Dobór właściwego środka smarnego może się przyczynić do podniesienia efektywności energetycznej i obniżenia kosztów.
Przy doborze środka smarnego musimy uwzględnić wiele czynników, m.in. planowany czas eksploatacji przekładni, rodzaj uszczelnień oraz pożądane parametry pracy tego układu w danym zastosowaniu.
Kierując się potrzebami klientów, producenci maszyn dokładają wszelkich starań, aby poprawić jakość działania swoich wyrobów, a tym samym podnieść wydajność produkcji i skrócić przestoje. Wymusza to jednak na dostawcach wprowadzanie do oferty coraz bardziej innowacyjnych rozwiązań. Co ciekawe, jeden z najskuteczniejszych sposobów na podniesienie poziomów wydajności jest najczęściej ignorowany. Jaki to sposób? Odpowiednie smarowanie.
Dobór właściwego środka smarnego to jednak niełatwe zadanie. Problemem jest nie tylko dostępność bardzo wielu rodzajów środków o różnych składach, ale także fakt, że w wielu sektorach przemysłu muszą być spełniane określone przepisy i normy branżowe. W efekcie decyzja o wyborze tego czy innego wyrobu do konkretnego zastosowania ma poważne konsekwencje.
Zazwyczaj, jeśli chodzi o dobór optymalnego środka smarnego, użytkownicy maszyn polegają na specyfikacji ich producentów. W takim przypadku to producenci muszą potraktować kwestię smaru z taką samą starannością, z jaką zajmują się twardością przekładni, doborem łożysk i materiałów czy geometrią swoich wyrobów. Za optymalne parametry przekładni odpowiadają zatem zarówno wszystkie jej fizyczne elementy, jak i użycie właściwego środka smarnego. Stosując takie podejście, użytkownicy mogą liczyć na spowolnienie zużycia, możliwość pracy w niższej temperaturze i co najważniejsze – na większą efektywność energetyczną posiadanych zespołów.
Dostawcy środków smarnych od dziesięcioleci opracowują i produkują specjalne smary, spełniające wąskie wymagania w różnych zastosowaniach. Istnieją ogólne wymagania techniczne, które muszą spełniać wszystkie wyroby. Zalicza się do nich ograniczanie tarcia i zużycia, ochrona przed korozją, rozpraszanie ciepła oraz zapewnienie efektu uszczelnienia. Jednakże warunki pracy i charakter procesów produkcyjnych w danym zakładzie mogą sprawiać, że używane środki smarne muszą mieć jeszcze kilka dodatkowych własności.
Wśród środków smarnych można wyróżnić oleje, smary, pasty i woski. Oleje zawierają zwykle 95% oleju bazowego (najczęściej oleju mineralnego) oraz 5% dodatków. Z kolei smary to oleje bazowe smarowe zmieszane z mydłem dla uzyskania struktury ciała stałego. W skład past wchodzą oleje bazowe, dodatki oraz stałe składniki smarne. Środki zaliczane do ostatniej kategorii – woski – zawierają syntetyczne węglowodory, wodę oraz czynnik emulgujący, który zyskuje płynną postać po przekroczeniu określonej temperatury.
Dobór środka smarnego
Kluczowym czynnikiem, jaki musimy wziąć pod uwagę przy wyborze środka smarnego, jest lepkość oleju bazowego. Przy określaniu koniecznej lepkości bierzemy pod uwagę następujące elementy:
- prędkość podczas pracy (zmienna czy stała),
- rodzaj tarcia (np. suwne czy toczne),
- obciążenie i warunki otoczenia,
- normy branżowe.
Na przykład niektóre środki smarne, jak oleje na bazie glikolu polialkilenowego (PAG), nadają się do zastosowań przewidujących tarcie suwne, natomiast nie są odpowiednie do tarcia tocznego. Z kolei oleje polialfaolefinowe (PAO) są wykorzystywane przy tarciu tocznym i mogą w pewnym zakresie „wytrzymać” tarcie suwne, natomiast smary silikonowe i perfluoropolieterowe (PFPE) zwykle stosuje się w skrajnie wysokich temperaturach.
Syntetyki a parametry mechaniczne
Jeśli wybór pada na olej syntetyczny, ma on zazwyczaj zapewnić własności mechaniczne i chemiczne przewyższające własności tradycyjnych olejów mineralnych.
Syntetyczne oleje bazowe mają wiele zalet, m.in.:
- zachowywanie lepkości w niskiej i wysokiej temperaturze,
- niższe straty wskutek parowania,
- zmniejszone tarcie,
- mniejsze zużycie,
- poprawę efektywności energetycznej,
- stabilność chemiczną,
- brak problemów z tworzeniem się osadu olejowego,
- dłuższe okresy między wymianami oleju,
- niższe koszty operacyjne dzięki skróceniu łącznego czasu przestojów,
- lepsze wykorzystanie czasu pracowników (smarowanie i konserwacja są mniej czasochłonne),
- mierzalne oszczędności energii i zwiększenie produkcji.
Mimo licznych zalet syntetyczne środki smarne mają jedną znaczącą wadę: cenę. Na szczęście ich koszty są rekompensowane przez dłuższe okresy między wymianami oleju – syntetyczne środki smarne oraz środki specjalne z wysokiej jakości olejem bazowym mogą pracować o pięć lub więcej lat dłużej niż środki inne niż syntetyczne.
Większość olejów, w tym oleje silnikowe, to destylaty oleju mineralnego uzyskiwane z ropy naftowej, chociaż są również używane środki smarne na bazie olejów syntetycznych. Oleje syntetyczne, takie jak oleje PAO czy estry syntetyczne, wytwarza się z innych związków. Z tego względu skład olejów syntetycznych dalece odbiega od składu oleju wytwarzanego z ropy naftowej. Większa czystość i jednorodność zapewnia im kilka dodatkowych własności, takich jak korzystny wskaźnik lepkości, stabilność oksydacyjna i kolor.
Dostępne są także oleje półsyntetyczne (mieszanki syntetyczne), stanowiące mieszankę olejów mineralnych i syntetycznych. Zaliczane do tej klasy środki smarne oferują wiele zalet olejów syntetycznych za ułamek ich ceny.
Większość producentów maszyn ułatwia sobie dystrybucję swoich wyrobów, stosując środki smarne z certyfikatem NSF H1, przyznawanym przez organizację NSF International. Klasyfikacja NSF H1 odnosi się do smarów, które wolno stosować, gdy nie można technicznie wykluczyć ich kontaktu z artykułami spożywczymi. W związku z tym syntetyczne oleje przekładniowe z certyfikatem H1 nie tylko zapewniają wysokie parametry eksploatacyjne, ale także mogą mieć kontakt z żywnością. Z tego względu można je wykorzystywać zarówno w branży spożywczej, jak i w zastosowaniach przemysłowych. Warto zauważyć, że wymagania norm dotyczące olejów przekładniowych dopuszczonych do kontaktu z żywnością są tak samo wysokie, jak te dotyczące innych olejów przekładniowych, przy czym oleje syntetyczne wykazują lepsze własności niż tradycyjne oleje mineralne.
Syntetyki a efektywność energetyczna
Pod względem efektywności energetycznej pewne oleje przekładniowe przewyższają inne dzięki niższemu współczynnikowi tarcia. Na przykład oleje poliglikolowe nie mają sobie równych, jeśli chodzi o największą efektywność i najniższe zużycie, szczególnie w zastosowaniach z dużym udziałem ślizgania, np. w przekładniach ślimakowych i hipoidalnych. Z kolei w takich zastosowaniach oleje PAG oferują niższy współczynnik tarcia w przekładni, przyczyniając się do redukcji strat mocy.
Oleje syntetyczne zapewniają większą oszczędność energii dzięki lepszej stabilności oksydacyjnej i termicznej, co oznacza, że w roli olejów przekładniowych charakteryzują się dłuższą trwałością. Wymianę oleju mineralnego powinniśmy planować po pięciu tysiącach godzin, natomiast do wymiany olejów PAO lub syntetycznych olejów węglowodorowych będziemy zmuszeni po około 15 tysiącach godzin. Ponadto, jeśli będzie utrzymywać się stała temperatura, oleje PAG wytrzymają nawet 25 tys. godzin.
Jak widać, częstotliwość wymiany oleju przekładniowego zależy od jego składu chemicznego. Pamiętajmy też, że przy wzroście temperatury o każde kolejne 10°C okres eksploatacji środka smarnego skraca się o połowę.
Jakość oleju spada również z biegiem czasu na skutek utleniania. Zmiana liczby kwasowej wymusza korzystanie z dodatków. Wprawdzie przy wymianie oleju uzupełnia się dodatki i usuwane są zużyte materiały, to jednak działania te są obarczone kosztem w postaci dodatkowego przestoju w celach konserwacyjnych. Możemy jednak automatycznie ograniczyć utlenianie oleju, a tym samym liczbę wymian oleju i przestojów poprzez wybór oleju przekładniowego o wysokich parametrach eksploatacyjnych.
Z punktu widzenia producentów maszyn olej przekładniowy wpływa na kilka aspektów projektu, w tym na niezawodność wyrobu. Zapewniona przez producenta poprawa efektywności energetycznej przekładni – poprzez użycie wysokiej jakości oleju – zależy od rodzaju przekładni.
Na największy zysk możemy liczyć w przypadku tych rodzajów przekładni, które zwykle cechuje niska efektywność energetyczna, np. przekładnie ślimakowe. Z kolei wzrost efektywności powoduje spadek temperatury przekładni, co skutkuje dłuższym okresem eksploatacji mechanizmu. Nie brzmi to może atrakcyjnie, jeśli w zakładzie jest wykorzystywana jedna lub dwie przekładnie, natomiast jeśli w grę wchodzą setki takich mechanizmów, oszczędności energii są bardzo widoczne.
Podsumowując, większość producentów maszyn oraz ich użytkowników przekonuje się, że dodatkowa inwestycja w wysokiej jakości olej przekładniowy jest warta swojej ceny, a najlepsze parametry pracy zapewniają oleje syntetyczne. Stawiając na wysokiej jakości syntetyczny olej przekładniowy, użytkownicy oszczędzają energię oraz obniżają koszty operacyjne poprzez ograniczenie konserwacji, dłuższe okresy między wymianami oleju oraz mniejsze zużycie zespołów.
Hermann Siebert jest kierownikiem ds. technicznego wsparcia sprzedaży w firmie Klüber Lubrication.
Artykuł pod redakcją Michała Andrzejczaka
Autor: Hermann Siebert
