAS L 152,
které se již lety jeho používání osvědčilo právě pro
účinné mazání ložisek trakčních motorů. Produkt
poskytuje vynikající tepelnou odolnost při trvalých teplotách až do cca 100 °C. Plastické mazivo si
zachovává svoji mazací schopnost v ložiskách
trakčních motorů po mnoho let a zůstává poddajné, přičemž je staré plastické mazivo nahrazováno
novým při domazávání. Kombinace plně syntetického základového oleje a speciálního lithného
mýdla jako zpevňovadla umožňuje produkt
ISOFLEX TOPAS L 152 používat při teplotách až do
-50 °C a to s minimálními součiniteli tření, čímž je
zajištěno bezpečné spouštění trakčních motorů.
Produkt Klübersynth GE 4 75 W 90 vyvinutý pro
převodovky železničních vozidel je další z osvědčených maziv společnosti Klüber Lubrication. Jde
o plně syntetický a vysoce výkonný převodový olej
s vysokou protizáděrovou únosností a s vysokou
únosností šedých fleků. Výrazná stabilita základového oleje proti střihu zajišťuje film maziva i při
vysokých zatíženích, což je velmi důležité pro
ochranu ozubení a valivých ložisek. Vedle dobré
ochrany proti korozi a opotřebení má olej vynikající vlastnosti za nízkých teplot, je stabilní proti oxidaci a stárnutí, což vede k výrazně méně častým
výměnám oleje. To tedy umožňuje realizovat delší
servisní intervaly a náklady na údržbu jsou tak nižší. Produkt Klübersynth GE 4 75 W 90 lze použít pro
mazání čelních, kuželových a hypoidních převo-
dů, zejména s požadavky API GL4 nebo API GL5,
a je schválen několika světovými výrobci převodovek jako např. IG Watteeuw, Voith Turbo, Siemens-
Správné mazání okolků
Flender a německým železničním dopravcem
Deutsche Bahn.
Spolehlivé otevírání a zavírání dveří i v zimním
období
Závady při ovládání dveří jsou zejména v zimním
období jednou z nejčastějších příčin zpoždění vlaků. Tudíž pro zajištění bezpečného otevírání a zavírání dveří musí být těsnění dostatečně mazána.
Kromě maziva BARRIERTA L 25 DL, které se již
osvědčilo v mnoha aplikacích, společnost Klüber
Lubrication rozšířila své portfolio také do oblastí
s teplotami nižšími než -25 °C představením produktu BARRIERTA KL 092. Vzhledem k vynikajícím
vlastnostem při nízkých teplotách tento produkt
umožňuje snadné otevírání a zavírání dveří také
při těchto teplotách. Obě maziva neobsahují silikon, a proto je nanášení nátěrů na dveře a jejich
okolí bezproblémové. Kromě toho maziva
BARRIERTA na základě svého chemického složení
poskytují jak velmi dobrou ochranu proti působení vody, tak také vysokou ochranu proti ultrafialovému záření, čímž rovněž přispívají k delší životnosti těsnění dveří.
Ing. Drahomíra Wachtlová Ph.D.
21
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Aplikace plazmových nástřiků
kovových a keramických povlaků
Žárové povlakování metodami rozstřikování roztavených kovových nebo
keramických práškových prekurzorů s jejich následnou kondenzací na nejrůznějších podložkách (i v tomto oboru často používáme pojem substrát)
může být realizováno velkým počtem nejrůznějších technických zařízení.
Povlakovací zařízení, ať již stacionární nebo přenosná, jsou víceméně konstruována pro selektivní,
jednoúčelové a speciální aplikace.
tání, například do teplot 2 000 °C, lze uskutečnit
pomocí spalovacích hořáků, produkujících teplo
chemickou reakcí. Výběr dvojic chemikálií, které
spolu exotermicky reagují, je téměř neomezený, nicméně především z ekonomických důvodů stále
převažují reakce organických paliv s kyslíkem,
především acetylénu, propan butanu, allylénu
a samozřejně reakce kyslíku s vodíkem.
Konkrétní aparatury povlakující na tomto principu
můžeme najít pod mnoha komerčními značkami,
např. Sulzer Metco, Plasmatechnik Markus Colling
GmbH a j. Velmi úspěšná a častá varianta žárového
Obr.1 Jedna z variant aparatury HVOF fy. Sulzer-Chemtech povlakování je známa pod zkratkou HVOF (High
Velocity Oxide Fuel), schéma je zobrazeno na obr.1
a vlastní zařízení na obr. 2.
Vyšších teplot potřebných na roztavení látek
s bodem tání nad 2 000 °C je dosahováno nechemickými metodami, především pomocí elektrického proudu. Nejvyšším konstrukčním stadiem pro
dosažení technicky extrémních teplot jsou generátory plazmatu, které se v konstrukčním uzpůsobení
Obr. 2 Design zařízení podle fy. Sulzer-Chemtech
na tavení prášků a jejich depozici na vhodné substráty obecně nazývají plazmové hořáky. Dělení na
generátory plynem nebo kapalinou stabilizovaného plazmatu bylo vysvětleno dříve. Připomínáme
jen technologický fakt, že generátory vodíkového,
kyslíkového či argonového plazmatu dosahují
teplot maximálně 15 000 K, kdežto generátory
kapalinou stabilizovaného plazmatu produkují
Obr. 3 Plazmový generátor WSP®
plazma o teplotě až 30 000 K. Absolutní špičku
Pro výběr povlakovací metody
v oboru představuje čs. generátor WSP®, vyvinutý
a povlakovacího zařízení je rozhoa provozovaný v Ústavu fyziky plazmatu AVČR
dující, jaký materiál a na jaký subv Praze (obr. 3).
strát má být deponován. RozhoPovlakování pomocí zařízení s generátorem WSP®
dujícím faktorem jsou body tání
má význam především pro depozici látek s absolutobou kontaktních dvojic, protože
ně nejvyššími body tání. Z kovů se jedná o wolfram
výše bodu tání materiálu povlaku
s bodem tání 3 420 °C, keramický materiál s absolutovlivňuje výběr ohřívacího zařízeně nejvyšším bodem tání pak představuje karbid
ní. Substrát či podložku je možno
hafnia (HfC b.t. 3 850 °C). Povlaky a vrstvy z wolfraprogramově chladit.
mu, ZrC, HfC a nebo jejich cermetů W-ZrC (obr. 4)
Ohřev, resp. tavení práškových pre- či W-HfC s obsahem do 30 % HfC byly již ověřeny při
kurzorů s relativně nízkými body
konstrukci trysek raketových motorů. Rovněž pro
22
TriboTechnika
první stěnu fúzního reaktoru ITER v zařízení
S čedičovými povlaky na kovových kontejnerech
Tokamak se uvažuje s wolframovým povlakem,
se uvažuje i v úložištích radioaktivního odpadu.
z důvodů zvýšení tepelné vodivosti pak s kombiPovlaky jsou vysoce korozně odolné, odolávají
nací wolfram-měď. Další povlaky z materiálů s boi radioaktivnímu záření. Otěruvzdorné keramické
dy tání nad 3 000 °C, např. boridy titanu nebo zirpovlaky oxidu hlinitého nebo stabilizovaného
konia (TiB2 b.t. 3 200 °C) lze připravit jednak přímo
oxidu zirkoničitého byly aplikovány na písty
a pouzdra čerpadel abrazivních kapalin (obr. 6), zejz původních sloučenin, ale také tzv. reaktivní plazména při čerpání důlních vod v hornickém
movou depozicí (obr. 5), kdy do proudu plazmatu
průmyslu. Pro kalcinaci vysoce čistého oxidu titajsou přiváděny prášky titanu a karbidu boru, nebo
ničitého byly na ocelových součástech pecí
titanu a nitridu boritého, ať samostatně, nebo
vytvořeny tenké povlaky nebo ochranné vložky
vytvořením směsných či povlakovaných prášků,
z rutilu. Jednoduché schéma zařízení s plazmonapř. prášku B4C povlakovaného titanem metovým generátorem WSP® na vytváření povlaků
dou magnetronové depozice. V plazmatu dojde
nebo
kompaktních balkových materiálů v atmosk vytvoření nové sloučeniny, jejímu roztavení. Násférickém prostředí nebo v prostředí s ochrannou
leduje depozice, která podle teploty předehřátí
atmosférou je znázorněno na obr. 7. Plošnou hussubstrátu může vytvořit povlak s rovnovážným,
totu povlaků nebo tloušťku povlaku, vztaženou na
nebo naopak prudkým ochlazením zafixovaným
1 m2 plochy nástřiku, je možno odhadnout na
nerovnovážným fázovým složením. Vznikají tak
základě jednoduchého vzorce H(mm) = G(kg)/ρ
cermetové povlaky Ti-TiN-TiO2 nebo Ti-TiN-TiB2 s
různým poměrem jednotlivých fází.
Technologicky nejjednodušší při
plazmové depozici aparaturou
WSP® jsou nástřiky povlaků oxidových sloučenin, především oxidu hlinitého, oxidu zirkoničitého stabilizovaného oxidem yttria nebo oxidu
titaničitého. Praktické aplikace jsou
známy např. pod názvem alitování
Obr.5 Struktura povlaku vzniklého
grafitových elektrod, což mělo Obr.4 Struktura povlaku cermetu
W-ZrC
reaktivní depozicí Ti+B4C
význam při ochraně proti oxidaci rozměrných grafitových elektrod obloukových pecí. Např. v Chemických
závodech Sokolov i jinde byly povlakovány elektrody délky nad 2 m
a průměru 20 – 30 cm. Obdobně ve
sklárnách se chrání molybdenové
elektrody v částech nad povrchem
roztavené skloviny keramickým
povlakem, většinou z oxidu zirkonia
nebo zirkonu (křemičitanu zirkoniči- Obr. 6 Korundový povlak pístu a pouz- Obr. 7. Schéma zařízení s plazmotého), popřípadě mullitu, aby již při dra čerpadla abrazivních kapalin
vým generátorem WSP®
960 °C nedocházelo k oxidaci molyb(g/cm3). Do ceny povlaku se pak promítnou nákladenu a sublimaci MoO3 z elektrod. Další využití
dy
na spotřebu elektrické energie a povlakovací
ochranných keramických povlaků ve sklářském
sloučeniny.
V úvahu je nutno vzít i rozptylový kužel
průmyslu je směrováno na ochranu dávkovacích
plazmově deponovaného prášku, jehož vrcholový
plunžrů nebo tvarovek na tažení skleněných truúhel se v závislosti na konstrukčních úpravách apabic. Efektní jsou dekorační nebo protiskluzové
ratury pohybuje kolem 15 °, resp. 0,053 sr.
povlaky např. z čediče (basaltu). Jeho relativně
Ekonomické
je proto povlakování větších ploch,
nízká teplota tání umožnuje připravit povlaky jak
u málo rozměrných substrátů se projeví vysoké
s hrubozrnným povrchem, tak ve formě hladké
ztráty prostřikem mimo povlakovanou plochu.
černé glazury, která byla již ověřena na betonoPetr Pokorný, Vlastimil Brožek
vých tvarovkách hřbitovních staveb a skulptur.
23
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Typy olejov pre chladiace zariadenia
Naftenické ropné oleje
Naftenické ropné oleje sú stále
najvýznamnejšou skupinou olejov
pre kompresory chladiarenských
zariadení pracujúcich s amoniakom ako chladivom, ako i pre
zariadenia pracujúce s halogenovanými chladivami. Ako naftenické
oleje označujeme tiež oleje, ktoré
obsahujú prevažnú časť uhľovodíkov (viac ako 38 %) v naftenické
väzbe X(N). Oleje pre chladiace
kompresory na naftenickej báze
majú spravidla veľmi nízky bod tuhnutia. Oblasti ich použitia zahrňujú
zariadenia pracujúce s amoniakom
(R 717) a halogenovanými chladivami v plne hermetických a polohermetických kompresoroch, pracujúcich pri teplotách odparovania do cca. - 50 °C. Používajú sa tiež
pre mobilné klimatizačné zariadenia, klimatizačné jednotky autobusov a motorových vozidiel.
Parafinické ropné oleje
Ide o hlboko rafinované oleje pre
chladiace kompresory na parafinickej báze s veľmi dobrou viskozitno-teplotnou závislosťou. Ako
ropné oleje na parafinickej báze
označujeme produkty, obsahujúce prevažne uhľovodíky s parafinickou väzbou (menej než 35 %
v naftenickej väzbe). Oleje pre chladiace kompresory na parafinickej
báze sú vzhľadom ku svojej výhodnej viskozitno-teplotnej závislosti
odporúčané prednostne pre turbokompresory. Hranica použitia
24
parafinických a naftenických olejov nie je striktne
stanovená a vhodnosť použitia oleja na mazanie
kompresorov nie je možné odvodiť len z rozdelenia
uhľovodíkov v aromatickej X(A), naftenickej X(N),
prípadne parafinickej X(P) väzbe.
Polosyntetické oleje
Polosyntetické oleje pre chladiace kompresory sú
zmesi tepelne vysoko stabilných alkylbenzénov
a hlboko rafinovaných naftenických ropných olejov.
Podiel alkylbenzénov výrazne zlepšuje tepelné
vlastnosti a rozpustnosť sú odporúčané najmä pre
zariadenia používajúce chladivo R 22 resp.
prechodové chladivá (napr. 401 A/B naftenických
zložiek, polosyntetické oleje, 402 A/B).
Syntetické oleje alkylbenzénové
Syntetické oleje pre chladiace kompresory na báze
chemicky a termicky vysoko stabilných alkylbenzénov, ktoré sa už viac rokov používajú ako
nízkotuhnúce oleje. Alkylbenzény sa stále častejšie
používajú v hermeticky zvarovaných a hermeticky
uzatvorených kompresoroch. Vykazujú veľmi
dobrú rozpustnosť chladiva, sú tepelne vysoko stabilné a pri rozbehu kompresoru majú len nepatrný
sklon k peneniu. Tvorba produktov starnutia oleja je
minimalizovaná, prívod oleje pri nábehu
kompresora je redukovaný. Použitím špeciálnych
prísad proti opotrebovaniu je minimalizované opotrebovanie nových zariadení pri zábehu.
Kompresor bude bezpečne a spoľahlivo chránený
pred opotrebovaním i v oblasti zmiešaného trenia
za extrémnych prevádzkových podmienok.
Alkylbenzény majú veľký význam pri použití prechodových chladív „drop in“ (napr. R 401 A/B, R 402
A/B, zmesi R-22) a chladiva propán/izobután.
Vzhľadom k tomu, že tieto oleje sú len nepatrne
toxické, používajú sa hlavne v tepelných čerpadlách
navrhovaných na ohrev úžitkovej vody.
Syntetické oleje polyolesterové (POE)
Mazivá na báze ropných olejov, alkylbenzénov
alebo polyalfaolefínov, nie sú, prípadne sú len nedostatočne miešateľné s chladivami bez obsahu chlóru (napr. R 134a, R 404a, R 507). Preto boli vyvinuté
oleje pre chladiace kompresory na báze syntetických polyolesterov, ktoré sú miešateľné s halogenovanými chladivami. Tieto oleje vykazujú vynika-
TriboTechnika
júcu tepelnú a chemickú stabilitu. Na základe
montrealského protokolu z roku 1991 došlo
postupne k zákazu používania halogenovaných
chladív v chladiarenských zariadeniach. Od roku
1995 sa v nových zariadeniach môžu používať iba
chladivá bez obsahu halogénov (Cl, F), preto sa
zvýšil význam a spotreba syntetických olejov pre
chladiace kompresory na báze esterov.
Prednosti olejov na báze syntetických polyolesterov
· vynikajúce mazacie vlastnosti,
· vynikajúca rozpustnosť
· bezpečné vracanie oleja z chladnej časti zariadenia, konštantný prenos tepla,
· vysoký viskozitní index, dobrá viskozitnoteplotná závislosť a tým dostatočný mazací
film pri vysokých teplotách,
· veľmi dobrá termická a chemická stabilita i za
prítomnosti chladiva,
· vynikajúca tekutosť pri nízkych teplotách,
· dlhá životnosť olejovej náplne,
· znášanlivosť s bežnými tesniacimi materiálmi,
ako napr. NBR, HNBR a inými.
Polyolesterové oleje sú vhodné pre všetky typy
chladiacích okruhov s chladivami R 134a, R 404
A/B, R 507, prípadne so zmesnými chladivami.
K dispozícii sú oleje príslušných viskozitných tried
pre piestové a skrutkové kompresory používané
v priemyslových chladiarenských zariadeniach, klimatizačných jednotkách, ako i pre chladiacu techniku používanú v domácnostiach. Vždy je nutné
dodržovať viskozitnú triedu oleja podľa predpisu
výrobcu zariadenia.
Polyolesterové oleje nachádzajú uplatnenie tiež
pri použití prírodného chladiva CO2. Vyznačujú sa
vysokou termickou stabilitou a dobrými mazacími
vlastnosťami v atmosfére CO2. Ako všetky estery
môžu aj esterové oleje pri styku s vodou v kompresoroch za prevádzkových podmienok podliehať
hydrolýze. Z tohto dôvodu je nevyhnutné zamedziť, aby esterové oleje pri skladovaní, manipulácii
a počas prevádzky chladiarenského zariadenia,
mohli prijímať vzdušnú vlhkosť a vodu. Nové esterové oleje sú dodávané vysušené a plnené v dusíkovej atmosfére do plynotesných plechových obalov. Maximálny obsah vody je pod 50 ppm.
Syntetické oleje polyglykolové
Polyglykoly sú mimoriadne tepelne stabilné kvapaliny s vysokým VI, výbornými mazacími schopnosťami a nízkymi bodmi tuhnutia. Vzhľadom
k ich polárnemu charakteru sú polyglykoly veľmi
hygroskopické a táto vlastnosť musí byť pri manipulácii s týmto špeciálnym olejom vzatá na zreteľ.
Preto sú oleje pre chladiace kompresory na báze
polyglykolov dodávané hlboko vysušené a plnia
sa do obalov v dusíkovej atmosfére. Polyglykoly
nie sú s mazivami na báze ropných olejov, alkylbenzolov a esterov kompatibilné a miešateľné, prípadne len podmienečne. Toto musí byť zohľadnené pri plnení a údržbe zariadení, kedy je nevyhnutné striktne zamedziť ich zmiešaniu, prípadnej kontaminácii. Pri nedodržaní tohto opatrenia hrozí
nebezpečenstvo korózie a tvorby gélu v kompresore (produkty reakcií medzi ropným olejem,
vodou, polyglykolom a kovom). Syntetické oleje
pre chladiace kompresory na báze polyglykolov sa
používajú pre klimatizační jednotky motorových
vozidiel plnené s chladivom R 134a, s ktorým sú
miešateľné. Ďalšou oblasťou použitia polyglykolov sú priemyselné systémy s NH3, kde vykazujú
veľmi dobrou rozpustnosť s chladivom.
Syntetické oleje polyalfaolefínové
Polyalfaolefíny (PAO) sa vyznačujú veľmi dobrou
chemickou a termickou stabilitou, vynikajúcou viskozitne - teplotnou závislosťou, dobrými mazacími vlastnosťami, nízkymi stratami odparovaním
a dobrou tekutosťou za studena. Sú určené pre
použitie s chladivom Nh3. Vďaka zdravotnej nezávadnosti používaných typov nachádzajú uplatnenie v potravinárskych aplikáciách.
Iné syntetické kvapaliny
V mraziacich zariadeniach pri teplotách odparovania do –120 °C sa v minulosti používali syntetické kvapaliny na báze polyesterov kyseliny kremičitej. Pri nízkych teplotách nachádzali uplatnenie tiež produkty na báze nízkoviskózneho silikónového oleja (polydimetylsiloxany; PDMS). Tieto
však väčšinou už nie sú na trhu k dispozícii.
Nahradili ich nízkoviskózne esterové oleje.
Záver
Vzhľadom k výrazným zmenám v požiadavkách
na chladivá, ku ktorým došlo v uplynulých rokoch
sa veľmi zmenil i sortiment mazacích olejov, ktoré
sa používajú pre chladiace a klimatizačné zariadenia a tepelné čerpadlá. Prejavuje sa to výrazným
príklonom k syntetickým polyolesterovým olejom, ktoré vyhovujú i pre najnáročnejšie aplikácie
používajúce CO2 ako prírodné chladivo.
Miroslav Kačmár
25
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Možnosti kyselinovej rafinácie
pri regenerácii opotrebovaných olejov
Technologický postup kyselinovej rafinácie bol v minulosti s obľubou používaný na rafináciu olejových destilátov zo spracovania ropy, ako aj opotrebovaných mazacích olejov.
Postupne začala byť vytláčaná modernejšími, efektívnejšími a účinnejšími rafinačnými
postupmi selektívnej rafinácie chemickými činidlami a katalytickej hydrogenácie.
Nevýhodou kyselinovej rafinácie v porovnaní s týmito procesmi je tvorba kyselinových
smôl, ktoré sú klasifikované ako nebezpečný odpad. Na druhej strane je kyselinová rafinácia vhodná svojou flexibilitou výkonu a kvality najmä pre nízkokapacitné prevádzky
a v prípade vyriešenia problematiky úpravy a zhodnotenia kyselinových smôl je možné jej
opätovné uplatnenie v procese regenerácie opotrebovaných olejov.
Výber z legislatívy
V zmysle Zákona o odpadoch č.
223/2001 Z.z. je odpadový olej
kategorizovaný ako nebezpečný
odpad a akékoľvek ďalšie nakladanie s ním je umožnené iba v zmysle
zákona.
Časť technológie zhodnocovania odpadových olejov
Držiteľ odpadových olejov je
povinný ich odovzdať len subjektu, ktorý je držiteľom autorizácie
na zhodnocovanie alebo zneškodňovanie olejov. V zmysle dokumentu EP „Waste Framework
Direction“ z júna 2008 pre
manažment a politiku spracovania
olejov bola prijatá 5 kroková
hierarchia podporovaných metód
nakladania s odpadmi:
26
a) prevencia
b) úprava pre opätovné použitie
c) recyklácia
d) energetické zhodnotenie
e) zneškodnenie
Hierarchia uprednostňuje recykláciu (regeneráciu,
materiálové zhodnotenie) pred inými spracovaniami odpadových olejov. Nová rámcová smernica
(2008/98/ES) zachováva povinnosť zabezpečiť zber
odpadových olejov, ale bez uprednostňovania ich
regenerácie zrušením povinnosti držiteľa odpadových olejov prednostne zabezpečiť ich zhodnotenie regeneráciou. Priorita regenerácie je na základe
uvedeného ponechaná na rozhodnutie jednotlivých členských štátov. Vtedy možno obmedziť cezhraničné zásielky odpadových olejov zo svojho územia do spaľovní alebo zariadení na spoluspaľovanie odpadov. Legislatíva SR filozofiu tejto hierarchie prijala.
Situácia na trhu s odpadovými olejmi v SR
Údaje o trhu s opotrebovanými olejmi v SR, ako aj
EÚ nie sú konzistentné, jednotlivé databázy poskytujú rôzne údaje, čo vyplýva z rôznych metodík získavania a spracovania údajov. Nie je ambíciou príspevku prezentovať štatistické údaje, ale poskytnúť
kvalifikovaný odhad o trendoch vývoja trhu s odpadovými olejmi, o spotrebe mazív a potenciáli realizácie základových olejov na báze rerafinovaných
opotrebovaných olejov v rámci SR. Triedenie zberu
minerálnych odpadových olejov na priemyselné
(zväčša svetlé) a automobilové (tmavé) je logisticky
náročné a z dôvodu technologických možností
spracovania neúčelné. Firmy zaoberajúce sa spra-
TriboTechnika
covaním odpadových olejov triedenie neuskutočňujú. Triedenie spočíva len v delení na rastlinné
a minerálne oleje. Spracovanie odpadových olejov rastlinného pôvodu má svoje špecifiká, čo sa
týka spôsobu a účelu a v technologických zariadeniach na spracovanie odpadových olejov minerálneho pôvodu sú nežiadúce.
Vychádzal som z očakávaní spotreby mazacích olejov v SR na úrovni 45 - 50 kt/rok, potenciálu zberu
bezvodých minerálnych odpadových olejov vhodných na regeneráciu v SR 15 -20 kt/rok a potenciálu predaja olejových rafinátov na báze regenerovaných olejov v SR a ČR 2 000 t/rok.
jov využívajú existujúce nevyužité rafinačné kapacity, sklady a infraštruktúru. Firmy špecializované
na spracovanie odpadových olejov používajú špecializované technológie na tieto účely.
Účel použitia výstupov: Výstupy zo spracovania
odpadových olejov môžu byť zamerané na výrobu
olejov na energetické účely, prípadne na výrobu
základových olejov.
Typ odpadového oleja: V závislosti od pôvodu
odpadového oleja môže byť olej priezračný,
svetlej farby (transformátorové, turbínové, hydraulické oleje), alebo nepriezračný, tmavej farby
(hlavne automobilové oleje). Pomer vyzbieraných
odpadových automobilových olejov k vyzbieraným odpadovým priemyselným olejom je cca
74:26, čo podľa inej metodiky zodpovedá pomeru
vyzbieraných tmavých ku svetlým opotrebovaným olejom cca 77:23 . Niektoré technológie môžu
byť zamerané výlučne na spracovanie svetlých olejov (rafinácia kyselinou sírovou), moderné technológie spracúvajú zmesi svetlých odpadových olejov s tmavými.
Potenciál vyprodukovaného množstva odpadových olejov v akčnom rádiu firmy: Závisí od
vyspelosti ekonomiky štátu a jeho veľkosti, zavedenej legislatívy a praxe v zbieraní odpadových
olejov. Vo vyspelých ekonomikách Európy sa spätne vyzbiera 30-50 % odpadových mazacích olejov
uvedených na trh.
Spracovanie odpadových olejov má svoje
špecifiká vyplývajúce z ich zloženia. Splodiny oxidácie a teplotného namáhania oleja, kaly, karbón
a jemne rozptýlené častice, ako aj kontaminanty
(brzdová kvapalina, chladiace zmesi, estery z dieselového paliva) pevne viažu zvýšený obsah vody
v oleji, ktorú je nevyhnutné spolu s uvedenými kontaminantmi pred ďalším spracovaním z oleja
odstrániť. Vo svete existuje množstvo patentovaných procesov a technológií zameraných na spracovanie opotrebovaných olejov.
V závislosti od hĺbky spracovania opotrebovaného
oleja možno tieto procesy rozdeliť na sekvencie.
Prvým krokom sú procesy zamerané na odstránenie vody a mechanických nečistôt kombináciou
sedimentácie pri zvýšenej teplote a filtrácie
(odstreďovania). Následným procesom je sušenie
oleja na obsah vody pod 0,1 %. V rámci tohto procesu dochádza aj k odstráneniu prchavých uhľovodíkov z oleja. Na tieto procesy nadväzujú procesy zamerané na frakcionáciu vysušených odpadových olejov pri relatívne nízkych teplotách a hlbokom vákuu, termické, príp. propánové odasfaltovanie. Ďalším stupňom úpravy môžu byť rafinačné
procesy (rafinácia chemickými činidlami, katalytická hydrogenačná rafinácia) a následná finalizácia kontaktovaním s rafinačnou hlinkou. Poradie
jednotlivých sekvencií sa môže meniť. Čo sa týka
kapacity spracovania, výrobné kapacity takýchto
zariadení v Európe sa pohybujú od 20 000 do
230 000 t/rok.
Dostupnosť technologického vybavenia:
Rafinérie minerálnych olejov z ropy, ktoré majú vo
svojom portfóliu aj spracovanie odpadových ole-
Spracovanie odpadových olejov KONZEKO
KONZEKO, spol. s r. o. Markušovce je firma s dlhoročnou tradíciou spracovania odpadových olejov
Technológia spracovania odpadových olejov
na základové oleje
Aj keď opotrebovaný olej stratil schopnosť plniť
svoju funkciu, čo sa týka jeho zloženia je veľmi
podobný pôvodnému oleju. Chemické zmeny,
ktoré nastali v procese expozície oleja v pracovných podmienkach stroja nie sú veľké. To predurčuje opotrebovaný olej ako potenciálny zdroj druhotnej suroviny pre výrobu základových olejov.
Vhodnou voľbou kombinácie efektívnych technologických postupov je možné z opotrebovaného
oleja vyrobiť základové oleje, ktoré svojimi fyzikálno-chemickými vlastnosťami a uhľovodíkovým
zložením zodpovedajú kvalite základových olejov
vyrobených konvenčnými technologickými
postupmi z ropy.
Voľba kombinácie technologických postupov
spracovania opotrebovaných olejov závisí od
mnohých faktorov:
27
4/2013
4/2013
TriboTechnika
najmä z automobilového priemyslu. Je jedným
z lídrov na slovenskom trhu v zbere a zhodnocovaní
odpadových olejov. Na základe výsledkov
te c h n o ló gi e. Pro j e k tova n á v ýrobná kapacita
zariadenia je 5 400 t/rok pri FPD 6 500 h/rok. Kvalita
jednotlivých frakcií je uvedená v tabuľke 1.
V minulosti boli v rámci SR
všetky vyzbierané odpadové oleje zhodnocované
priamo, príp. odpadové
Ukazovateľ kvality
Destilát 2 Destlát 1 Destilačný zvyšok
oleje zo separovaného
Kin. viskozita pri 40 °C, mm2/s
6,79
26,88
258,0
zberu po úprave spočívaKin. viskozita pri 100 °C, mm2/s 2,03
4,88
27,43
júcej v odvodnení, odstráViskozitný index
86
103
není mechanických nečisObsah síry, %hm.
0,54
0,39
0,60
tôt a miešaní s kompoHustota pri 15 °C, kg/m3
868
867
898
nentmi ropného pôvodu
na požadovanú kvalitu na
Bod vzplanutia OK, °C
113
218
250
energetické účely. InštaBod tuhnutia,°C
-24
-12
-32
lácia prezentovanej BAT
Farba ISO
3,5
4
technológie v Konzeku
Obsah vody, mg/kg
164
539
820
umožňuje podstatnú časť
CCT, %hm.
<0,010
<0,010
3,66
produkcie zo spracovania
odpadových olejov realiMechanické nečistoty, %hm.
0,019
0,017
0,18
zovať na účely materiáloČíslo kyslosti, mg KOH /g
3,86
1,02
vého zhodnotenia. Časť
Destilačná skúška:
produkcie destilačného
193
Začiatok destilácie, °C
250
zvyšku sa realizuje ako
231
5 %obj., °C
345
Fluxačný olej na nastavo90 %obj., °C
391
404
vanie kvality bitúmenov,
95 %obj., °C
399
časť produkcie Destilátu 1
sa realizuje ako Procesný
% obj., destilátu do 350 °C
62,3
5,6
olej. Podiel produkcie urče% obj., destilátu do 380 °C
83,7
36,7
nej
na materiálové zhodVýhrevnosť, kJ/kg
43204
notenie je možné v súlade
s požiadavkami 5-krokoTabuľka 1: Kvalita frakcií
vej hierarchie zvýšiť regeneráciou destilátových frakcií zo spracovania odpafyzikálno-chemických meraní vykonaných na
FCHPT STU v nedávnom období firma vyvinula,
dových olejov na účely výroby základových olejov.
inštalovala a do prevádzky uviedla nové zariadenie, spočívajúce vo filmovej vákuovej odparke
Výsledky výskumu možností regenerácie
a frakčnej destilácii. Súčasný technologický deolejovej frakcie z frakcionácie upraveného
sign zariadenia spočíva v sedimentácii vody z oleodpadového oleja z technológie KONZEKO
ja pri zvýšenej teplote, na ktorú nadväzuje po
V roku 2011 KONZEKO získalo nenávratný finančný
hrubej filtrácii proces dvojstupňového sušenia
príspevok z operačného programu Výskum a vývoj
oleja. V procese sušenia sa z oleja odstráni
pre projekt „Priemyselný výskum zameraný na
a ľahkoprchavé látky a vlhkosť oleja sa zníži
materiálové zhodnotenie kvapalných odpadov
na hodnotu obsahu vody pod 0,1 %. Vysušený olej
najmä z automobilového priemyslu“. Ako partnersa po jemnej filtrácii vyhrieva vo filmovej odparke
ská organizácia sa na realizácii projektu podieľa
na destilačnú teplotu 300 °C a následne sa za
FCHPT STU. Jedným zo špecifických cieľov projektu
hlbokého vákua (abs. tlak 1 kPa) frakcionuje
je „Optimalizácia spracovania kvapalných odpadov
v náplňovej kolóne s organizovanou výplňou
s dôrazom na ich materiálové využitie a obmedzena dve olejové frakcie a destilačný zvyšok, s výťažnie negatívnych dopadov na životné prostredie“.
kami 5 % ľahká olejová frakcia (Destilát 2),
Voľba rafinačného postupu: Výskum sme začali
65 % ťažká olejová frakcia (Destilát 1), 35 % destilačprieskumom kvality Destilátu 1 z frakcionácie upraný zvyšok. Zariadenie vyhovuje kritériám na BAT
28
TriboTechnika
veného odpadového oleja, ako potenciálnej frakcie pre účely regenerácie na základový olej. Začali
sme marketingový prieskum v oblasti predmetu
výskumu. Cieľom marketingového prieskumu
bolo preveriť vhodnosť kvality a úžitkových vlastností frakcií zo stávajúcej technológie Konzeko na
ich použitie ako plnohodnotných základových olejov na výrobu mazacích olejov. Prieskum sa uskutočnil u tuzemských organizácií zaoberajúcimi sa
výrobou mazacích olejov. Obdobne sme v rámci
marketingového prieskumu v oblasti predmetu
výskumu vyvinuli kompozície mazacích olejov pre
nenáročné operácie mazania. Kompozície boli
vyvinuté na báze destilátových frakcií z existujúcej
technológie Konzeko. Vzorky olejov sme ponúkli
na testovanie potenciálnym užívateľom za účelom získať spätnú väzbu pre hodnotenie ich úžitkových vlastností.
Od hodnotiacich organizácií sme získali pripomienky k fyzikálno-chemickým ukazovateľom kvality a úžitkovým vlastnostiam poskytnutých vzoriek. Hodnotené vzorky sú potenciálne vhodné
ako základové oleje, ako aj mazacie oleje pre použitie v nenáročných podmienkach mazania, po
odstránení nasledovných nedostatkov:
- charakteristický zápach
- tmavá farba
- vysoké číslo kyslosti, obsah síry, obsah mechanických nečistôt, conradssonov karbonizačný zvyšok
- prítomnosť zvyškových degradovaných zušľachťujúcich prísad, oxidačných splodín degradácie
oleja a kontaminantov, čo sa prejavuje identifikovaním existencie esterov, polyglykolov, polyizobuténových reťazcov, sulfonátov, karboxylátov
a ditiofosfátov v poskytnutých vzorkách.
Hodnotili sa aj vzorky mazacích olejov pre nenáročné pracovné podmienky mazania v režime stratového mazania. Úžitkové vlastnosti pripravených
olejov boli vyhovujúce. Od hodnotiacich organizácií sme obdržali pripomienky k tmavej farbe
vzoriek a výraznému charakteristickému zápachu
olejov hlavne v uzavretých priestoroch. Tieto
nedostatky požadovali odstrániť.
Na základe získaných pripomienok sme pristúpili
k voľbe a vývoju rafinačnej technológie vhodnej
na odstránenie uvedených nedostatkov. Postupy
používané v Konzeku na predúpravu opotrebovaného oleja spočívajúce v odvodnení, odstránení
mechanických nečistôt, vysušení oleja, odflešovaní prchavých podielov, termickom deasfaltovaní
a frakcionácii oleja pred samotnou rafináciou
zodpovedajú konvenčným technologickým
postupom. Na tieto postupy nadväzujú rafinačné postupy regenerácie oleja. Najbežnejšie sa
používajú postupy rozpúšťadlovej rafinácie (solvent neutral), ako aj katalytickej hydrogenačnej
rafinácie. Ako finálna technologická operácia sa
používa adsorpčná rafinácia na bieliacich hlinkách, príp. iných adsorbentoch. Tieto technologické postupy sú vysoko efektívne a ich výstupmi sú základové oleje kvalitou porovnateľné so
základovými olejmi na minerálnej báze vyrobenými rafináciou olejových destilátov zo spracovania ropy. V štátoch EÚ výrobné kapacity inštalovaných prevádzok využívajúcich tieto technologické postupy dosahujú 20 – 230 kt/ rok, pričom prevádzky s výrobnou kapacitou na úrovni
20 kt/rok, sú klasifikované ako malé prevádzky.
Investičné náklady prevádzok s výrobnou kapacitou cca 100 kt/rok sa pohybujú v rozmedzí
15 – 40 mil. eur. Merné investičné náklady na jednotku výkonu s klesajúcou výrobnou kapacitou
rastú. Z dôvodu nízkeho potenciálu zberu
odpadových olejov v rámci SR a nízkeho
potenciálu predaja vyprodukovaných základových olejov na trhu SR je realizácia výrobnej
prevádzky uvedenej konfigurácie v podmienkach SR ekonomicky neuskutočniteľná.
Rafinácia kyselinou sírovou: Z toho dôvodu
sme pristúpili k výskumu regenerácie Destilátu
1 na báze rafinácie chemickými činidlami. Ako
rafinačné činidlo sme zvolili kyselinu sírovú
s koncentráciou 96 %. Rafinácia kyselinou
sírovou sa v minulosti používala na rafináciu
neparafinických, prip. odparafínovaných destilátov zo spracovania ropy na výrobu základových olejov. Taktiež sa používala a dodnes sa
používa v rozvojových krajinách na rafináciu
odpadových olejov.
V prípade rafinácie destilátových frakcií zo spracovania odpadových olejov do kyselinovej vrstvy efektívne prechádzajú splodiny oxidačného
a teplotného namáhania oleja, estery (zložka
kompozície syntetického motorového oleja),
glykoly (z kontaminácie oleja chladiacimi zmesami) a zvyšky aditívov. Najväčšou nevýhodou
technologického postupu kyselinovej rafinácie
je tvorba kyselinových smôl. Kyselinové smoly
tvoria nebezpečný odpad, ktorý sa likviduje spoluspaľovaním v cementárenských peciach,
alebo v spaľovniach nebezpečných odpadov.
Úprava a zhodnotenie upravených kyselinových smôl tvorí neoddeliteľnú súčasť predmetu
29
4/2013
4/2013
TriboTechnika
výskumu. Výhodou tohto technologického postupu je nízka investičná náročnosť aj pre nízkokapacitné prevádzky, vysoká flexibilita výkonu a kvality,
nízke prevádzkové náklady, možnosť prevádzkovania v kontinuálnom, alebo vsádzkovom režime,
resp. kombinácii obidvoch režimov. Kvalita rafinátov v súvise s použitým množstvom rafinačných
činidiel je porovnateľná, príp. vyššia, ako kvalita
selektívnych rafinátov.
venčne používaných technológiách rafinácie odpadových olejov kyselinou sírovou. Tieto podmienky
sú dokonca miernejšie, ako pri rafinačných postupoch rafinácie olejových destilátov zo spracovania
ropy, čo umožňuje nižšiu spotrebu rafinačných činidiel, a tým aj nižšiu tvorbu odpadov a zvyšuje výťažnosť rafinátu.
Návrh riešenia zhodnotenia kyselinových smôl
a iných splodín rafinácie: kyselinové smoly sú
svojím zložením zmesou najmä sulfónových kyselín rozpustených v kyselinovej vrstve, nezreagovanej kyseliny sírovej, vody a oleja strhnutého do kyselinovej vrstvy. Konzistenciou tvoria medovitú pastu
čiernej farby, silne kyslej reakcie. Neutralizáciou
koncentrovaným roztokom NaOH a dočistením
vzniknú sodné soli (mydlá) vodorozpustných sulfónových kyselín, ktoré sú rozpustné v oleji, vynikajúco emulgujú vodu a nie sú korozívne. Spôsob ich
Vývoj technologického postupu: Pri vývoji technologického postupu sme sa zamerali na sledovanie vplyvu množstva jednotlivých rafinačných činidiel, teploty, zdržnej doby a kombinácie uvedených vplyvov na účinnosť rafinačného postupu.
Navrhnutý postup spočíva v rafinácii Destilátu 1 kyselinovou sírovou. Nasleduje sedimentácia a odpustenie kyselinových smôl. Neutrálny rafinát sa
zneutralizuje vodným, príp. vodno-alkoholickým
zriedeným roztokom NaOH. Nasleduje
sedimentácia a odpustenie vzniknutých
mydiel. Finálnou operáciou je adsorpčná rafinácia neutrálneho rafinátu aktivovanou hlinkou. Filtráciou, počas ktorej
sa na filtri zachytí rafinačná hlinka, sa
získa finálny rafinát.
Návrh riešenia eliminácie tvorby
odpadov: Mazacie oleje, ktoré tvoria
podstatný podiel v zložení odpadových
olejov sú komponované na báze kvalitných olejových rafinátov ropného
pôvodu, syntetických olejov a balíkov
prísad. Aj keď opotrebovaný olej stratil
schopnosť plniť svoju funkciu, čo sa týka
Fig. 1 porovnanie IČ spektier Destilátu 1 a rafinátov
jeho zloženia je veľmi podobný pôvodnému oleju. Oproti konvenčne používaným postupom kyselinovej rafinácie
odpadových olejov, ktoré sú zamerané
na rafináciu samotného odpadového
oleja, nami vyvíjané riešenie je zamerané na rafináciu olejového destilátu
(Destilát 1), ktorý sa získava vo výťažku
cca. 65 % v pomere k odpadovému oleju. V procese odvodnenia, filtrácie a sušenia sa olej zbaví mechanických nečistôt,
vody a prchavých uhľovodíkov. V procese frakcionácie oleja do destilačného
zvyšku prejde podstatná časť prísad
Fig 2: Vzhľad výstupov z jednotlivých stupňov výrobného procesu.
a kontaminantov. Destilát 1 teda stačí
Zľava:
Odpadový olej, Vysušený olej, Destilát 1, Rafinát D1 (5% H2SO4),
iba rafinačne dočistiť za podstatne mierRafinát
D1 (30 % H2SO4).
nejších podmienok, ako v prípade kon-
30
TriboTechnika
dočistenia a aplikácie bude predmetom ďalšieho
točniteľnosti riešenia. Príspevok vznikol vďaka
výskumu, v každom prípade uvedené riešenie
podpore Operačného programu MŠ SR Výskum
eliminuje tvorbu
najnepríjemnejRafinát
Rafinát
Rafinát
Destilát
SN 100
OB 300
šieho odpadu.
2 % H2SO4, 3 % H2SO4, 5 % H2SO4,
1
MOL
Ukrajina
Sodné mydlá ole2 % RH
2 % RH
2 % RH
j o roz p u s t nýc h
2
1,5
1
4
max. 1
max. 2,5
Farba
sulfónových kyse0,025
0,025
0,025
1,02
max. 0,02 max. 0,03
TAN,
lín sa bežne poumg KOH/g
žívajú ako komcca. 0,7
cca. 0,4
cca. 0,1
cca. 1,1
Obsah
ponenty balíkov
esterov, %
prísad do mo<0,1
<0,1
<0,1
TBN,
torových olejov
(inf.0,04) (inf. 0,00)
mg KOH/g (inf. 0,07)
a obrábacích kva0,23
0,20
0,17
0,39
max. 0,2
max. 0,86
Obsah
palín. Ich potensíry, %
ciálne zhodnotenie bude taktiež
Tabuľka 2: Vplyv množstva rafinačných činidiel na kvalitu rafinátu
predmetom ďalšieho výskumu. Odpadná rafinačná hlinka je beža vývoj, projektu „Priemyselný výskum zameraný
ným odpadom z technológií adsorpčnej rafinácie
na materiálové zhodnotenie kvapalných odpadov
minerálnych olejov. Možnosti jej zhodnotenia
najmä z automobilového priemyslu“.
vidím v jej aplikácii ako minerálneho plniva bitúIng. Jozef Mráz
menových zmesí, prípadne ako zložky tuhého paliKonzeko, spol. s r. o.
va na báze alternatívnych surovín.
Kvalita olejového rafinátu: Hodnoty základných
fyzikálno-chemických ukazovateľov kvality vstupnej suroviny rafinácie Destilátu 1 zodpovedajú
kvalite základových olejov zo spracovania ropy
obdobnej viskozitnej triedy. Vplyv množstva rafinačných činidiel na kvalitu rafinátu je uvedený
v tabuľke 2.
Vplyv množstva rafinačných činidiel na účinnosť
rafinácie zobrazuje IČ spektrum vzoriek rafinátov
a Destilátu 1. Rozdiely sú zrejmé z obrázka 1.
Záver
Prezentované výsledky výskumu možností regenerácie odpadových olejov sú v tomto štádiu predbežné. Výskum bude pokračovať optimalizáciou
parametrov technologického režimu rafinácie, so
zameraním na dosiahnutie kvality rafinátu porovnateľnú s kvalitou základových olejov group1,
minimalizáciu tvorby odpadov a prevádzkových
nákladov. Bude pokračovať výskum zloženia a kvality olejových rafinátov. Taktiež bude pokračovať
výskum hodnotenia kvality a zloženia vedľajších
produktov z procesu so zameraním na hľadanie
možností ich realizácie. Výskum bude ukončený
návrhom technologického zariadenia regenerácie
odpadových olejov a vypracovaním štúdie usku-
KONZEKO, spol. s r.o.
Areál NPZ 510
053 21 Markušovce
tel./fax 053/ 44 99 115, 053/ 44 99 315
e-mail: [email protected]
www.konzeko.sk
31
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Mazaná kluzná ložiska
v extrémních podmínkách
Většina zařízení, používaných ve stavebnictví (bagry, rypadla, nakladače) a v zemědělství, je vystavovaná náročným pracovním podmínkám, vyplývajícím z agresivního
prostředí a rovněž z narůstajících nároků zákazníků v parametrech produktivity a efektivnosti. Vysokému dynamickému zatížení jsou vystavované zvláště určité mechanické spoje, tvořené sestavami hřídel / kluzné ložisko (většinou pod oscilačním pohybem), a to při
rázovém namáhání a v otěrovém a korozivním prostředí.
Navíc k těmto tradičně drsným pracovním podmínkám mohou dnes
pro terénní zařízení vzrůstat nároky na prodloužení mazacích intervalů (a tím na snížení spotřeby
Přehled a popis nebo typy vzniku poruch, působících na mechanické spoje
Náročné pracovní podmínky, působící na sestavy
ložisko / hřídel v průmyslu těžkých strojních zařízení, vedou k různým typům poruch, které ovšem
mohou vznikat i souběžně. Projev jednotlivého
typu poruchy záleží na podstatě zatížení a na technologii ložiska.
Adhezivní opotřebení
Adhezivní opotřebení a jeho extrémní následek ve
formě zadření mezi hřídelí a ložiskem je nejvíce obávaným jevem, protože vede k zablokování mechanického spoje. K zadření častěji dochází zavařením
dvou třecích částí v důsledku uvolňování tepla
v průběhu tření. Tento typ poruchy je hlavně způsobený zahřátím dotykových ploch v důsledku
nahromadění třecí energie a sklonem dvou protilehlých materiálů k vytváření mikroskopických
a makroskopických svarů.
maziva), zvláště při přísnějších
požadavcích na ochranu životního
prostředí a na snadnější údržbu.
Následkem toho klasická konstrukce ložiska dosahuje svoje hranice na základě životnosti a požadavků na mazání. Cílem tohoto
sdělení je především poskytnutí
přehledu o různých způsobech
vzniku poruch kluzných ložisek,
vystavených krutým podmínkám
na stavebních a na zemědělských
strojích. Podle toho se navrhují
parametry „ideálního” ložiska. Na
tomto profilu se potom zavádí inovativní koncepce ložiska.
32
Opotřebení v důsledku mechanického namáhání
Tento typ poruchy je podporovaný opakovaným
vysokým zatěžováním, přenášeným na ložisko.
Tření (tedy tečnové namáhání, směrující proti vzájemnému pohybu mezi hřídelí a jejím ložiskem)
a normální (kolmé) zatížení, přenášené na ložisko,
vytvářejí hlavně tlakové namáhání na povrchu
a v jeho blízkosti a dále podpovrchové střihové
namáhání. To může vést ke vzniku prasklin
a případně k odlučování částí povrchu.
Abrazivní opotřebení
Některé spoje na zemědělských nebo na stavebních zařízeních jsou vystavené působení abrazivních částic jako je písek, prachy, a tak dále. Abraze
vede k rychlému opotřebení ložiska a k pravděpodobnému opotřebení hřídele především v tom
TriboTechnika
případě, pokud se tvrdé částečky usadí v měkkém
povrchu ložiska.
Porucha v důsledku rázového zatížení
U výrobků pro stavebnictví a zemědělství jsou
spoje často vystavené rázovému namáhání, které
může vést k poruše na základě iniciace a šíření
trhlin v materiálu s omezenou houževnatostí. Rázy
a přetížení mohou způsobovat plastické deformace, potom musí ložisková technika vykazovat vysokou houževnatost v jádře.
Koroze
Navíc k mechanickým a tribologickým požadavkům může při degradaci parametrů ložisek
v zemědělských a stavebních zařízeních hrát aktivní roli i koroze (tribologická koroze, blokování,
korozní částečky a tak dále). Ovšem nejobvyklejší
korozní napadání je způsobované vlhkostí a solí
v okolním prostředí, a z toho důvodu by mělo ideální ložisko vykazovat vysokou odolnost k tomuto
typu koroze. Pro zvládnutí drsných provozních
podmínek a pro omezení spotřeby mazacího tuku
musí technologie ložisek kombinovat v co největší míře následující charakteristické vlastnosti :
-  nízký součinitel tření,
-  snadné odvádění třecí energie,
-  schopnost pro udržování maziva v dotykové
zóně,
- dobrá třecí kompatibilita s příslušnou hřídelí,
- vysoké mechanické charakteristiky jádra (mez kluzu, bod zlomu, pevnost v tlaku a houževnatost),
-  vysoká tvrdost povrchu a vysoké mechanické
charakteristiky,
-  dobrá odolnost proti korozi.
Popis nové technologie ložisek
Jako materiál jádra pro toto nové ložisko byla zvolena ocel, protože má výhodnou nízkou cenu
a poskytuje vysoké mechanické parametry (mez
kluzu, houževnatost a tvrdost). Hlavní nevýhodu
oceli jako ložiskového materiálu představují
ovšem vlastnosti jejího povrchu. Frikční kompatibilita oceli k ocelové hřídeli je špatná. Důsledkem
toho je požadavek na průběžné mazání pro zachování správných funkčních schopností ložiska.
Kromě toho je nedostatečná i protikorozní odolnost oceli.
Pro vyloučení těchto nevýhod při použití oceli se
u nové technologie ložisek používá ocel jako materiál jádra v kombinaci s kompozitním ošetřením
povrchu spolu se specifickou topografií povrchu
jako „poskytovatele“ povrchových vlastností. To
nabízí možnosti spojení vysokých mechanických
parametrů povrchu (tvrdost, odolnost proti
únavě a houževnatost) s dobrými třecími vlastnostmi
(odolnost proti
zadření a vlastní
mazání).
Proto se při nové
Nová technologie pouzder
technologii ložisek
používá k výrobě speciální legovaná ocel s určitými speciálními
zásobníky maziva na vnitřním průměru. Ložisko se
potom zpracovává pomocí chemicko-tepelného
difúzního povrchového postupu. Difúzní prvky
a ocelová kompozice se volí pro vytvoření kovové
fáze, ve které se kombinuje vysoká tvrdost povrchu, vysoká pevnost v tlaku a správná hloubka difúze. Nakonec se aplikuje dokončující samomazná
povrchová úprava, tvořená polymerickou matricí
obsahující dispergované částečky pevného maziva. Tato úprava poskytuje solidní mazací vlastnosti
(nízkou hodnotu součinitele tření), dobré uložení
povrchu a dobré záběhové vlastnosti.
Porovnání nové technologie s ostatními technologiemi
Závěr
Použití takové topografie povrchu s kompozitním
ošetřením povrchu umožňuje dosažení nejlepších
parametrů na základě odolnosti proti opotřebení.
Zaváděná technologie rovněž přináší vynikající
protikorozní odolnost a odolnost proti abrazi.
Proto je tato technologie velmi vhodná pro drsné
pracovní podmínky, očekávané u stavebních
a zemědělských zařízení. Potenciální výhody představuje zvýšená doba životnosti ložiska, omezená
potřeba mazání a omezená potřeba údržby.
Ing. Jan Gerstenberger
33
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Bílé otěruvzdorné litiny
Bílé litiny se často používají pro součásti pracující v podmínkách intenzivního
opotřebení částicemi.
V současnosti vyráběné bílé litiny lze podle EN 12513 rozdělit do
3 základních skupin:
- Nelegované nebo málo legované litiny
- Legované litiny na bázi Ni a Cr
(Ni-Hard 1 až 4)
- Vysokolegované chromové
litiny (11 až 28 % Cr + další
legující prvky Ni, Mo, Cu)
Nelegované bílé litiny se používají
pro odlitky, které mají odolávat
abrazivnímu a erozivnímu účinku
minerálních částic. Základními
fázemi v jejich struktuře jsou tvrdý
karbid Fe3C (cementit) a relativně
měkký perlit nebo ferit.
Označení
litiny
GJN-HV350
GJN-HV520
GJN-HV520
GJN-HV600
GJN-HV600
(XCr11)
ENJN2019
JN2029
JN2029
JN2049
JN3019
Min.
tvrdost (HV)
350
520
550
600
600
GJN-HV600
(XCr14)
JN3029
600
GJN-HV600
(XCr18)
JN3039
600
GJN-HV600
(XCr23)
JN3049
600
je významně nižší. Podíl karbidových fází je jedním
z hlavních faktorů, které určují otěruvzdornost, pevnost a další vlastnosti bílých litin. U bílých litin s karbidy typu (Fe,Cr)3C se jejich tvrdost se pohybuje
v rozmezí 350 – 500 HV.
Později se začali používat legury do bílých litin, což
vedlo k vývoji martenzitických bílých litin, ve kterých perlitická nebo feritická matrice byla nahrazena martenzitem a zbytkovým austenitem. Při vhodném složení bílé litiny se vytváří směs martenzitu
a austenitu již při ochlazování odlitků ve formě
nebo na vzduchu. Dobře známé litiny jsou Ni-Hardy
(typu 1 nebo 2), které jsou v principu křemíkové bílé
litiny legované 3 – 5 % Ni a 1 – 3,5 % Cr. Různým
tepelným zpracováním se snižuje vnitřní pnutí
nebo transformuje zbytkový austenit na martenzit
nebo dolní bainit. Obvykle se bílé litiny typu NiHard popouští na 275 °C/10-12h/vzd. Mikrostruk-
Chemické složení (%)
C
Si
2,4-3,9
0,4-1,5
2,5-3
Max. 0,8
3-3,6
Max. 0,8
2,5-3,5
1,5-2,5
>1,8-2,4
1
2,4-3,2
3,2-3,6
>1,8-2,4
1
2,4-3,2
3,2-3,6
>1,8-2,4
1
2,4-3,2
3,2-3,6
>1,8-2,4
1
2,4-3,2
3,2-3,6
Mn
0,2-1
Max. 0,8
Max. 0,8
0,3-0,8
0,5-1,5
Cr
1,5-3
1,5-3
8-10
11-14
Ni
3-5,5
3-5,5
4,5-6,5
Max. 2
Mo
Max. 3
Cu
Max 1,2
0,5-1,5
14-18
Max. 2
Max. 3
Max 1,2
0,5-1,5
18-23
Max. 2
Max. 3
Max 1,2
0,5-1,5
23-28
Max. 2
Max. 3
Max 1,2
Tab. Chemické složení bílých otěruvzdorných litin podle EN 12513
Nelegované nebo nízkolegované
bílé litiny se v některých případech
používají dodnes, protože jsou laciné, i když jejich odolnost v porovnání s legovanými bílými litinami
34
tura se po odlití skládá z martenzitu, dendritů
austenitu a ledeburitického eutektika. Při popouštění se martenzit částečně popouští, ale část
zbytkového austenitu se transformuje na velmi
jemný martenzit. Podíl karbidů M3C závisí na obsa-
TriboTechnika
hu uhlíku. Modifikací těchto martenzitických litin
je litina Ni-Hard 4, která má vyšší obsah Cr (8 - 10 %)
a Ni (4 - 6 %). Má větší houževnatost než ostatní
Cr-Ni bílé litiny.
Další skupinu tvoří chromové bílé litiny, které mají
20 – 40 objemových % komplexních karbidů M7C3
v matrici složené z martenzitu, bainitu, austenitu
a sekundárních karbidů (viz obr. 1). Minimální tvrdost mají kolem 600 HV. Velký objemový podíl primárních nebo eutektických karbidů v jejich
Obr.1 Mikrostruktura bílé chromové litiny Cr27Mo
(zvětšení 500x).
mikrostrukturách zajišťuje vysokou tvrdost potřebnou pro odolnost proti erozivnímu účinku částic. Mikrostruktura kovové matrice je závislá na
obsahu legujících přísad a na tepelném zpracování. Musí zajistit správnou rovnováhu mezi odolností proti opotřebení a houževnatostí potřebnou
pro odolnost proti opakovaným nárazům.
Mikrostruktura, která je tvořena heterogenní
směsí tvrdých karbidů a pevné houževnaté kovové matrice (martenzit, austenit) má vysokou odolnost materiálů proti abrazivnímu a erozivnímu
účinku částic. Typ a objemový podíl karbidů ve
struktuře i charakter a podíl jednotlivých fází
v matrici určují odolnost proti opotřebení částicemi. U chromových bílých litin typ i morfologie karbidů jsou dány podmínkami krystalizace a chemickým složením. Tepelným zpracováním lze
měnit pouze kovovou matrici, případně morfologií sekundárních karbidů. Vysoký obsah chrómu
v litinách zvyšuje také jejich korozní odolnost.
U chromových bílých litin měněním chemického
složení a tepelného zpracování se mohou jejich
vlastnosti - houževnatost a odolnost proti opotřebení částicemi - nastavit podle potřeby různých
aplikací. Chromové bílé litiny pro všeobecné pou-
žití obsahují 23 – 28 % Cr a až do 1,5 % Mo. Přísada
Mo zabraňuje perlitické transformaci a zajišťuje
maximální tvrdost. Je proto vhodné legovat chromové litiny vždy Mo. Chromové bílé litiny se též
legují Ni a Cu do 1 %. I když maximální docílená tvrdost není tak vysoká jako u Cr-Mo bílých litin, používají se tyto litiny s úspěchem v případech kombinovaného účinku opotřebení částicemi a korozního působení okolního prostředí.
Chromomolybdenové litiny obsahují 11 – 23 % Cr
Obr. 2 Mikrostruktura bílé Cr15Mo2 litiny
(zvětšení 500x)
a do 3,5 % Mo, mohou se používat v litém
stavu s matricí austenitickou nebo austenickomartenzitickou nebo tepelně zpracované s matricí
martenzitickou s malým podílem zbytkového
austenitu pro maximální otěruvzdornost a houževnatost (viz obr. 2). V porovnání s méně legovanými Ni-Cr bílými litinami mají vyšší tvrdost karbidů M7C3 a mohou být tepelně zpracované pro
dosažení vyšší tvrdosti odlitků. Legováním Mo, rovněž Ni a Cu se zabraňuje tvorbě perlitu u větších
tlouštěk stěn odlitků a zajišťuje se tím maximální
tvrdost. Obecně platí, že s rostoucím podílem karbidů M7C3 ve struktuře kalených bílých litin roste
odolnost proti abrazivnímu a erozivnímu opotřebení. Jemnější mikrostruktura Cr bílé litiny, kdy je
menší vzdálenost mezi karbidy, má efektivnější
ochranný efekt karbidů. Hrubé primární karbidy
sice umožňují dosažení maximálních tvrdostí
(> 65 HRC), ale výrazně zhoršují houževnatost
a také se snadněji porušují při dopadu tvrdých částic. Proto u odlitků odlévaných do písku jsou nežádoucí. Při odlévání nadeutektických chromových
litin do kovových forem lze tyto primární karbidy
zjemnit a usměrnit jejich krystalizaci.
Text: Jan Suchánek
35
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Dynamický olejový systém
Zatímco obvyklá měrná jednotka pro vyjádření obsahu vlhkosti v kapalinách
je ppm, aktivita vody aw vypovídá více.
Přímé měření vlhkosti v oleji je
nezbytné při provádění komplexní
údržby olejových transformátorů.
Náklady na údržbu v jednotkách
výkonových turbín, papírenských
strojů a továrních strojů, které používají mazací oleje, jsou nižší při
pravidelném monitorování obsahu vody v oleji.
Každá kapalina má schopnost
držet jisté množství rozpuštěné
vody. Maximální množství vody,
která daná tekutina může pojmout, je bod nasycení. Jakmile
tekutina dosáhne bodu nasycení,
každá dodatečná voda se vyloučí
jako volná voda a vytvoří zřetelnou vrstvu. Většina olejů má menší
hustotu než voda, proto se vodní
vrstva obvykle usadí pod olejem.
Olejový bod nasycení záleží na různých faktorech, jak na základním
složení oleje(minerální nebo syntetický), tak i na druhu a množství
příměsí, emulgátorů a okysličovadel. Bez ohledu na tyto počáteční
rozdíly ve složení se bod nasycení
oleje mění během provozu.
Dva hlavní faktory, které ovlivňují
olejový bod nasycení a stárnutí oleje, jsou kolísání teploty a vytvoření
nových látek jako následek chemických reakcí uvnitř hydraulického systému.
Tradiční měrná jednotka kvantifikující obsah vody v oleji jsou částice
na milion (ppm). Jaký má význam
měření ppm? Samozřejmě, ppm je
absolutní parametr vlhkosti, který
popisuje poměr vody v oleji.
Objemový:
1 ppm (objem) voda = 1 ml vody/
1 000 000 ml oleje
nebo
36
Hmotnostní:
1 ppm (hmotnost) vody = 1 g vody/1 000 000 g oleje.
Aktivním měřením ppm úrovně vody v oleji může
být stanoveno absolutní množství vody. Avšak,
měření ppm má jedno významnější omezení nevypovídá o žádné změně bodu nasycení oleje.
Jinými slovy, v dynamickém olejovém systému
s kolísavým bodem nasycení měření ppm neposkytuje žádné upozornění na to, jak blízko je úroveň
vlhkosti od bodu nasycení oleje.
Ke kritickému stavu dochází tehdy, když se obsah
vody blíží olejovému bodu nasycení a vytvoří se
volná voda, která je ničivá pro téměř všechny olejové aplikace.
Pro vysvětlení této koncepce uvažujme o oleji,
který snáší snížení teploty o 100 °F.
Bod nasycení oleje při 180 °F (82 °C) je 5 000 ppm.
Množství vody v tomto oleji je 2 000 ppm. To znamená, že olej může pojmout dalších 3 000 ppm
vody než se stane nasyceným. Toto je mezní hodnota k bodu nasycení. Při snížení teploty oleje na 80 °F
(27 °C), se bod nasycení oleje sníží na 3 000 ppm.
Poznámka: množství vody v oleji se nezměnilo (stále 2 000 ppm), avšak záloha k bodu nasycení klesla
na 1 000 ppm.
Jestliže podle tohoto scénáře operátor změří ppm,
neuvidí žádnou změnu v množství přítomné vody
(2 000 ppm), třebaže se výrazně posune hranice
bodu nasycení a vznikne větší riziko utvoření volné
vody.
Co by se stalo, kdyby po jednom roce z důvodu
zestárnutí oleje došlo ke snížení bodu nasycení
dále k 1 500 ppm?
V tomto scénáři již není záloha, obsah vody je nyní
vyšší než bod nasycení. Operátor by i tentokrát přečetl hodnotu obsahu vody 2 000 ppm navzdory skutečnosti, že bod nasycení nyní klesl na 1 500 ppm,
což má za následek 500 ppm volné vody. Graficky je
příklad znázorňen na obr. 1.
Poskytování pravdivých údajů
Měřením aktivity vody místo ppm se uživatel může
vyvarovat nejistoty výše uvedeného problému. Co
TriboTechnika
Voda v oleji!
mickém olejovém systému (například, mazací olej)
změní. Stárnutím tekutiny (oleje) dochází v důsledku chemických reakcí ke změnám ve složení,
které ovlivní nejen bod nasycení, ale také vztah
k aw. Na obr. 2 je tento jev v obrazové formě.
Nezávislé na kapalině
V současnosti je dostupných mnoho různých
metod pro měření vlhkosti v oleji. Tato metoda
Obr. 1: Dynamika obsahu vody v oleji
je aktivita vody (aw)? Je to množství vody v substanci, vztažené k celkovému množství vody, kterou může substance pojmout a matematický výpočet je
aw = p / p0 kde:
p = parciální tlak vody v substanci nad materiálem
p0 = nasycený tlak vodní páry čisté vody při stejné
teplotě
V ukázce se aw mění jako funkce bodu nasycení
(p0, jmenovatel). Hodnota aw se bude také měnit
jako funkce aktuálního obsahu vody v oleji (voda
vstupující do oleje nebo vystupující z oleje). Jinými
slovy, aw bude vždy poskytovat pravdivé údaje
o bodu nasycení. I když je možné odvodit
souvztažnost mezi aw a ppm pro jakýkoliv olej, platnost tohoto vztahu se během životnosti v dyna-
Obr. 2: Závislost mezi aw a bodem nasycení oleje vodou
u nového a již použitého oleje
používá měření změny kapacity senzoru, ke které
dochází při absorbování vlhkosti. Tento senzor je
kondenzátor sestávající ze dvou elektrod s dielektrikem uprostřed. Dielektrikum pohlcuje nebo
uvolňuje molekuly vody a při změně permitivity se
mění kapacitní reaktance čidla.
Aktivita vody je úměrná množství pohlcené vlhkosti. Mezi výhody této technologie patří možnost
37
4/2013
4/2013
TriboTechnika
přímé instalace, rychlý čas odezvy a dobrá chemická odolnost pro široký okruh kapalin.
Měření touto přímou technologií je vhodné pro široký okruh aplikací: hydraulické systémy, papírenské
stroje, mazání turbín, olejové transformátory, provozovny na úpravu olejů. V mnoha provozech se
dnes používá nějaký diagnostický program pro
předcházení prostojů a k prodloužení životnosti
zařízení. Přímé a nepřetržité měření vlhkosti v oleji
se stává nedílnou součástí těchto diagnostických
programů.
Zatímco tradiční měrná jednotka vyjadřující obsah
vlhkosti v kapalinách byly ppm, měření aw nabízí
komlexnější obraz o stavu oleje.
1. Hodnota aw vždy indikuje riziko výskytu volné
vody v systému.
2. S tím, jak se zvyšuje nebo snižuje bod nasycení
z jakýkoliv důvodů (například., teplota, stáří, změna
fyzikálních vlastností), aw přesně vyjadřuje novou
hodnotu nasycení.
3. Hodnota aw je při měření nezávislá na kapalině.
Protože aw platí pro všechny kapaliny a pevné látky,
může být použito všeobecně pro všechny látky bez
ohledu na chemické složení nebo fyzikální vlastnosti.
Prevencia
V súčasnosti je technická diagnostika kľúčovým nástrojom na sledovanie technického stavu objektu a jedným z rozhodujúcich nástrojov pre údržbu. Na zabezpečovanie spoľahlivosti prispieva rozvoj metód
a ich integrácia v rámci multiparametrického prístupu. Klasické prírodovedecké prístupy vychádzajú z teórie, že fyzikálne procesy sa dajú vopred vypočítať.
Poznatky klasickej fyziky platia len pri konkrétnych
presne definovaných podmienkach, pri iných,
meniacich sa platia iné. Aj metóda použitá pri určitom experimente vykresľuje jeho predmet
a zachytáva len určitý aspekt veci. Napríklad
klasickým mikroskopom sa vidí málo, ale viac ako
voľným okom. Veda poznania sa zakladá na hĺbke,
nie na povrchnosti. Do jednotlivých odvetví priemyslu sa neustále zavádzajú nové stroje a zariadenia, na ktoré sú kladené vyššie a vyššie požiadavky.
V posledných desaťročiach došlo k významným
zmenám v technológiách, ktoré sa stávajú prístupRychle vpřed
On-line monitorování vlhkosti v oleji je důležité pro nejšie pre širší okruh odborníkov v priemyselnej
zamezení nákladné poruchy a neplánovaného pros- praxi. Objektivita poznania je poznačená stopami
toje. Měřením vody v oleji v jednotkách ppm nelze použitých metód. Prírodovedecké metódy spočíodhadnout, jak se mění bod nasycení oleje v systé- vajú v meraní. Pri hľadaní riešenia nestačia len
mu. Voda v mazacím oleji jednak zhoršuje mazací merania a čísla, ale aj určitá úroveň intuície
a myslenia. Myšlienky nemožno vyjadriť číselne.
schopnosti oleje a jednak způsobuje korozi strojů.
Teória technickej diagnostiky musí ponechať otvorené dvere viacerým cestám a metódam poznania.
Vlhkost v plynech a tekutinách
Po mnoho let vědci a laboranti obvykle určovali
Pri kvantifikovaní spoľahlivosti sa používajú
obsah vlhkosti v laboratoři ohříváním vzorku a vývýpočty ukazovateľov spoľahlivosti ako napríklad:
počtem ztráty hmotnosti odpařené vody. Je to stále
- pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky
ještě platná metoda, ale nepochybně má své hranice, nejvíce je problematická přítomnost nestálého
t
R(t1 , t2 ) =
R(t2 ) +
R(t2 t)2(t)dt
ò
materiálu. Pro přesná měření tuto metodu ne0
můžeme používat. Tato analytická metoda je také
- stredná doba do poruchy
velmi zdlouhavá. Další přesnou a citlivou analytickou metodou měření vlhkosti ve vzorku kapaliny
celková doba prevádzky
MTTF =
(nebo plynu) je titrace podle Karl Fischera (roztok
kF
kysličníku siřičitého, jodu a pyridinu v metylalkoholu). Některé analyzátory v průmyslovém procesu
- stredná doba prevádzky medzi poruchami
měří kapacitní reaktanci, používají optická vlákna,
infračervené záření. Jiné analyzují průběh proudu
Ak je o systém (objekt) dobre postarané, znižujú sa
v trubici (mikrovlny). Většina analyzátorů vyžaduje
náklady na prevádzku, znižuje sa spotrebovaná
nějakou variantu vzorkovacího systému.
energia na pohon, a tým aj na údržbu.
Steven Jiroutek a Nicholas Sheble
1
38
TriboTechnika
- cesta k spoľahlivosti
Optimalizácia preventívnej údržby sa zaoberá:
- najohrozenejšie prvky,
- najrizikovejšie poruchy,
- najdôležitejšie prvky,
- prvky, ktoré môžu mať za následok odstavenie
celého systému.
Optimálna preventívna starostlivosť je taká, pri ktorej sa hľadá okamih (alebo meraná hodnota),
diagnostického signálu, kedy sa dosahujú
minimálne náklady na chod daného objektu.
Ekonomické dopady pri nesprávne nastavenej
údržbe.
A, ak je údržba vykonaná v krátkych časových
intervaloch, vyskytuje sa málo porúch, nízke
výpadky v dôsledku neočakávaných situácií,
straty sú nízke, ale preventívne opatrenia zaťažujú prevádzkové náklady.
B, ak je údržba vykonávaná v dlhých časových
intervaloch, riziko z náhlych odstavení sa zvyšuje a náklady sú vyššie, čo je ďalší extrém nastavenia preventívnej údržby.
Z vyššie uvedených extrémnych podmienok treba
pohľadať optimálnu hodnotu intervalu preventívnej údržby. Vzťah pre priemerné jednotkové
náklady je:
No +
Z h F(t p ) +
N po(t p ) +
N pd (t p )
u(t p ) =
t(t p )
V čitateli zlomku sa počíta s nákladmi na preventívnu údržbu, stratami spôsobenými poruchou,
kumulatívnymi nákladmi na prevádzku vyvolanými opotrebením a diagnostikou.
Diagnostická údržba využíva výsledky diagnostických meraní a skúšok. Priebežne sa sledujú
jednotlivé prvky, ktorých rozsah je závislý od
sledovaného objektu a podmienok, v ktorých
pracuje.
Okrem tzv. bežných a očakávaných porúch sa stretávame s termínom„skrytá porucha“, ktoré sú v skutočnosti spôsobené nedostatočnými predchádzajúcimi informáciami o systéme. Príkladom môže
byť porucha spôsobená kombináciou hardvéru
a softvéru.
Spokojný zákazník
Pod dobrým menom výrobku sa skrýva výrobca
a od neho závisí spokojnosť zákazníka. Kedy je
však zákazník naozaj spokojný? Samozrejme vte-
dy, ak sú splnené jeho požiadavky, ako napríklad:
a) výkonnosť zariadenia ( aj jeho spoľahlivosť),
b) náklady spojené s prevádzkou i údržbou,
c) servisné služby pre výrobok sú zabezpečené,
d) kvalita.
Základnými znakmi kvality výrobku sú bezpečnosť, životnosť, bezporuchovosť, udržiavateľnosť,
údržba a pohotovosť. Kritériá závisia aj od druhu
výrobku. Preto, ak sa rozhoduje o budúcom zariadení, prirodzene dôležitým faktorom sú zriaďovacie náklady. Treba však brať do úvahy aj potrebu
nasledujúcich nákladov počas celého životného
cyklu výrobku.
Vyššia bezporuchovosť či ľahko udržiavateľný výrobok môže niekoľkonásobne a rýchlo vrátiť investované prostriedky do preventívnej údržby. Preto je
nutné vykonať ekonomickú analýzu na posúdenie
nákladov v celom životnom cykle stroja či zariadenua. Hlavný dôvod výšky nákladov je energia
spojená s prevádzkou a s údržbou spojená
porucha.
Treba si uvedomiť, že poruchu môže spôsobiť vonkajšia či vnútorná príčina. Vonkajšou príčinou sú
zlé prevádzkové parametre narúšajúce prevádzku
objektu. Vnútorné sú spojené už s predvýrobnou
etapou, s konštrukciou, návrhom výrobku či jeho
chybnou výrobou.
Aby sme poruchám predišli a čo najrýchlejšie ich
odstránili, treba ich najskôr poznať. Veľkým prínosom je znalosť príčiny poruchy, ktorá môže byť:
- porucha návrhu objektu,
- porucha z dôvodu chybnej výroby,
- porucha z dôvodu extrémneho namáhania,
preťaženie v prevádzke,
- časové opotrebenie, degradácia,
- porucha z dôvodu nesprávnej starostlivosti
o zariadenia,
- porucha, ktorej príčina nie je známa.
Následky porúch môžu mať vratný, ale aj nevratný
proces. V každom prípade však majú za následok
zníženie životnosti zariadenia, výrobku, objektu.
Práve tu je priestor na prevenciu, s ktorou je
nevyhnutne spätá technická diagnostika. Meraniami diagnostiky sa získajú výsledky na stanovenie a overenie spoľahlivosti.
Viera Peťková
39
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Motorová paliva a biopaliva
Z hlediska objemu výroby jakož i z hlediska potenciálních dopadů na životní
prostředí jsou nejvýznamnější skupinou rafinérských výrobků motorová paliva. Obsah síry ve všech vyráběných a na trhu nabízených motorových palivech vyhovuje požadavkům na bezsirná paliva, tj. paliva obsahující méně
než 10 mg/kg síry.
40
Motorová vozidla lze na pozemních komunikacích provozovat
pouze na motorová paliva, která
jsou k jejich provozu schválená
hmotách č. 311/2006 Sb., v platném znění. Všechna
motorová paliva dostupná na trhu musí odpovídat příslušným českým technickým normám.
Informace o tom, jaké normě dané palivo odpoví-
podle zákona o podmínkách
provozu vozidel na pozemních
komunikacích č. 56/2001 Sb.,
v platném znění. Prodej a výdej
pohonných hmot musí být v souladu se zákonem o pohonných
dá, musí být umístěna na každém výdejním stojanu nebo pistoli.
U čerpacích stanic se v praxi často můžeme setkat
s názvy paliv odlišnými od níže uvedených. Jedná
se obvykle o tzv. prémiová paliva, kterými se chtějí
odlišit jednotliví prodejci a obvykle mají pomocí
TriboTechnika
vhodných přísad vylepšené vybrané užitné vlastnosti nad rámec požadavků příslušné normy.
I u těchto motorových paliv však musí být informace o odpovídající základní české technické normě
uvedena. Na trhu se mžeme setkat s kapalnými
motorovými palivy určenými pro zážehové motory (automobilové benziny), pro vznětové motory
(motorové nafty)a s plynnými motorovými palivy.
Autobenzíny
Bezolovnaté automobilové benzíny jsou směsi
uhlovodíků vroucí v rozmezí 20 až 215 °C získané
z ropy destilací a dalšími zušlechťujícími technologickými postupy. Mohou obsahovat přísady zvyšující užitné vlastnosti jako např. kyslíkaté složky,
detergentní, antidetonační, antioxidační aj. přísady. Obsahují bioetanol v koncentraci do 5 % objemových a ethery do 15 % objemových; přitom celkový obsah kyslíku nesmí přesáhnout 2,7 % hmotnostních. Pro tento benzin se v praxi používá také
označení E5. Pro širší uplatňování bioethanolu do
automobilových benzinů se nově zavádí benzin
s obsahem ethanolu až do 10 % objemových
a etherů do 22 % objemových; celkový obsah kyslíku nesmí přesáhnout hodnotu 3,7 % hmotnostních. Pro tento benzin se používá označení E10.
Bezolovnaté automobilové benziny se používají
převážně pro zážehové motory silničních motorových vozidel. Nesmějí se používat pro vozidla,
která jsou v provozu na pracovištích v uzavřených
prostorách. Bezolovnaté benziny jsou určené zejména pro moderní typy zážehových motorů vybavených katalyzátorem a řízených lambda sondou.
Pro starší typy motorů s netvrzenými ventilovými
sedly se musí používat speciální přísada na ochranu ventilových sedel dostupná u čerpacích stanic.
Někde je ještě k dispozici bezolovnatý automobilový benzin „Speciál“ sytě oranžové barvy, který
tuto přísadu již obsahuje.
Na trhu jsou dostupné následující druhy automobilových benzinů lišící se oktanovým číslem:
NATURAL 91 – NORMAL; NATURAL 95 – SUPER;
NATURAL 98 – SUPER PLUS.
Pro vozidla vybavená zážehovými motory typu
FFV (Flexi-fuel Vehicle) je na čerpacích stanicích
nabízeno motorové palivo ETHANOL E85
obsahující 70 až 85 % bioetanolu.
Motorové nafty
Motorové nafty jsou směsi kapalných uhlovodíků
získávané z ropy destilací a hydrogenační rafinací
vroucí v rozmezí 150 až 370 °C. Mohou obsahovat
aditiva na zlepšení užitných vlastností, jako jsou
depresanty, detergenty, mazivostní přísady a inhibitory koroze. Obsahují FAME (bionaftu) v koncentraci od 0 do 7 % objemových, označuje se jako B7.
Motorové nafty se používají jako paliva pro vznětové motory nebo také jako palivo pro některé
typy plynových turbín.
Motorová nafta běžně nabízená u čerpacích stanic
je typ pro mírné klima, jehož nízkoteplotní
vlastnosti se liší v závislosti na ročním období. Pro
extrémní zimní podmínky je v omezené míře
dostupná motorová nafta pro arktické klima
třídy 2.
Kromě normální motorové nafty se můžeme setkat se směsnou motorovou naftou obsahující nejméně 30 % objemových bionafty označovanou
jako SMN30 nebo B30. Někdy je nabízena také
čistá stoprocentní bionafta (FAME / MEŘO) označovaná také jako B100.
Plynná motorová paliva
Používání plynného paliva je obvykle spojené
s rekonstrukcí spalovacího motoru. Přitom se očekává, že tyto investice budou kompenzovány nižšími provozními náklady. Plynné palivo je možné
použít jak pro zážehové motory, tak i pro vznětové,
a to jak v provedení atmosférické, tak i přeplňované. Tyto motory mohou být jednopalivové, tj.
pouze na plyn, nebo dvoupalivové. To jsou motory, pracující s plynným palivem jako hlavním
a kapalným jako zapalovacím, nebo alternativně
pracující buď na plynné, nebo kapalné palivo, přičemž záměnu je možné uskutečnit za chodu motoru bez montážních úprav. Stále však platí, že i tato
vozidla musí být schválena k provozu pro daný typ
paliva. V automobilové dopravě se obvykle dává
přednost zážehovému způsobu zapálení směsi
plynu se vzduchem ve dvou odlišných koncepcích
– spalování stechiometrické směsi nebo spalování
chudé směsi.
LPG
Zkapalněné ropné plyny jsou v současné době nejrozšířenějším představitelem plynných paliv. Tyto
plyny se také často označují jako propan – butan
podle dvou základních komponent tohoto paliva.
Kvalitativní požadavky na LPG se liší v závislosti na
způsobu použití. Na rozdíl od požadavků na propan – butan používaný jako topný plyn se v požadavcích kladených na LPG používaných jako motorové palivo klade důraz na čistotu, těkavost a antidetonační charakteristiky.
41
4/2013
4/2013
TriboTechnika
CNG
Stlačený zemní plyn se jako motorové palivo používá obvykle v zážehových motorech vybavených
elektrickým zapalováním palivové směsi, která se
vytváří ve směšovači před vstupem do válců motoru. Ke snížení množství škodlivých emisí se obvykle
používá katalyzátor. V současné době používané
motory jsou přizpůsobeny buď pro spalování
stechiometrické směsi, nebo chudých palivových
směsí.
Vývoj trhu motorových paliv
Trh s motorovými palivy je v celé Evropě poznamenán pokračující globální ekonomickou krizí. To se
projevuje také na vývoji spotřeby motorových
paliv na trhu jednotlivých členských zemí EU a ČR
není výjimkou. Zatímco spotřeba motorové nafty
stagnuje na úrovni předcházejících let, spotřeba
automobilového benzinu i nadále klesá. To je dáno
především menší kupní silou a snahou motoristů
ušetřit, projevuje se zde také technologický pokrok, kdy nově nabízená motorová vozidla mají
nižší spotřebu pohonných hmot a současně se
navyšuje podíl biosložek v palivech. Tím se stále
více rozevírají nůžky mezi vývojem spotřeby benzinu a nafty, což vede ke značným problémům v rafinériích. Bude nezbytné najít nějaké řešení, protože
lze jen těžko předpokládat nějaký zásadní obrat ve
vývoji spotřeby.
Alternativní pohony se zatím příliš na celkové spotřebě neprojevují, přesto však můžeme pozorovat
některé zajímavé skutečnosti. Zdá se, že v poslední
době nastává určitý odklon od vývoje elektromobilů. Je to způsobeno zejména tím, že se stále
nedaří dostatečně zvýšit dojezd na jedno nabití,
váha baterií představuje značné zatížení vozidla
a síť dobíjecích stanic se nerozvíjí. Největší perspektivu v tomto segmentu patrně představují
automobily na CNG (LNG) a palivové články, zatímco počet příznivců LPG se nijak radikálně nemění.
Uplatňování biopaliv
Dosud platila povinnost, že motorová paliva,
uváděna na území České republiky do volného
daňového oběhu, musí obsahovat určitý podíl biopaliv. V současné době je tento podíl následující:
4,1 % V/V bioethanolu z celkového množství benzinů
6,0 % V/V FAME z celkového množství motorové
nafty
Dodavatel pohonných hmot je povinen k 31. lednu
42
podat zprávu o plnění povinnosti místně příslušnému celnímu úřadu.
K tomu nově přibyla další povinnost, že dodavatel
pohonných hmot je povinen postupně snižovat
emise skleníkových plynů na jednotku energie
obsaženou v pohonné hmotě v úplném životním
cyklu pohonné hmoty. Toto snížení musí dosáhnout hodnoty 2 % do 31. 12. 2014; 4 % do 31. 12.
2017 a 6 % do 31. 12. 2020
Do plnění povinností uplatňování biopaliv mohou
být započtena pouze biopaliva splňující kritéria
udržitelnosti, která musí dosáhnout min. 35 % do
31. 12. 2016 a min. 50 % od 1. 1. 2017. Pro nové jednotky uvedené do provozu od 1.1 2017 pak musí
biopalivo od 1. 1. 2018 dosáhnout kritéria
udržitelnosti min. 60 %.
Každá dodávka biopaliva musí být doprovázena
certifikátem udržitelnosti, který musí obsahovat
mj. údaje o druhu biomasy použité k výrobě biopaliva (podíl jednotlivých druhů), státu původu
biomasy a hodnotě emisí skleníkových plynů
v g CO2 ekv/MJ.
Dodavatel pohonných hmot je povinen každoročně do 15 března podat MŽP a celnímu úřadu
„Zprávu o emisích“. Údaje v této zprávě musí být
ověřeny autorizovanou osobou. První zpráva bude
za plnění této povinnosti v roce 2013. Roční zpráva
o emisích musí obsahovat údaje o celkovém objemu každého typu dodané pohonné hmoty s udáním místa nákupu a její původ a o množství emisí
skleníkových plynů na jednotku energie v dodané
pohonné hmotě včetně členění na jednotlivé typy
dodaných pohonných hmot.
Pro prokázání plnění legislativních povinností při
uplatňování biopaliv musí být zaveden systém kvality, který musí umožňovat a zahrnovat prokázání
původu biomasy a zavedení systému vedení
a vykazování hmotnostní bilance biopaliv. Tato evidence musí prokazovat původ biomasy a splnění
kritérií udržitelnosti. Současně tento systém musí
být provázaný na jednotlivé certifikáty / prohlášení
o shodě s kritérii udržitelnosti.
Splnění stanovených úkolů v oblasti implementace biopaliv nebude po roce 2014 možné bez využití vyspělých biopaliv (tj. biopaliv II. a III. generace)
vyrobených na bázi nepotravinářských surovin
a odpadů. V současné době jsou taková biopaliva
v Evropě prakticky nedostupná. EU chce stimulovat rozvoj v této oblasti zavedením limitu pro biopaliva I. generace vyráběná z potravinářské biomasy na úrovni max. 5 % od roku 2020.
Ing.Václav Pražák, Česká rafinérska
4/2013
TriboTechnika
Národné fórum údržby 2013
Koniec mája a hotel Patria na Štrbskom Plese sa pre údržbársku obec na
Slovensku už 14 rokov spája s konferenciou „Národné fórum údržby“, ktorú
organizuje Slovenská spoločnosť údržby (SSU). Za toto obdobie si podujatie
dokázalo vybudovať pevnú pozíciu a každý rok sústreďuje na jedno miesto
ľudí, ktorí majú čo povedať k problematike údržby. Stalo sa vrcholovým
stretnutím odborníkov z oblasti údržby predovšetkým zo Slovenska, ale aj
z viacerých zahraničných štátov.
Napriek pretrvávajúcej ekonomickej kríze počet účastníkov nenasvedčuje, že by sa kríza dotýkala aj
údržby. Možno údržba môže byť
jedným z liekov na prekonávanie
krízy, nakoľko výraznou mierou
prispieva ku kvalite výroby, zvyšovaniu spoľahlivej a bezpečnej prevádzke zariadení, či šetreniu energie. Je prirodzená snaha dozvedieť sa o nových poznatkoch
a predovšetkým používaných
riešeniach, ktoré vedú k zvyšovaniu efektivity činnosti zariadení
podnikov a firiem. Preto vízia konferencie, formulovaná už na
začiatku v roku 2000: „Prinášať
aktuálne informácie na vysokej
odbornej úrovni a vytvárať vhodné podmienky na výmenu skúseností odborníkov v údržbe zo
Slovenska a zahraničia“ zostáva
stále aktuálna.
Konferencia sa snaží obsiahnuť
údržbu z čo najširšieho pohľadu,
lebo sa svojou podstatou týka
takmer všetkých oblastí, nielen
priemyselnej výroby. Širokospektrálnym zameraním prináša
pohľady z rozličných uhlov, čo
môže inšpirovať k nekonvenčným
riešeniam. Manažérom dáva
možnosť nahliadnuť do oblasti
technológií a diagnostiky, technikom do oblasti riadenia a informačných systémov, „praktikom“
zoznámiť sa s teoretickými
prístupmi„akademikov“ a naopak.
Účasť na tomto ročníku sa vyrov-
44
nala rekordnej z roku 2008, v ktorom sme zaznamenali číslo 223. V tomto roku bolo 222 účastníkov,199 domácich a 23 zahraničných - tradične najviac z Česka - 17 , z Holandska - 2, z Litvy, Maďarska,
Poľska a Rakúska po 1. Prehľad vývoja počtu účastníkov za všetky uskutočnené konferencie od roku
2000 do 2013 dokumentuje graf. Rekordnou bola
tentoraz účasť zo Slovenska, takmer 200.
Konferencia aj v tomto roku pokračovala v zaužívanom modeli jeden a poldňovej konferencie, doplnenej sprievodnými akciami. V programe bolo
zaradených a odznelo 44 prednášok, z ktorých
významnú časť predstavovali prezentácie riešení
a produktov partnerov konferencie. Zástupca U. S.
Steel Košice, s. r. o. Ing. Ján Petko, predstavil zaujímavý pohľad na etiku v údržbe a podnikaní, kde
zdôraznil potrebu korektného a transparentného
prístupu k zákazníkom a dodávateľom, lebo len
taký môže zabezpečiť dlhodobú prosperitu podniku. Druhý generálny partner, firma VERTICAL
Insdustrial, a.s. predstavila inú oblasť údržby ako je
priemyselná údržba, a to stavebnú údržbu, konkrétne sanáciu technologických objektov.
Potvrdilo sa, že údržba skutočne pokrýva široké
spektrum odvetví a stavebná údržba je jej neodde-
TriboTechnika
liteľnou súčasťou, hoci býva často odsúvaná.
Rozbité cesty po tohotoročnej zime iste každému
dali pocítiť, že zanedbávanie nielen tejto údržby sa
nevypláca. V prezentáciách častejšie zaznelo aj
slovo „asset management“ (napr. v prednáške profesora Legáta z ČZU Praha, alebo Ing. Šandora
z firmy Inseko), ktoré začína byť v posledných
rokoch veľmi frekventované. Chce sa tu poukázať
na miesto údržby ako významnej a neoddeliteľnej
súčasti širšie chápaného využívania hmotného
majetku.
V prvý deň konferencie boli prednášky zamerané
hlavne na riadenie údržby, najlepšiu prax, ale aj na
podporu údržby s využitím informačných systémov. Druhý deň boli témy z oblasti technickej
diagnostiky a prediktívnej údržby ako aj
progresívnych technológií údržby.
V úvode konferencie SSU udeľuje aj svoje ceny ako
uznanie za prínos k rozvoju údržby. Už po
jedenásty krát bola udelená cena SSU „Údržbár
roka“. Aj v tomto roku ju dostali dvaja ocenení –
pán Ladislav Topolčány, vedúci technického úseku
SLOVCEM spol. s r.o. Malacky, za prínos v oblasti
progresívnych technológií renovácií využitím
tekutých kovov a náterových systémov, a Ing. Ivan
Ševčík, dlhoročný riaditeľ firmy INSEKO, a.s., priekopník a vedúca osobnosť pri zavádzaní informačných systémov údržby na Slovensku a v Čechách.
Desiatykrát bola udelená cena SSU za diplomovú
prácu. V tomto roku ju dostal Ing. Vladimír Gajdoš,
absolvent TU v Košiciach, Fakulty baníctva,
ekológie, riadenia a geotechnológií, Ústavu
logistiky priemyslu a dopravy, za prácu: „Návrh
systému údržby Transpetrol – PS-1 Budkovce“.
Pri otvorení konferencie bola predstavená aj dlho
avizovaná publikácia „Manažérstvo údržby –
synergia teórie a praxe“, ktorú v spolupráci
s Českou společností pro údržbu vydala SSU.
Publikácia je dielom vyše 30 autorov z oboch
krajín. Na vyše 600 stranách predstavuje prakticky
všetky aspekty údržby od manažérstva údržby, cez
otázky rizík, spoľahlivosti, diagnostiky, technológií
až po informačné systémy. Je skutočnou
„encyklopédiou údržby“ a prináša ucelený pohľad
na danú problematiku. Paralelne so slovenskou
publikáciou s malým predstihom vyšla v Českej
republike kniha „Management a inženýrství
údržby“. Z českej strany hlavnými aktérmi tvorby
knihy boli profesor Václav Legát a Ing. Zdeněk
Votava, zo slovenskej strany profesorka Hana
Pačaiová, doc. Juraj Grenčík a Ing. Vendelín Iro.
Slovenskú publikáciu si možno objednať priamo
od SSU. Veríme, že aj táto kniha svojim dielom
prispeje k rozvoju údržby na Slovensku.
Neoddeliteľnou časťou konferencie boli aj firemné
výstavky, v tomto roku s rekordným počtom 30
vystavovateľov. Na výstavkách si mohli záujemcovia osobne vyskúšať a prekonzultovať možnosti
využitia vystavovaných prístrojov a systémov.
Popri hlavnom programe hneď na druhý deň
konferencie popoludní sa uskutočnil seminár „SKF
– riešenia pre Asset Management“, ktorý viedol
pán Paul Daugalis z Litvy, pôvodom z Austrálie,
kde dlhé roky aj pôsobil. Predstavil koncepciu
asset managementu, využitia informačných systémov pre podporu údržby, pričom zdôraznil potrebu využívania údajov zo systémov, nakoľko údaje
samotné úžitok neprinesú, ale treba ich vedieť
správne využiť. V závere sa venoval metódam
RCFA (Root Cause Failure Analysys a RCM –
Reliability Centred Maintenancee). Na tretí deň
boli ešte ďalšie dva semináre. Prvý na tému
„Praktické skúsenosti implementácie Totálne
produktívnej údržby, ktorý viedli Ing. Gabriel
Dravecký a Ing. Ľubomír Drahoš, druhý na tému
„Risk based inspection - základné nástroje a možnosti využitia v praxi“, ktorý viedla Prof. Hana
Pačaiová a Ing. Štefan Zöbel.
Konferencia opäť potvrdila svoju pevnú pozíciu
popredného podujatia údržbárov na Slovensku.
Ak je na začiatku uvedené, že koniec mája a hotel
Patria sa automaticky spájajú s konferenciou, tak
na budúci rok to nebude celkom pravda.
Obľúbené miesto zostáva, ale termín bude posunutý o jeden týždeň neskôr na začiatok júna.
Dúfame, že tento posun nič nezmení v doterajšej
úspešnej histórii série konferencií Národné fórum
údržby. Už teraz pozývame na štrnásty ročník konferencie Národné fórum údržby 2014 v dňoch
3. - 4. júna 2014 na Štrbskom Plese.
Juraj Grenčík
45
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Formulace mikrofiltrovatelných
odmašťovacích lázní - 2. část
Organické složky odmašťovačů
ve vztahu k mikrofiltraci
V odmašťovacích lázních a příbuzných přípravcích se vyskytuje několik organických funkčních složek,
které jsou kombinovány s anorganickými složkami. Existují i oba
extrémy, lázně bez anorganických
složek nebo bez organických přísadových látek. Obvyklá je však
kombinace obou složek, výhodná
jak z funkčního tak ekonomického
hlediska. V lázních můžeme nalézt
organické složky s funkcí :
· povrchově aktivní látky
· komplexotvorné látky
· tlumiče pH
· pasivační nebo inhibiční látky
· rozpouštědla
Nejvýznamnější složkou jsou povrchově aktivní látky, hlavně tenzidy,
které nejvýznamněji ovlivňují
základní funkční vlastnosti v současných odmašťovacích lázních.
Nesou převážnou část odmašťovací, emulgační, dispergační, antiredepoziční účinnosti. Významně
ovlivňují deemulgaci mastnot,
pěnivost, odpěňovací schopnost
a řadu dalších vlastností odmašťovače. Nové typy odmašťovacích
lázní obsahují obvykle vyváženou
směs tenzidů, pro dosažení optimalizované kombinace vlastností.
Často se k základnímu složení odmašťovací lázně přidávají další tenzidové složky, které změní charakter lázně (z neemulgující na emulgující ap). Povrchově aktivní látky
také nejvíce ovlivňují vlastnosti
lázní a jejich vhodnost pro regeneraci mikrofiltrací. V odmašťovacích
lázních fungují jako :
· odmašťovací, mycí nebo prací
látky zajišťují hlavní funkci odmašťovací nebo čistící lázně
· emulgátory a deemulgační přísady emulgují mastnoty a stabili-
46
zují nebo naopak destabilizují micely kapalných
nečistot a podporují jejich spojování do větších
kapek a oddělení na hladině lázně
· smáčedla zajišťují rychlé smáčení odmašťovaných povrchů a pevných nečistot nebo dobré rozprostření a homogenizaci tenzidového premixu
s anorganickými solemi při míchání práškových
odmašťovacích přípravků
· dispergátory dispergují mechanické částice
nečistot a jiných částic vznikajících v průběhu
odmašťování
· solubilizátory rozpouštějí ve vodě zcela nerozpustné látky, takže tvoří pravé roztoky
· antiredepoziční látky zabraňují zpětné depozici
nečistot na očištěném povrchu kovu, zejména při
naředění lázně při oplachování
· hydrotropní látky umožňují míchat homogenní
kapalné koncentráty tenzidů s anorganickými složkami, které by se jinak rozdělily na dvě oddělené
kapalné fáze
· látky ovlivňující bod zákalu tenzidů zvyšují
nebo snižují bod zákalu tenzidové směsi při daných
pracovních podmínkách lázně, jsou často významné pro pěnění lázní a mikrofiltraci
· inhibitory kovů, inhibitory moření, pasivační
látky snižují rozpouštění kovů v kyselé nebo alkalické oblasti pH v odmašťovací lázni, nebo pasivují či
inhibují povrch kovu po odmaštění, zajišťují tak
mezioperační ochranu odmaštěného povrchu
· odpěňovače nebo látky zvyšující pěnivost
a potlačující vznik aerosolů, snižují pěnivost a stabilitu pěny odmašťovací lázně pro odmaštění postřikem nebo naopak zvyšují pěnivost a stabilitu pěny
pro šamponování apod. Vrstvou pěny na hladině
elektrolytických odmašťovacích lázní omezují tvorbu dráždivých aerosolů odmašťovací lázně
· látky zlepšující oplachovatelnost zlepšují kvalitu oplachu a zkracují expoziční dobu oplachování
Pro zajištění optimální funkce lázně se v odmašťovacím přípravku obvykle kombinuje řada povrchově aktivních látek. Naopak jedna povrchově aktivní
látka může zajistit více funkcí v odmašťovací lázni.
U jednoduchých přípravků bývají obvykle kombinovány 2-3 povrchově aktivní látky. U složitějších
přípravků jde až o 5-8 povrchově aktivních látek.
Tenzidy podle ionogenity
Obecně se tenzidy dělí na anionaktivní, kationak-
TriboTechnika
tivní, neionogenní a amfoterní. V odmašťovacích
lázních se mohou vyskytovat všechny typy tenzidů. Obecně platí, že nevhodné jsou kationaktivní
tenzidy pro jejich snadnou a často nevratnou
adsorpci na materiálech membrán. Adsorpcí je
ovlivněna silně nábojová struktura povrchu kanálků a tím i pohyb iontů přes membránu. Ostatní
typy tenzidů nejsou obvykle problémem, pokud
splňují další kriteria použitelnosti. U některých tenzidů, hlavně amfoterních, záleží na oblasti pH, jak
se projeví jejich ionogenita. V kyselých prostředích
se kvarterizuje organicky vázaný dusík a amfoterní
tenzidy (např. betainy) se stávají kationaktivní.
Obdobně se chovají i ethoxylované mastné aminy,
které se v neutrálním a alkalickém prostředí chovají jako neionogenní. Tento fakt je nutné mít na
zřeteli, jedná-li se o regeneraci kyselých a silně
kyselých odmašťovačů nebo přípravků pro sdruženou operaci odmaštění - moření. Dále je nutné
změnu ionogenity tenzidů brát do úvahy při kyselé regeneraci membránového svazku. Tenzidy uvedeného charakteru ze zbytků alkalické odmašťovací lázně se kyselým čistícím přípravkem spolehlivě převedou do kationaktivní formy. Při podezření, že odmašťovací lázeň obsahuje tyto tenzidy, je
bezpečnější, před aplikací kyselého regeneračního roztoku svazek dobře promýt vodou nebo nejlépe alkalickým regeneračním roztokem.
Vliv kationaktivních tenzidů nebo tenzidů měnících svou ionogenity lze potlačit přídavkem neionogenních tenzidů. Proto ve směsích tenzidů se
mohou kationaktivní tenzidy vyskytovat. Bez problémů je možné kombinovat ethoxylované mastné aminy s neionogenními a anionaktivními tenzidy pro mikrofiltrovatelné přípravky, pracující
v neutrálním až silně alkalickém pH. Tyto tenzidy
jsou pro formulaci výhodné zejména svým vysokým bodem zákalu (viz dále).
Tenzidy podle bodu zákalu
Tenzidové složky odmašťovacích lázní vytvářejí
v lázni asociované útvary - micely. Chovají se tedy
jako koloidní částice. Tvorba micel jejich tvar a velikost je ovlivňována řadou faktorů. Patří k nim
struktura molekuly tenzidů, ionogenní či neionogenní charakter, solnost roztoků, pracovní teplota
a řada dalších veličin. Jsou známa nebo naměřena
data o chování řady obvyklých tenzidů používaných zejména v textilním průmyslu. Předpovědět
chování složitějších směsí tenzidů je však velmi
obtížné a musí se provést mnoho praktických
funkčních zkoušek. Velikost micel tenzidů je různá
a pokud jsou řádu desítek nm a větší, tvoří v lázni
zákal. Bod zákalu, teplota při které se v roztoku tenzidu vytvoří zákal, je jedna z důležitých charakte-
ristik tenzidu a jsou stanoveny uzanční metody
jeho měření v různých prostředích. Konkrétní hodnotu bodu zákalu tenzidu nebo směsi tenzidu je
možné ovlivnit složením a pracovními podmínkami odmašťovací lázně. Rozhodující je zejména teplota odmašťování. Bod zákalu velmi často určuje
pěnivost lázně. Lázně s neionogenními tenzidy,
pracující při teplotách nad bodem zákalu pění
méně než stejná lázeň pod bodem zákalu.
Proč je tvorba micel tenzidů v lázních tak významná? Velikost micel může vzrůst natolik, že se stanou neprůchodné přes mikrofiltrační membránu
a permeát, vyčištěná lázeň, ztrácí svou nejúčinnější složku. Kromě velikosti se patrně při průchodu
kanálkem membrány uplatňuje i nábojový charakter micely. Na základě zkoušek bylo zjištěno, že
tenzidové směsi vykazující zákal, se zachycují při
mikrofiltraci na membráně a procházejí do permeátu jen velmi málo. Proto je možné považovat
téměř všechny lázně pracující nad bodem zákalu
(zakalené vlivem zvětšené velikosti micel tenzidů)
za nevhodné pro mikrofiltraci a naopak. Toto jednoduché a patrně ne zcela exaktní kritérium se dalšími zkouškami potvrdilo. Kritérium bodu zákalu
zároveň velmi usnadňuje formulaci lázně, protože
ke stanovení bodu zákalu lázně je zapotřebí jen
teploměr a vizuální pozorování kádinky s lázní při
ohřevu a ochlazování.
Bod zákalu tenzidů je dán strukturou tenzidu
zejména poměru vlivu hydrofobní a hydrofilní
části tenzidu. Poměr obou strukturních částí se
vyjadřuje hodnotou HLB (hydrofilic lipofilic balance). Tato hodnota se dá vypočítat pro různé typy
tenzidů podle různých kritérií. Dobře však popisuje chování jen neionogenních tenzidů ethylenoxidovaných mastných alkoholů. Obecně platí, že tenzidy s nízkým HLB mají i nízký bod zákalu a naopak.
Nízký bod zákalu tenzidu ještě neznamená, že je
takový tenzid vyloučen z formulací odmašťovacích lázní pro mikrofiltraci. Bod zákalu konkrétního tenzidu s nízkým bodem zákalu lze zvýšit jinými tenzidy s vysokým bodem zákalu nebo bez
bodu zákalu (bod zákalu vyšší než 100 °C). Dále se
dají použít netenzidové suroviny, většina hydrotropních látek, dispergátory, ředidla apod.
Vyřešení aplikace tenzidů s nízkým bodem zákalu
v odmašťovacích lázních je často klíčovým problémem formulace lázně, protože zejména neionogenní alkoxylované tenzidy se středním HLB a relativně nízkým bodem zákalu jsou velmi účinné složky odmašťovacích lázní. Obecně platí, že nelze předem odhadnout jaký bod zákalu bude mít směs
tenzidů v konkrétním anorganickém základu
odmašťovací lázně. Vše je nezbytné ověřit a navržené složení korigovat podle výsledků praktických
47
4/2013
4/2013
TriboTechnika
zkoušek. Obtížnost návrhu tenzidové směsi je komplikována i faktem, že při provozu lázně se jednotlivé tenzidové složky nepotřebovávají se stejnou
intenzitou. To vede ke změnám poměru tenzidů
v lázni a k postupné změně vlastností lázně (třeba
i změně bodu zákalu). Nerovnoměrná spotřeba složek tenzidů spočívá v rozdílné schopnosti tenzidů
vázat se na kapénky mastnot při tvorbě micel.
Obecně platí, že tenzidy s nízkým HLB, u nichž převažuje vliv hydrofobní složky, se snadno vážou na
mastnoty a s nimi se odstraňují při oddělování
oleje v odlučovačích nebo při mikrofiltraci. V lázni
zůstává větší podíl tenzidů s vyšším HLB, které svou
hydrofilitou jsou ve vodě dobře rozpustné. I tyto
tenzidy se však podílejí na tvorbě difúzní časti elektrické dvojvrstvy micel s mastnotami a stabilizují je,
proto se také ve zvýšené míře ztrácejí z lázně.
Tenzidy a solubilizace
Tenzidy hlavně ethoxylované mastné alkoholy,
alkylfenoly alkylnaftalény, mastné aminy a mastné
kyseliny s vysokým stupněm ethoxylace (15 a více
EO) a také některé sulfonáty a směsi těchto tenzidů
jsou schopny solubilizace mastnot nebo jiných ve
vodě nerozpustných látek. Protože mají i zároveň
vysoké HLB a vysoký bod zákalu tvoří tenzidy se
solubilizovanými mastnotami pravé roztoky.
Membránový mikrofiltrační proces není schopen
takto solubilizované mastnoty zachytit a oddělit
z odmašťovací lázně.
Solubilizace je i jedním z triků, kterými zvýšíme
bod zákalu jiných tenzidů s nízkým stupněm ethoxylace. Pokud se solubilizace bude týkat látek silně
adsorptivních je zde určité riziko, že v solubilizované formě se tyto látky bez problémů dostanou do
kanálků membrány a zde převládne vliv hydrofobních funkčních skupin polymeru membrány a hydrofobní solubilizovaná látka se adsorbuje. Důkazy
že by se tak dělo nebo problémy s membránami
vyvolané solubilizovanými látkami nemáme.
Komplexotvorné látky a inhibitory tvrdosti
vody
Komplexotvorné látky tvoří významnou součást
odmašťovacích lázní. Jejich koncentrace v koncentrátech odmašťovacích přípravků se pohybuje
v procentech u běžných lázní až do desítek procent
v elektrolytických anodických odmašťovacích lázních s odrezovacím účinkem. Plní řadu funkcí:
· vážou do komplexu ionty z tvrdé vody, které
mohou snížit účinnost některých povrchově
aktivních látek
· vážou do komplexů kovové ionty hydrolytických produktů a hydratované oxidy na povrchu
kovu, které se do lázně přenáší z předchozích
48
operací (moření) nebo vznikly na povrchu kovu
při předchozím zpracování a manipulaci
· zabraňují vzniku hydrolytických produktů kovů
v odmašťovací lázni a brzdí jejich vznik při
následném oplachování
· rozpouštějí fosfátové vrstvy z předchozího tváření a vážou do komplexu ionty kovů z kovových mýdel a zabraňují jejich tvorbě v lázni
· mikroskopicky zdrsňují odmašťovaný povrch
(elektrolytické odmašťovací lázně)
· odrezují povrch kovu (jen speciální přípravky)
Z anorganických složek lázně jsou to polyfosforečnany a ve speciálních případech i kyanidy. Z organických látek jsou to soli karboxylových kyselin
z nich nejčastější jsou glukonany, glukoheptonáty
které jsou snadno biologicky rozložitelné, dále citrany, vínany, šťavelany, apod. Z látek s organicky
vázaným dusíkem jsou to ethanolaminy a soli
EDTA a NTA. Soli kyseliny ethylendiamintetraoctové jsou levné a velmi účinné, ale biologicky téměř
nerozložitelné, proto se už používají zřídka a jejich
používání omezuje legislativa. Řada solí organických kyselin funguje v slabě alkalických tenzidových přípravcích i jako tlumiče pH. Významné jsou
i soli fosfonových kyselin a kopolymery kyselin
maleinové a akrylové nebo jiné polykarboxyláty.
Tyto látky kromě komplexotvorné aktivity fungují
jako inhibitory tvrdosti vody, blokují růst větších
krystalků vápenatých a hořečnatých solí a zabraňují jejich usazování na zboží, stěnách vany
a zejména topných tělesech. Fungují i pod hranicí
koncentrace nezbytné pro komplexaci iontů kovu
(„threshold inhibition“) a zároveň modifikují krystalovou strukturu nerozpustných solí („crystal distortion“). Z funkce komplexotvorných látek zároveň vyplývá i nebezpečí pro proces mikrofiltrace.
Je-li v lázni příliš vysoká koncentrace kovů a komplexotvorné látky nestačí na jejich navázání do rozpustných komplexů, dojde k vytěsnění iontů slabě
komplexně vázaných jinými ionty, tvořícími silnější
komplexy. Uvolněné ionty pak tvoří jemné sraženiny, které mohou ucpávat membrány. Inhibitory tvrdosti vody pak brání růstu krystalů sraženin tak
účinně, že jemné sraženiny mohou procházet předfiltrací. V lázních pro mikrofiltraci je lépe inhibitorům tvrdosti vody se vyhnout. Nahrazují se polyfosfáty nebo biologicky odbouratelnými komplexotvornými látkami.
Pasivační nebo inhibiční látky
Tyto látky bývají většinou součástí sdružených operací odmaštění-moření, odmaštění-pasivace,
odmaštění-omílání-pasivace a plní v odmašťovacích lázních následující funkce:
TriboTechnika
·
snižují rozpouštění kovů v kyselé nebo alkalické oblasti pH v odmašťovací lázni
· pasivují či inhibují povrch kovu po odmaštění
· zajišťují mezioperační ochranu odmaštěného
povrchu
Z anorganických složek působí pasivačně na
povrch oceli a železných kovů dusitany, boráty
a křemičitany. Křemičitany blokují rozpouštění hliníku a zinku ve středně alkalických prostředích.
Zabraňují i selektivnímu odzinkování mosazi.
Organické inhibitory také blokují rozpouštění
kovů v alkalickém nebo kyselém prostředí. Jejich
hlavní aplikace je v adsorpční nebo chemisorpční
inhibici kovových povrchů a zajištění mezioperační ochrany odmaštěného povrchu po usušení do
další technologické operace nebo pro manipulaci
a skladování odmaštěné produkce. Využívá se
k tomu široký sortiment organických látek. Pro
železné kovy jsou obvyklé ethanolaminy, které se
aplikují na kovový povrch ze zředěných odmašťovacích lázní dvoustupňovou technologií. V prvním
stupni se v koncentrovanější lázni na bázi ethanolaminů za vyšší teploty povrch kovu odmastí.
V oplachu je lázeň o nižší koncentraci a normální
teploty, kde se ethanolaminy na povrchu zachytí,
usuší a pasivují povrch železa. V případě barevných
kovů se často používají dusíkaté heterocyklické
sloučeniny (deriváty imidazolů a substituovaných
triazolů). Slitiny hliníku se chrání estery kyseliny fosforečné a fungují jako odmašťovací tenzidy. V alkalických odmašťovacích lázních nebudou působit
zásadní problémy. Zasluhují však zvýšenou pozornost pro jejich silnou povrchovou aktivitu, obvykle
polární charakter a silnou adsorpční schopnost.
Nemáme však dostatek praktických zkušeností
se všemi látkami, ale jenom s ethanolaminy, které
jsou bezproblémové. V mikrofiltrovatelné lázni pro
odmašťování slitin mědi používáme směs
tří derivátů dusíkatých heterocyklů pro ochranu
mosazi a lázeň je bez problémů mikrofiltrovatelná.
Domníváme se, že nebezpečí hrozí jen v kyselých
prostředích, vlivem kvarterizace organicky vázaného dusíku a kationizace molekuly dusíkatých
inhibitorů. Pozornost zasluhují i sirné sloučeniny
v kyselém prostředí např. deriváty thiomočoviny.
Tyto látky jsou velmi silně vázány na kovy.
Nemáme s nimi při mikrofiltraci žádné zkušenosti.
Rozpouštědla
Do odmašťovacích lázní se přidávají rozpouštědla
ve vodě nerozpustná a ve vodě rozpustná. Plní
následující funkce:
· pomáhají vytvořit vysoce koncentrované
kapalné koncentráty odmašťovacích lázní
· rozpouští tuky a převádějí je do kapalné,
snadno emulgovatelné formy
· zrychlují odmašťování
Nerozpustná rozpouštědla se používají v emulzních odmašťovačích, kde jsou hlavní odmašťovací složkou. Jsou to dnes většinou dearomatizované uhlovodíky úzkého destilačního rozmezí, což umožňuje přesně regulovat jejich hořlavost. Dále se používají alfaolefiny a d-limonen.
Nasazení mikrofiltrace při provozu těchto lázní
je nemožné. Mikrofiltrace se však může uplatnit
při likvidaci vyčerpaných emulzních koncentrátů odmašťovačů nebo regeneraci oplachových
vod po emulzních odmašťovačích.
Z rozpustných ředidel se používají ethanol a propanol pro snížení viskozity tenzidových směsí.
Při zředění koncentrátu na pracovní lázeň je
jejich obsah v lázni zanedbatelný a mikrofiltraci
neovlivňuje. Nevhodnou složkou jsou pro řadu
plastových mikrofiltračních membrán ve vodě
rozpustná ředidla typu alkylglykoleterů (Dovanoly, Solvenony) nebo N-methylpyrrolidon. Tyto
látky se používají, jednak pro zvýšení účinnosti
zejména tenzidových odmašťovacích lázní, jednak pro přípravu vysoce koncentrovaných
kapalných koncentrátů tenzidů. Zejména při zvýšené teplotě způsobují bobtnání polymerů mikrofiltrační membrány a mohou zcela zablokovat
průchod permeátů. Poškození membrán bývá
často nevratné.
Ve zvýšené míře se tato ředidla a jim podobná
používají v silně alkalických odstraňovačích nátěrů. Zbobtnání a rozpad polymerů lakových bází
je v těchto jejich hlavním úkolem. Navíc lázně
pracují při teplotách okolo 80 °C. Tyto lázně jsme
netestovali. Domníváme se, nasazení mikrofiltrace s plastovými membránami by v tomto případě byla katastrofa.
Shrnutí zásad formulace přípravků pro mikrofiltraci:
1. Vyhni se kationaktivním tenzidům, amfoterní jsou podezřelé
2. Odmašťovací lázeň musí mít bod zákalu tenzidové směsi vyšší alespoň o 10 °C než je její
obvyklá pracovní teplota
3. Nepoužívej ve vodě rozpustná ředidla,
chceš-li použít plastové moduly
4. V kyselé oblasti pH může být všechno jinak
Část podkladů pro tuto publikaci byla získána
v rámci řešení programu MPO TANDEM projekt
FT-TA/047 „Optimalizace materiálového řešení
a aplikace principů protikorozní ochrany technologických zařízení a celků“.
Petr Szelag
49
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Aplikácia a optimalizácia
plastických mazív
Plastické mazivá majú stále miesto v sortimente mazacích prostriedkov. Ich špecifické aplikačné vlastnosti nachádzajú uplatnenie hlavne tam, kde mazacie oleje napriek svojim lepším úžitkovým vlastnostiam predstavujú často problémy z hľadiska obsluhy a údržby strojov a zariadení. Používajú sa najmä na mazanie valivých a klzných ložísk, klzných plôch
a iných strojových častí. V prípade valivých ložísk ide o náročné podmienky.
Na zabezpečenie správneho mazania v prípade použitia plastických
mazív treba pozornosť venovať
týmto štyrom aspektom, technologickým postupom. Ide o správny
výber plastického maziva (druh
mazivá), stanovenie aplikačnej
metódy (postup, spôsob mazania),
stanovenie množstvo maziva
(v gramoch), a určiť, ako často
treba mazivo dopĺňať (stanoviť
domazávací interval).
Výber plastického maziva
Anatómia plastických mazív je
daná formuláciou troch zložiek,
ktoré vytvárajú plastické mazivo.
Základový olej a prísady sú hlavné
komponenty, a ako také vytvárajú
a ovplyvňujú vlastnosti plastického maziva. Zahusťovadlo je často
uvádzané ako špongia, ktorá drží
mazivo (základový olej a prísady)
a vytvára potrebnú štruktúru.
Pre lepšiu predstavu o chemickom
zložení plastického maziva, uvedieme v prehľade jednotlivé komponenty v percentuálnom vyjadrení.
Základový
olej
70 až 95 %
Zahusťovadlo
Prísady
3 až 30 %
0 až 10 %
Plastické
mazivo
100 %
Pri hodnotení vlastnosti plastických mazív treba sa zamerať na
tieto fyzikálne a prevádzkové charakteristiky:
· Čerpateľnosť
· Odolnosť proti vode
· Konzistenciu
50
Bod skvapnutia
Oxidačnú stabilitu
· Vysoko teplotné vlastnosti
· Nízko teplotné vlastnosti
Pri výbere plastických mazív treba zohľadniť uvedené fyzikálne a prevádzkové vlastnosti. V technickej praxi sa často stretávame s problémom vzájomného zmiešania jednotlivých druhov plastických
mazív. Ide o problém, ktorému treba venovať zvýšenú pozornosť. Problém sa môže prejaviť, napr. pri
domazávaní trecích uzlov, ložísk a iných strojových
častí. V tabuľke č.1 je uvedené porovnanie miešateľnosti plastických mazív podľa druhu použitého
zahusťovadla. Často sa vyskytuje aj problém stanovenia intervalu domazávania a množstva maziva na
dopĺňanie. Zlúčiteľnosť, resp. nezlúčiteľnosť plastických mazív bola a je testovaná najmä výrobcami
valivých ložísk. V takýchto prípadoch sa porovnávajú najmä jednotlivé typy zahusťovadiel (kovových mydiel) alebo jednotlivé druhy použitých
základových olejov.
Kompatibilita vysoko teplotných mazív je ešte viac
problematická. Ide o plastické mazivá, ktoré sa používajú pre teploty od 120 do 150 °C a samozrejme aj
pre prevádzkové teploty nad 200 °C. V takomto prípade treba venovať výberu, zámene plastických
mazív mimoriadnu pozornosť. Plastické mazivá
predstavujú komplexnú zmes chemikálií, dobre
definovanú a vyváženú na zabezpečenie správnej
výkonovej úrovne plastického maziva.
Tu treba spomenúť Arrheniusovo pravidlo, ktoré
hovorí, že chemické reakcie prebiehajú dvojnásobne rýchlejšie pre každých 10 °C zvýšenej teploty, čo
má tiež vplyv na kompatibilitu maziva a môže sa
prejaviť zriedením maziva. V takomto prípade prevádzkovateľ by mal zvýšiť dávkovanie maziva
pokiaľ problém neprestane. Treba si uvedomiť, že
zahusťovadlá, prísady a základové oleje v takýchto
prevádzkových podmienkach reagujú pri rozlič·
·
TriboTechnika
ných teplotách a v rôznych časový intervaloch.
Definovať, ako sa prejavuje nezlučiteľnosť plastických mazív v praxi je dosť náročné. Napriek tomu
treba uviesť, že sa to prejaví vo výkonnosti maziva
va. Je veľmi efektívny spôsob a pri porovnaní, napr.
s automatickým systém ponúka určité výhody.
V praxi sa občas stane, že musíme zmeniť druh plastického maziva a vtedy treba dodržať postup, aby
Porovnávacia tabuľka miešateľnosti plastických mazív
tabuľka č.1
a v zmene jeho fyzikálnych vlastností pri zmiešaní
dvoch alebo viacerých plastických mazív.
Nezlučiteľnosť sa prejaví ako zníženie mazivostnej
výkonnosti. Zmena fyzikálnych vlastností sa prejaví zmäknutím alebo stvrdnutím konzistencie maziva, poklesom strihovej a teplotnej stability, čo sa
prejaví znížením bodu skvapnutia. Keď teplota
prekročí bod skvapnutia maziva, olejová zložka
odchádza a plastické mazivo sa stáva nefunkčným.
Aplikačné metódy, spôsob mazania
V praxi sú známe rozličné metódy, postupy pre
aplikáciu plastických mazív. Mazivo môže byť aplikované prostredníctvom centrálneho mazacieho
systému, automatickým systémom pre jednotlivé
mazacie miesta (automatické maznice), ručné
a nožné mazacie prístroje, ručné mazanie (stierkou) alebo mazanie pomocou ručného pákového
mazacieho lisu. Ručný mazací lis (tlak až 100 Mpa)
sa v bežnej tribotechnickej praxi ešte stále použí-
sa minimalizovalo nebezpečenstvo zmiešania
nezlúčiteľnných plastických mazív. Musia byť dodržané podmienky:
1. Zistiť, či konštrukcia ložiska dovolí odstrániť
pôvodné mazivo z ložiska, mazacieho systému.
Môže nastať, napr. poškodenie ložiska pri uzavretom, krytom ložisku.
2. Zistiť, či je ložisko schopné ďalšej prevádzky
ešte pred výmenou mazív. Zlý stav ložiska, tolerancie, nesprávne uloženie ložiska alebo prípadné
poškodenie ložiska nemusí byť vždy dôvodom na
zmenu maziva.
3. Zistiť, či mazacie podmienky vyhovujú prevádzkovým podmienkam ložiska v celom rozsahu.
Treba pamätať, že okrem konštrukcie ložiska
a množstva maziva je nutné rešpektovať najmä
prevádzkovú teplotu ložiska.
Napriek splneným hore uvedeným podmienkam
odporúča sa dodržať nasledovný postup pri zámene plastického maziva:
1. Používajte pôvodné mazivo tak dlho, ako je to
51
4/2013
4/2013
TriboTechnika
možné z toho dôvodu, že treba sa správne rozhodnúť a pripraviť nové mazivo.
2. Pokiaľ ložisko je v prevádzke, pri zámene mazív
pomaly dávkujte nové mazivo (ručný mazací lis)
a to až dovtedy, kým sa nevytlačí staré mazivo, čo
sa prejaví buď zmenou konzistencie, alebo farby
plastického maziva.
3. Predchádzajúci postup opakujte po jednej až
dvoch hodinách prevádzky, alebo až potom, keď
ložisko pracuje v normálnom režime, t.j. v stálych
prevádzkových podmienkach.
4. Nechajte ložisko v prevádzke jeden týždeň (pokiaľ domazávací interval nebol dlhší ako jeden týždeň) a ďalej dodržujte stanovené domazávacie
intervaly.
5. Vzhľadom na uvedený postup sa očakáva
dočasný nárast objemu, spotreby použitého, nového maziva počas prvých dvoch domazávacích
intervalov.
6. Odporúča sa vykonávať monitorovanie,
diagnostiku ložiska, trecieho uzla (vibrácie,
domazávací interval a iné).
Mk = (0,5 ...20) . V ( kg/hod)
Kde : D – je vonkajší priemer ložiska / mm /
B – je šírka ložiska / mm /
V – je voľný priestor v ložisku / m3 /
X – korekčný faktor
Uvedené odporúčania na stanovenie množstva
maziva sú len pomôckou pre prax. Týmto otázkam
treba venovať väčšiu pozornosť.
Aké množstvo plastického maziva treba použiť pri
správnom domazávaní často rozhoduje samotné
konštrukčné riešenie ložísk (typ ložiska) a prevádzkové podmienky (otáčky, teplota). Všeobecne platí, že voľný priestor ložiska sa odporúča naplniť len
z 2/3, v prípade bežných podmienok. Pre stanovenie konkrétneho množstva plastického maziva sa
často uplatňuje údaj, tzv. rýchlostný faktor, súčin
n . dm (min-1 . mm),
kde : n - sú otáčky ložiska 1/min
dm – stredný priemer ložiska v mm
Všeobecné odporúčania
1. Vyčistíte maznicu, mazané miesto pred kažIde o všeobecné pravidlo, pomôcku na stanovenie
dým domazávaním.
množstva plastického maziva. V prehľade sú uve2. Plastické mazivo čerpajte, dávkujte do mazníc,
dené všeobecné údaje pre plnenie množstva plasložísk pomaly.
tického maziva do voľného priestoru ložiska v per3. Nové plastické mazivo sa odporúča použiť len
centách ( % ) podľa súčinu n . dm.
vtedy, pokiaľ je ložisko v dobrom stave
Plniace množstvo
a pracuje v normálnych prevádzkových
plastického
Rýchlostný faktor n . dm
podmienkach.
< 90 000 ( nízka rýchlosť )
90 000 až 500 000 ( stredná rýchlosť )
500 000 až 1 000 000 ( vysoká rýchlosť )
> 1 000 000 ( veľmi vysoká rýchlosť )
Množstvo maziva na domazávanie
V praxi sa stretávame často s požiadavkou
na stanovenie množstva plastického maziva na domazávanie. Je mnoho odporúčaní
a postupov na stanovenie množstva maziva najmä od výrobcov valivých ložísk. Vzhľadom
k tomu uvedieme jedno všeobecné odporúčanie
vhodné pre prax, pre týždňové až ročné domazávacie intervaly.
Množstvo maziva M = D . B . X ( g)
Domazávací interval
Týždeň
Mesiac
Rok
Hodnota X
0,002
0,003
0,004
Množstvo maziva pre extrémne krátke domazávacie intervaly Mk.
52
maziva v %
90 %
70 %
30 %
25 %
V prípade rýchlostného faktoru, ktorý je väčší ako
500 000 sa odporúčajú veľmi krátke domazávacie
intervaly. V tribotechnickej praxi platí zásada, že
treba použiť správne mazivo na správnom mieste,
pri použití správnej aplikačnej metódy, v požadovanom množstve a v správnom čase. Veľmi jednoduché, technický správne a účelné. Niektoré informácie o minimálnych požiadavkách na množstvo
plastického maziva a stanovenie domazácích
intervalov uvádza norma DIN 51 825.
Domazávacie intervaly
V praxi platí určitá stratégia, ktorá vyplýva s prevádzkových skúseností, rešpektovaní mnohých
TriboTechnika
prevádzkových faktorov a podľa nej sa stanovujú
domazávacie intervaly. Niektoré údaje, ako prevádzková teplota, typ ložiska, zaťaženie, nečistoty,
vlhkosť, vibrácie a tiež kvalita plastického maziva
rozhodujú o tom, ako často treba domazávať.
Otázka je teda aké množstvo maziva a ako často
treba domazávať? V tomto prípade sa stretávame
najmä s odporúčaním od výrobcov ložísk, strojových častí, ktorí stanovujú domazávacie intervaly
na základe prevádzkových skúšok (diagramy)
a pozorovaní podľa nových kontrolných metód.
Podľa normy DIN 51 825 je stanovený redukovaný
domazávací interval T f :
T f = t f . f1 . f2 . f3 . f4 . f5 . f6, (hod.),
kde f 1 až f6 sú redukčné faktory a znamenajú tieto
prevádzkové vplyvy :
- f 1 – vplyv prostredia, vlhkosť, prach
- f 2 – vplyv šokového zaťaženia, vibrácie
- f 3 – vplyv prevádzkovej teploty
- f 4 - vplyv vysokého zaťaženia
- f 5 - vplyv vzduchu (kyslík)
- f 6 - vplyv účinnosti tesnenia
- t f - mazací interval
Pre výpočet domazávacieho intervalu T v hodinách sa používa aj nasledujúci postup podľa
vzorca :
14 000 000
T = K (-------------------) – 4d ( hod.),
n √d
kde
d – vnútorný priemer
ložiska,
n – otáčky 1/min,
K - koeficient pre
jednotlivé typy ložísk
K = 1 – pre kuželíkové
a guľové (sférické) ložiská
K = 5 – pre valčekové
a ihlové ložiská
K = 10 – pre radiálne
guličkové ložiská
Rýchlostný
faktor n . dm
< 50 000
< 50 000
50 000 až 100 000
50 000 až 100 000
< 100 000
< 100 000
< 100 000
V súčasnosti je v pozornosti „Akustická mazacia
metóda“. Ide o metódu, ktorá pomocou zvuku,
resp. ultrazvuku stanovuje množstvo a domazávacie intervaly plastických mazív.
Táto metóda je známa už niekoľko rokov a úspešne
sa používa v priemysle na kontrolu elektrických sys-
témov, netesnosti vo vákuu, stlačeného vzduchu, pary a iných dopravovaných kvapalín. V
posledných rokoch sa úspešne používa, ako
metóda na kontrolu strojových častí a tiež pri
mazaní ložísk. Prípadné množstvo hluku, ktoré
vzniká pri mazaní ložísk je užitočný údaj o efektívnosti ich mazania. Všeobecne platí, že hlučné
kolesá, ložiská treba mazať. Je to dôležité najmä
v prípade mazania ozubených prevodov a valivých ložísk a to z toho dôvodu, že v týchto prípadoch ide o elastohydrodynamické mazanie, kde
zaťaženie, tlaky v kontaktnej ploche môžu dosahovať hodnotu až 3 000 MPa.
Akustický prístroj umožňuje kvantifikovať
a objektívne posudzovať úroveň hluku v trecom
mieste, v ložisku. Na základe normálnej alebo
základnej úrovne hluku pre konkrétne ložisko,
môže sa stanoviť limit, ktorý určuje presne čas,
kedy treba domazávať a upozorňuje, kedy treba
domazávanie ukončiť pri dosiahnutí správneho
množstvo maziva. Veľké množstvo maziva (premazanie) v ložisku škodí a vedie k nárastu teploty. To je príčinou rýchlej oxidácie (chemická
degradácia) a môže zapríčiniť oddeľovanie, vylučovanie, olejovej zložky zo zahusťovadla. Ak zvýšená teplota pretrváva, olejová zložka odchádza,
môže nastať degradácia zahusťovadla (karbonizácia) vytváranie pevných častí, ktoré môžu
zapríčiniť zvýšené opotrebovanie, resp. až haváriu ložiska. V tabuľke č. 2 sú uvedené všeobecné
domazávacie intervaly pre plastické mazivá
vzhľadom na niektoré prevádzkové podmienky.
Pracovné
prostredie
bežné
bežné
bežné
bežné
prašné
prašné
veľmi prašné
Prevádzková
teplota °C
- 20 až 70
- 20 až 100
- 20 až 70
- 20 až 100
- 20 až 70
- 20 až 100
- 20 až 70
Domazávací
interval
6 – 12 mesiacov
2 – 6 mesiacov
2 – 6 mesiacov
mesačne
týždenne až mesačne
denne až 2 týždne
denne až týždenne
tabuľka č. 2
Záver
Aplikácia a samotná optimalizácia plastických
mazív pri ich použití v praxi je náročná a vyžaduje si určité teoretické a praktické skúsenosti.
Cieľom príspevku bolo poskytnúť dostupné
informácie a porovnať tradičné metódy, postupy s ostatným technológiami, ktoré sa teraz ponúkajú.
Ing. Jozef Stopka
53
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Nerezové a electroformové SMT planžety
SMT planžeta je nástroj, který umožňuje tisk lepidla pro klasické součástky nebo cínové
pasty pro SMD součástky. Zatímco u planžety na lepidlo na přesnosti tolik nezáleží, pro planžety na SMT jsou kladeny čím dál větší nároky na všechny parametry. Existují i metody přímého tisku pasty specializovaným zařízením, planžeta však stále představuje především
ekonomický způsob tisku. Naše firma se zaměřuje především na ekonomické provedení
SMT planžet nebo naopak špičkové provedení z elektrolytického niklu.
Obecně panuje nedůvěra v kvalitu
leptaných planžet. Příčina je historická, kdy se používaly nekvalitní
materiály a postupy. Námi použí-
povrch stěny nerezové planžety (150 um)
povrch stěny niklové planžety (150 um)
při leptání je složitější vytvořit různě velké objekty
v jednom výrobním cyklu, u laserem řezaných zase
roste cena při velkém množství objektů. Obě technologie pak mají společný fakt, že jde o destruktivní
metodu výroby, kdy se z kovové fólie odebírá materiál v otvorech. Tím dochází k porušení krystalické
struktury kovu, což se projeví ve zdrsnění stěn otvorů. Lze ji elektrochemicky vyleštit, ovšem za cenu
dalších nákladů.
Proto jsme zavedli technologii Electroforming,
která tyto neduhy nemá : Nerezový nosný plech se
chemicky vyčistí a nanese na něj vrstva fotorezistu
v tloušťce požadované síly plechu. Přes fotografickou matrici se exponuje kolimovaným UV zářením
nebo digitálně technologií LDI, čím se vytvoří
výsledný motiv výrobku z niklu tvrdosti cca 550 Hv.
Poté následuje vyvolání a galvanické pokovení niklem, který velmi přesně okopíruje motiv a v místě
fotorezistu zůstanou otvory. Vše pracuje na molekulární úrovni, výsledný díl je proto velmi přesný
a hladký. Následuje odstranění fotorezistu a přesné
měření požadovaných tolerancí. Lze docílit
± 10 um, digitálně i ± 5 um. Je to nedestruktivní
výrobní metoda, při níž se vynáší pouze materiál,
který na výrobku zůstane.
Parametry
Materiál: elektrolytický sulfamátový niklový plech
síly 50 – 150 um do rozměrů cca 585 x 736 mm
a tvrdosti cca 550 Hv.
typický tvar otvoru electroformingem
vané materiály jsou velmi kvalitní
a certifikované, stejně tak přesná je
výrobní technologie – litografie,
používaná i při výrobě plošných
spojů a polovodičových čipů.
Nicméně nerez má i své nevýhody,
54
Přesnosti: protože proces probíhá na molekulární
úrovni, jsou tolerance objektů běžně ± 12,5 um.
Samotný proces kovení však probíhá ± 1 um, lze
tedy docílit i lepších výsledků. Vyrobitelná velikost
objektů je od 75 um.
Výhody
1. Tvar stěn a hran: a) spodní strana plechu zůstává
matná a velmi rovná s ostrou hranou otvoru
TriboTechnika
b) horní strana je zrcadlově hladká, nízké povrchové napětí umožňuje lepší odvalování pasty
c) hrany otvorů jsou u horní části zaoblené, tedy
nepoškozují stěrku a u spodní části jsou ostré,
což zajistí přesné uříznutí pasty při odtrhu. Díky
zrcadlově hladkému povrchu stěn se velmi
dobře uvolňuje cínová pasta z otvorů a planžeta
se lépe čistí.
2. Rovinnost: výrobou nevznikají žádné otřepy,
hrany jsou už z výroby velmi hladké i na hranách
i stěnách otvorů. Materiál nedostává tepelný ani
mechanický stres, zůstane tedy velmi rovný.
3. Složitost: lze vytvářet i velké množství objektů,
tvarově jakkoli složité v jednom výrobním cyklu,
tedy ekonomicky velmi přijatelně.
4. Preciznost: lze vyrobit velmi malý průměr
objektů od 75 um. Přínos mají planžety pro
velmi malé součástky typu microBGA, kde mají
zvýšenou schopnost tisku i přes velmi malé otvory. Lze dosáhnout lepšího poměru velikosti otvorů a síly plechu. Pasta méně ucpává i velmi malé
otvory.
5. Životnost: díky tvrdosti cca 600 Hv, což je
o 50 % proti nerezovým mají planžety dvojnásobně vyšší životnost a velmi dobrou pevnost
v tahu. Nedochází tak k průhybu planžety ani
při silném napnutí - je tedy zajištěn velmi přesný
tisk.
6. Tloušťka: protože plech narůstá postupně, je
možné vytvořit jakoukoli sílu plechu mezi 50 –
150 um v krocích po 10 um. Nevýhodou je delší
čas výroby i více než 6 hodin, navíc čím pomaleji
se pokovuje, tím rovnoměrnější je plech. Není
tedy vhodná pro expresní záležitosti.
7. Reliéf: lze lokálně snížit plochu až a 2/3 původní
tloušťky, což je jinými metodami obtížně vyrobitelné. Tato metoda umožňuje i vytváření různě
silných oblastí, tzv. víceúrovňové planžety, které
jsou vhodné pro plošné spoje s kombinací jemných a masívních součástek s různými potřebami množství pasty.
8. Ekologie: tato stránka rovněž není zanedbatelná. Niklové planžety se vyrábí galvanickým
pokovením a vytváří se pouze výsledný plech,
nevzniká tedy téměř žádný odpad. Ostatní
metody jsou destruktivní a vzniká část odpadu,
který nemá využití. Energetické prostředky
k jeho výrobě tedy byly zbytečné, navíc nikl má
i po skončení životnosti cca 10 x vyšší hodnotu
při výkupu na rozdíl od nerezi. Electroforming je
tedy nejšetrnější k životnímu prostředí ze všech
ostatních technologií.
Mezi technické parametry, ovlivňující kvalitu patří
především hranová ostrost vytvořených objektů.
Pokud tato není dodržena, dostává se pasta mimo
pájecí plošky, což způsobuje po pájení skraty.
Dalším, neméně důležitým parametrem je tvrdost
materiálu, která musí být alespoň 400 HV, jinak
nelze zajistit opakovatelnou přesnost tisku. Aby
nedocházelo k prosakování pasty pod planžetu
a pozdějším možným zkratům nebo kuličkám pájky, musí planžeta dokonale sedět na pájecí plošce
a nesmí docházet k průhybu vlivem pružného podložení. A konečně, posledním důležitým faktorem
je přesnost vytvořených objektů, které jsou
u laserem řezaných cca 12,5 um, u leptaných cca
± 25 um. Velikost kuliček pájky v pájecí pastě bývá
však v obou případech větší, takže tyto parametry
jsou vyhovující. Kapilární síly při přetavení pasty
způsobí, že se eliminují i poziční nepřesnosti usazení planžety (pokud nejsou příliš velké) na plošný
spoj a roztavená pájka se rozlije pouze na cílené
plošce.
Druhy planžet
Nerezové leptané jsou vyráběny fotolitografií,
tedy chemickým leptáním. Jde o přesnou metodu
s dosahovanými přesnostmi ± 25 um. Tyto nerezové planžety jsou vyráběny především s důrazem
na ekonomickou stránku produktu.
Výhody:
1. Chemickým obráběním plechu nedochází
k žádnému tepelnému ani mechanickému
namáhání, takže planžeta zůstává zcela rovná
a nezvlněná.
2. Na hranách otvorů nevznikají žádné otřepy,
hrany jsou hladké a pájecí pasta se může lépe
uvolňovat na plošný spoj.
3. Tato metoda umožňuje i vytváření různě silných oblastí, tzv. víceúrovňové planžety,
které jsou vhodné pro plošné spoje s kombinací jemných a masivních součástek s různými potřebami množství pasty.
4. Vzhledem k obrábění v ploše není podstatné
množství vytvářených objektů, zvláště při velkém množství plošek pak může být značný
ekonomický efekt.
Niklové leptané jsou vyráběny fotolitografií, tedy
chemickým leptáním. Jde o přesnou metodu
s dosahovanými přesnostmi ± 25 um. Tyto niklové
planžety jsou vyráběny především s důrazem na
rychlost výroby, avšak na kvalitní niklový plech.
55
4/2013
4/2013
TriboTechnika
Niklové elektroformové jsou vyráběny electroformingem, tedy galvanickým vytvářením. Jde
o velmi přesnou metodu s dosahovanými přesnostmi ± 12,5 um. Tyto niklové planžety jsou vyráběny především s důrazem na kvalitní provedení
a dlouhou životnost. Výhody:
·
na niklové planžety není nutný polishing,
niklové planžety, mají hladké stěny i horní stranu, což působí lepší uvolňování pasty.
·
hrbolatost nerezi je 2 um, niklu 0,8 um, tedy se
4 x lépe uvolňuje pasta.
·
niklové planžety standard IPC 7525 revize A.
·
srovnání typů planžet, výhody a nevýhody:,
technici, kteří měli možnost tisknout s niklovými planžetami, si pochvalují jejich vlastnosti, výrazně lepší od nerezového materiálu, ale
kvůli ceně ji nebrali a považují ji za lepší pro
tisk než nerez.
·
proces electroformingu je časově náročný
a nedá se příliš automatizovat. Proto v zemích
s drahou pracovní silou jsou tyto výrobky
velmi drahé.
·
kvalita planžety je především kvalita materiálu nerez. Lepší je nikl, je tvrdší a hladký.
·
jsou navrženy pro výrobce elektroniky, kteří
vyžadují prvotřídní provedení tisku až do
úrovně mikroelektroniky, dokonce i pod
rozteč 0,4 mm. Planžety poskytují vysokou
přesnost, trvanlivost a dlouhou životnost
i pro velkoobjemové aplikace tisku.
·
Tyto planžety jsou vyráběny elektroformingem, tedy galvanickým pokovováním nosného nerezového plechu, na němž je vytvořen
motiv objektů. Ty pak tvoří výsledné otvory.
Jde o velmi přesnou metodu s dosahovanými
přesnostmi až ±12,5 um.
Alpakové leptané jsou vyráběny fotolitografií,
tedy chemickým leptáním. Jde o přesnou metodu
s dosahovanými přesnostmi ± 25 um. Tyto alpakové jsou především s důrazem na rychlost výroby.
Výhody:
·
materiál Alpaka je dobře opracovatelný.
Protože je však poměrně měkký a drahý, na
SMT planžety jej nedoporučujeme a nabízíme
jen na přání, pokud jsou k tomu nějaké důvody.
Hliníkové vrtané jsou vyráběny CNC vrtáním. Jde
o nepříliš přesnou metodu s dosahovanými přesnostmi ± 100 um. Tyto planžety jsou určeny především na nanášení lepidla, kde přesnost nehraje roli.
56
Výhody:
·
Použitý hliníkový materiál je velmi levný
a dobře opracovatelný. Je tak vhodný speciálně pro zakázky, kde se osazuje lepidlem pro
součástky jen několik málo kusů desek v jediném osazovacím cyklu, tedy velmi malá série
nebo vývojová záležitost pro 1 ks. Tato planžeta není nijak přesná, lze ji napnout jen jednou,
čím se natolik zdeformuje, že je po vyjmutí ze
sítotisku nepoužitelná. Jejím hlavním úkolem
je ekonomická stránka - je dostupná za polovinu ceny planžety nerezové. Přes své nedostatky, kde patří i zvýšené množství zkratů
a nedotisků, tedy potřebě zvýšených oprav na
plošných spojích může být u malých sériích
ekonomická úspora značná. Ne každá osazovací firma však může být ochotná takovéto
planžety používat.
Nerezové laserem řezané jsou vyráběny laserovým řezáním. Jde o přesnou metodu s dosahovanými přesnostmi ± 10 um. Tyto nerezové planžety
jsou vyráběny především s důrazem na jejich
výhody: dosahované přesnosti ± 10 um.
Speciální provedení planžet
Prototypová, ekonomická SMT planžeta
V evropských podmínkách je často potřeba vyrábět ověřovací vzorky, k čemuž ekonomicky mohou
přispět tzv. EKO šablony. Jde o standardní planžetu, která má pouze omezení velikosti plochy do cca
A4 a nelze ji tak upevnit do běžných tiskových zařízení. Pro vytvoření několika kusů osazených plošných spojů si však vývojář může připravit pracoviště, kde desky natiskne a vývoj tak méně zatíží dalšími náklady.
Víceúrovňové SMT planžety
S postupem miniaturizace a dalšího zmenšování
součástek přibývá požadavků na různé množství
nanesené pasty na plošky na plošném spoji.
Jednou z metod jak nastavit rozdílné množství
pasty je různá velikost otvorů na planžetě při stejné
tloušťce planžety. Při nevhodně zvolené velikosti
otvorů to může způsobovat nanesení větší vrstvy
pájecí pasty a po přetavení mohou vznikat zkraty.
Proto je vhodnější vyladit množství natisknuté
pasty různou sílou plechu na tiskové planžetě. Pak
je možné v jednom tiskovém kroku nanést jak malé
množství pasty např. pro pouzdra BGA, tak větší
množství pro větší součástky. Na vyleptané planže-
TriboTechnika
tě jsou oblasti, kde je tloušťky plechu snížena
a proto se při jednom tisku nanese různé množství
pájecí pasty na pájecí plošky.
Popis víceúrovňových SMT planžet: při kombinaci
velkých součástek a microBGA je problém zvolit
jednotnou sílu planžety. Tyto lze vyrábět jen elektrochemicky, laser tuto možnost nemá. 3D planžety lze udělat tak, že se zaleptá reliéf dříve nanesené
pasty, nejen v ploše, ale i na stěnách otvorů. Hrany
jsou lehce zaobleny a nedochází tak k poškozování
stěrek.
při tisku ležet velmi dobře na plošném spoji, který
musí být rovněž nepružně podložen. Proto se dá
použít tato reliéfová planžeta, jejíž princip je
podobný jako víceúrovňové planžety. Zaleptaný
motiv je však otočen směrem k plošnému spoji
Položení planžety v řezu na plošný spoj
Provedení 3D planžety, kde je patrné zaleptání vodičů
do stejné hloubky, jako síla mědi na plošném spoji
Víceúrovňová planžeta s vymezením oblastí se sníženou
tloušťkou
a je zaleptán motiv plošného spoje, který tak přesně kopíruje vodiče a znemožňuje pružení. Její vyu-
Zobrazení planžety se dvěma různými tloušťkami. Nižší je určena pro tisk velmi jemných roztečí, kde je potřeba menší
množství pájecí pasty
3D planžety
Jedná se o poměrně speciální druh planžety. Její
princip spočívá v tom, že například při silných vodičích na plošném spoji dochází k pružení planžety
proti zbytku laminátu a k deformacím tisku.
Zvláště u velmi jemných roztečí by měla planžeta
žití může být ve speciálních případech, kdy tento
parametr ovlivňuje kvalitu tisku. Poskytuje další
možné řešení problémů, pokud povrch desky
není rovný anebo jsou na něm už vytvořené nějaké součástky nebo jiné nerovnosti.
Text: Semach
57
4/2013
4/2013
TriboTechnika
OHLIADNUTIE za:
18. medzinárodná konferencia Corrosion of underground structures
Autor: Mgr. Maroš Halama PhD., manažér konferencie
V dňoch 23. a 24. mája 2013 sa
konala už 18. medzinárodná konferencia organizovaná v spolupráci Hutníckej fakulty Technickej univerzity v Košiciach, SPP – distribúcie a.s., Slovenského plynárenského a naftového zväzu a Slovenskej
spoločnosti pre povrchové úpravy
(SSPÚ). Konferencia sa konala
v kongresových priestoroch Univerzitnej knižnice a súčasne prebiehala jej výstavná časť. Bolo
veľkou cťou pre organizátorov,
že mohli privítať syna slávneho
koróznika Antoine Pourbaixa
z Belgicka (CEBELCOR), ktorý
pokračuje v otcových šľapajach.
S plenárnou prednáškou „Measurement and analysis of AC induced
corrosion“ zanechal trvalú nezmazateľnú stopu v hlavách slovenských, českých, poľských, ukrajinských odborníkov a študentov
korózie. Takisto plenárna prednáška profesora Pavla Nováka
(VŠCHT) na tému „Třicet případů
mylných představ o korozi kovu“
nastolila otvorené otázky a konfrontovala zaužívanú teóriu s dlhoročnou praxou v odbore. Treťou
plenárnou prednáškou otvárala piatkovú sekciu profesorka
Malgorzata Makowska-Janusik
(Uni. Czestochowa) s „The computer simulations of physical properties of solid state by local field
approach“. Ing. Maroš Meliš (SPPdistribúcia a.s.) prednášal na
tému hodnotenie technického
stavu miestnych sietí v SPP
a o inšpekčných meraniach vysokotlakových plynovodov. Ing.
Milan Lacena ponúkol nové, rozšírené merania parametrov katódovej ochrany prepravných plynovodov v blízkosti elektrickej rozvod-
58
ne vysokého napätia. Praktickú časť konferencie
okorenila talianska firma IBIX S.r.l. Tecno Supply
Division so zástupkyňou Mrs. Susannou Giovanni.
Firma v priestoroch Katedry náuky o materiáloch na
Hutníckej fakulte aplikovala nástrek „high-tech“
3-vrstvového LPE povlaku na dimenziu potrubia
Stretnutie „slávnych“ koróznikov A. Pourbaixa a J. Kocicha
po 20-rokoch
z plynárenských línií. Program kulminoval spoločenským večerom spojeným s kačacími hodmi
a degustáciou vybraných lokálnych vín v pivnici
v Tokajskej oblasti.
Ostáva sa už len tešiť na nové výsledky rozbehnutých projektov v plynárenskom priemysle a stretnúť
sa na pozvanie prezidenta konferencie Dr.h.c. prof.
Ing. Jaroslava Kocicha PhD. opäť o 2 roky na
19. medzinárodnej konferencii Corrosion of underground structures 2015.
viac na http://www.tuke.sk/metalcor.
Mgr. Maroš Halama PhD.,
FINANČNÉ A KREDITNÉ INFORMÁCIE
Finančné produkty slúžia svojimi informáciami predovšetkým ku znižovaniu
objemu nedobytných pohľadávok,
minimalizácii počtu dlžníkov či
neplatičov a výberu vhodných
obchodných partnerov. Umožňujú
dôkladné preverenie obchodného
partnera ešte pred samotným uzavretím
obchodu. Vďaka vhodnému výberu a
správnemu nastaveniu platobných
podmienok výrazne znížite
náklady na vymáhanie, prípadne
poistenie pohľadávok.
OBCHODNÉ A MARKETINGOVÉ INFORMÁCIE
Ak máte záujem expandovať a
nájsť nových zákazníkov, radi
by sme Vám v tom pomohli.
Nechcem Vám ale predať
databázu v “krabičke” s množstvom kontaktov. Našim cieľom je
Vaša spokojnosť a Váš úžitok a teda
novo získané zákazky. Preto by sme s
Vami radi konzultovali Vaše konkrétne
potreby a predstavy a navrhli Vám
optimálne riešenie.
OCHRANNÉ ETIKETY
Nalepením našich ochranných
etikiet na faktúry dávate najavo
aktívnu starostlivosť a nekompromisný prístup k termínu splatnosti
vystavenej faktúry.
ktúry
Úhradu fa systéme
ev
m
je
u
d
e
sl
nej
gu platob
Monitorin ovenských
sl
disciplíny
firiem.
k
bisnode.s
lustrator.
Bisnode Slovensko, s.r.o.
M. R. Štefánika 379/19, 911 60 Trenčín, T: 032-7462640, E: [email protected], W: www.bisnode.sk
Download

ročník: VI. 4/2013 • cena 3 € •