PRZEMYSOWE RODKI SMARNE

PORADNIK

Warszawa, 2003

Wydanie sfinansowane przez TOTAL Polska Sp. z o.o. Copyright by TOTAL Polska Sp. z o.o. TOTAL Polska Sp. z o.o. dooy wszelkich stara, by zawarte w tej publikacji informacje byy kompletne i rzetelne. Nie bierze jednak adnej odpowiedzialnoci za ich wykorzystanie, ani za zwizane z tym ewentualne naruszenie praw autorskich, patentowych i innych. Autorzy i wydawnictwo nie ponosz rwnie adnej odpowiedzialnoci za ewentualne szkody wynike z wykorzystania informacji zawartych w publikacji. Wszelkie prawa zastrzeone. Nieautoryzowane rozpowszechnianie caoci lub fragmentu niniejszej publikacji w jakiejkolwiek postaci jest zabronione. Kopiowanie w caoci oraz we fragmentach, za pomoc urzdze elektronicznych, kopiarek mechanicznych, nagrywajcych i innych, stanowi naruszenie praw autorskich. Niniejsza publikacja jest udostpniana aktualnym i potencjalnym klientom TOTAL - Polska bezpatnie. Sprzedawanie lub czerpanie innych korzyci finansowych zwizanych z udostpnieniem lub przekazaniem niniejszej publikacji osobom trzecim s nieuprawnione i moralnie naganne.

Rozdzia I: Spis treci

SPIS TRECI

I

Oznaczenia, skrty i akronimy stosowane w tekcie ................................................... 7 Wstp ............................................................................ 9 Podstawy techniki smarowniczej Tarcie .................................................................................................. 1 Tarcie suche ..................................................................................... 1 Tarcie pynne ................................................................................... 2 Tarcie graniczne ............................................................................. 2 Wspczynnik tarcia ..................................................................... 2 Podstawowe rodzaje skojarze trcych ................................ 3 Smarowanie .................................................................................... 3 Procesy smarowania .................................................................... 3 Smarowanie hydrostatyczne .................................................... 3 Smarowanie hydrodynamiczne ............................................... 4 Smarowanie elastohydrodynamiczne ................................... 4 Wykres Stribecka ........................................................................... 5 Zjawisko tarcia midzyczsteczkowego ............................... 6 Oglna charakterystyka rodkw smarnych ....................... 6 Oleje smarne ................................................................................... 6 Smary plastyczne ........................................................................ 12 Dodatki uszlachetniajce ......................................................... 12 Smary stae .................................................................................... 18 Technika smarownicza .............................................................. 18 Sposoby smarowania ................................................................ 18 Smarowanie rczne .................................................................... 19 Smarowanie samoczynne ........................................................ 20 Smarowanie automatyczne .................................................... 22 Systemy smarowania ................................................................. 22 Elastomery a rodki smarne .................................................... 24 Materiay uszczelnie ................................................................ 24 Kompatybilno materiaw uszczelnie i cieczy eksploatacyjnych ......................................................... 25 Klasyfikacje rodkw smarnych Klasyfikacja lepkociowa ISO przemysowych rodkw smarnych ....................................... 2 Klasyfikacja jakociowa ISO przemysowych rodkw smarnych ....................................... 3 Inne klasyfikacje jakociowe ..................................................... 4 Podstawowe metody oceny jakoci przemysowych rodkw smarnych i ich znaczenie eksploatacyjne Gsto ............................................................................................. Pojcie gstoci ............................................................................. Zaleno gstoci od temperatury ....................................... Zaleno gstoci od cinienia ............................................... Pomiar gstoci ..............................................................................

I II 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 2.6.5 2.7 2.7.1 2.7.2

III 3.1 3.2 3.3 IV 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4

1 1 2 2 3

4.1.5 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.7.1 4.7.2 4.7.3 4.7.4 4.7.5 4.7.6 4.8 4.9 4.10 4.10.1 4.10.2 4.10.3 4.10.4 4.10.5 4.10.6 4.10.7 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.22.1 4.22.2 4.22.3 4.22.4 4.22.5 4.22.6 4.22.7 4.22.8 4.22.9

Przeliczanie masy na objto .................................................. 4 Charakterystyki reologiczne ...................................................... 4 Lepko dynamiczna .................................................................... 5 Lepko kinematyczna ................................................................ 6 Lepko wzgldna ........................................................................ 8 Wskanik lepkoci ......................................................................... 8 Waciwoci niskotemperaturowe ........................................ 10 Skad frakcyjny ............................................................................. 11 Lotno ........................................................................................... 14 Waciwoci zaponu i palenia ................................................ 16 Waciwoci smarne i przeciwzuyciowe ........................... 20 Maszyna czterokulowa .............................................................. 21 Maszyna Timken .......................................................................... 23 Maszyna Falex ............................................................................... 23 Maszyna FZG ................................................................................. 24 Maszyna L-60 ................................................................................ 24 Pompa Vickers .............................................................................. 25 Stabilno termiczna i termooksydacyjna ......................... 26 Waciwoci przeciwkorozyjne i ochronne ........................ 28 Odczyn ............................................................................................ 30 Odczyn wycigu wodnego ...................................................... 31 Kwasowo .................................................................................... 31 Liczba kwasowa ........................................................................... 31 Liczba zasadowa mocnych zasad .......................................... 31 Rezerwa alkaliczna ..................................................................... 32 Liczba zmydlenia i liczba estrowa ......................................... 32 Stenie jonw wodorowych pH ....................................... 32 Odporno na cinanie ............................................................. 33 Napicie powierzchniowe ....................................................... 34 Skonno do pienienia ............................................................ 36 Deemulgowalno ..................................................................... 37 Skad grupowy ............................................................................. 38 Punkt anilinowy .......................................................................... 40 Liczba bromowa i liczba jodowa .......................................... 41 Zawarto siarki .......................................................................... 41 Skonno do koksowania ...................................................... 43 Pozostao po spopieleniu .................................................... 44 Zawarto pierwiastkw w steniach ladowych ........ 45 Zanieczyszczenia stae ............................................................. 46 rda zanieczyszcze staych ............................................... 47 Pojcie rednicy czstki ........................................................... 47 Zawarto zanieczyszcze ....................................................... 48 Skad granulometryczny ......................................................... 49 Klasy czystoci cieczy eksploatacyjnych ............................ 50 Metody oznaczania skadu granulometrycznego .......... 52 Mechanizmy oddziaywania zanieczyszcze staych .... 53 Skutki obecnoci zanieczyszcze ......................................... 54 Wymagania w zakresie czystoci cieczy eksploatacyjnych .......................................................... 55

I

3

4.23 4.24 4.25 V 5.1 5.2 VI 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.1.6 6.1.7 6.1.8 6.2 6.3 6.4 6.4.1 6.4.2 VII 7.1 7.2 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.4 7.4.1 7.4.2 7.4.3 7.5 7.5.1 7.5.2 7.6 7.6.1 7.6.2 VIII 8.1 8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 8.3 8.4 8.5 8.5.1 8.5.2 8.6 8.6.1 8.6.2 8.7 8.8 8.9 8.9.1 8.9.2 8.9.3

Zawarto wody ......................................................................... 55 Wspczynnik zaamania wiata .......................................... 58 Barwa i przezroczysto ........................................................... 60 Smarowanie przelotowe Ukady smarowania przelotowego ......................................... 1 Oleje do ukadw przelotowych ............................................. 2 rodki antyadhezyjne do uwalniania wyrobw z form rodki antyadhezyjne do uwalniania betonu z form ....... 1 Cement ............................................................................................. 1 Beton ................................................................................................. 1 Problem uwalniania wyrobw betonowych z form ......... 2 rodki formierskie do betonu ................................................... 2 Skad chemiczny rodkw formierskich do betonu .......... 3 Mechanizm dziaania rodkw formierskich do betonu .............................................................. 3 Nakadanie na powierzchnie form .......................................... 4 Waciwoci rodkw formierskich do betonu ................... 5 rodki antyadhezyjne do produkcji wyrobw ceramicznych .............................................................. 5 rodki antyadhezyjne do produkcji wyrobw z tworzyw sztucznych i elastomerw .................................... 6 rodki antyadhezyjne do produkcji wyrobw szklanych ...................................................................... 6 Szko i produkcja wyrobw ze szka ....................................... 6 rodki antyadhezyjne do wyrobw szklanych ................... 6 Smarowanie przekadni mechanicznych Przekadnie mechaniczne .......................................................... 1 Przemysowe przekadnie zbate ........................................... 2 Inne typy przekadni mechanicznych .................................... 5 Przekadnie cignowe ................................................................. 5 Urzdzenia przegubowe ............................................................ 6 Sprzga mechaniczne ................................................................ 6 Oleje do przekadni przemysowych ...................................... 7 Wymagania oglne ...................................................................... 7 Klasyfikacje jakociowe ............................................................... 7 Klasyfikacje lepkociowe ............................................................ 8 Metody kontroli jakoci .............................................................. 9 Specyficzne metody bada........................................................ 9 Kontrola jakoci oleju w eksploatacji...................................... 9 Dobr oleju do przekadni ......................................................... 9 Zalecenia AGMA .......................................................................... 10 Zalecenia TOTAL .......................................................................... 10 Smarowanie sprarek Sprarki ........................................................................................... 1 Sprarki powietrza ...................................................................... 1 Sprarki tokowe .......................................................................... 1 Sprarki rotacyjne, jednowaowe .......................................... 4 Sprarki rotacyjne, dwuwaowe ............................................ 6 Sprarki przepywowe ............................................................... 9 Pompy prniowe ....................................................................... 10 Ukady smarowania sprarek ................................................ 10 Oleje sprarkowe ...................................................................... 11 Wymagania oglne .................................................................... 11 Klasyfikacje olejw sprarkowych ...................................... 13 Metody oceny jakoci ................................................................ 15 Metody bada .............................................................................. 15 Ocena jakoci olejw sprarkowych podczas eksploatacji .................................................................. 16 Wymagania dla olejw sprarkowych .............................. 16 Dobr i pielgnacja olejw do sprarek ........................... 16 Sprarki gazowe ........................................................................ 19 Relacja olejsprony gaz ........................................................ 19 Klasyfikacja olejw do sprarek gazowych ..................... 19 Wymagania dla olejw do sprarek gazowych .............. 19

8.10 8.11 8.12 8.12.1 8.12.2 8.12.3 8.12.4 8.13 8.14 8.15 IX 9.1 9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.1.4 9.2 9.3 9.4 9.4.1 9.4.2 9.4.3 9.4.4 9.5 9.6 X 10.1 10.2 XI 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5

Urzdzenia chodnicze .............................................................. 19 Czynnik chodniczy ..................................................................... 21 Oleje do sprarek chodniczych ........................................... 22 Podstawowe waciwoci ......................................................... 22 Klasyfikacje olejw do sprarek chodniczych ............... 23 Metody bada olejw do sprarek chodniczych ......... 23 Specyficzne metody bada ..................................................... 23 Ukad olejczynnik chodniczy ............................................... 26 Wymagania dla olejw do sprarek chodniczych ....... 27 Pielgnacja olejw do sprarek chodniczych ............... 27 Smarowanie oysk, wrzecion i sprzgie Poczenia ruchowe maszyn ..................................................... 1 oyska toczne ............................................................................... 1 oyska lizgowe ........................................................................... 4 Wrzeciona ........................................................................................ 6 Sprzga ............................................................................................ 7 Klasyfikacja olejw maszynowych .......................................... 8 Oleje maszynowe .......................................................................... 8 Smarowanie oysk, osi i sprzgie .......................................... 9 Smarowanie oysk tocznych .................................................... 9 Smarowanie oysk lizgowych ................................................ 9 Smarowanie wrzecion ............................................................... 10 Smarowanie sprzgie ............................................................... 10 Kontrola jakoci ........................................................................... 10 Dobr oleju ................................................................................... 10 Smarowanie prowadnic lizgowych Poczenia prowadnicowe ......................................................... 1 rodki smarne do prowadnic lizgowych ............................ 2

Ciecze do ukadw hydraulicznych Rodzaje napdw hydraulicznych .......................................... Ukady hydrauliczne ..................................................................... Funkcje cieczy hydraulicznych ................................................. Ciecze hydrauliczne ...................................................................... Ocena waciwoci uytkowych cieczy hydraulicznych .................................................................. 11.5.1 Metody laboratoryjne ................................................................. 11.5.2 Specjalne metody bada trudnopalnych cieczy hydraulicznych .................................................................. 11.6 Klasyfikacja cieczy hydraulicznych ......................................... 11.6.1 Mineralne ciecze hydrauliczne ................................................. 11.6.2 Inne rodzaje olejw hydraulicznych ...................................... 11.6.3 Trudnopalne ciecze hydrauliczne ........................................... 11.6.4 Biodegradowalne ciecze hydrauliczne .................................. 11.7 Czysto cieczy hydraulicznych ............................................... 11.7.1 Zanieczyszczenia cieczy hydraulicznych .............................. 11.7.2 Metody oceny czystoci cieczy hydraulicznych ................. 11.7.3 Wspczynnik filtracji i skuteczno filtracji ......................... 11.7.4 Filtrowalno cieczy hydraulicznych ...................................... 11.8 Warunki prawidowej eksploatacji .......................................... 11.8.1 Nadzr nad filtrami ....................................................................... 11.8.2 Temperatura pracy ....................................................................... 11.8.3 Powietrze w ukadzie hydraulicznym .................................... 11.8.4 Uszczelnienia .................................................................................. 11.9 Dobr cieczy hydraulicznej ....................................................... 11.9.1 Parametry decydujce o doborze ........................................... 11.9.2 Warunki klimatyczne ................................................................... 11.9.3 Dobr lepkoci oraz wskanika lepkoci .............................. 11.9.4 Warunki pracy ................................................................................. 11.9.5 Stosowanie trudnopalnych cieczy hydraulicznych ........... 11.10 Zmiany jakoci cieczy hydraulicznych podczas pracy ...... 11.11 Badania jakoci cieczy hydraulicznych w trakcie pracy ............................................................................... 11.11.1 Badania w miejscu pracy ............................................................ 11.11.2 Kontrola okresowa ........................................................................

1 1 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 5 5 6 6 6 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9

4

I

Rozdzia I: Spis treciXII 12.1 12.2 12.3 12.3.1 12.3.2 12.3.3 12.3.4 12.3.5 12.3.6 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.8.1 12.8.2 12.8.3 12.8.4 12.8.5 12.8.6 12.9 12.9.1 12.9.2 12.9.3 12.9.4 12.10 12.10.1 12.10.2 12.10.3 12.10.4 12.10.5. 12.10.6 12.10.7 12.10.8 12.10.9 12.11 12.12 12.12.1 12.12.2 12.12.3 12.13 12.13.1 12.13.2 12.13. 3 12.13.4 12.14 12.14.1 12.14.2 12.15 12.16 12.16.1 12.16.2 12.16.3 Ciecze do obrbki metali Obrbka powierzchniowa metali ............................................ 1 Chodzenie ....................................................................................... 1 Co to jest ciecz obrbcza?........................................................... 2 Oleje obrbcze ............................................................................... 2 Oleje emulgujce (koncentraty) i emulsje olejowe ........... 2 Mikroemulsje .................................................................................. 3 Roztwory substancji chemicznych .......................................... 3 Pasty ................................................................................................... 3 Gazy .................................................................................................... 3 Klasyfikacja cieczy obrbczych ................................................ 3 Funkcje cieczy obrbczych ........................................................ 4 Podstawowe waciwoci uytkowe ....................................... 5 Skad cieczy obrbczych ............................................................ 5 Procesy biologiczne ..................................................................... 7 Rodzaje mikroorganizmw ........................................................ 7 rda zakae ............................................................................... 8 Skutki rozwoju mikroorganizmw .......................................... 8 Kontrola mikrobiologiczna chodziw ..................................... 8 Pielgnacja chodziw ................................................................... 8 Mycie i odkaanie ......................................................................... 9 Sposoby pielgnacji chodziw .................................................. 9 Objawy niewaciwej jakoci chodziw ................................. 9 rodki odkaajce (biobjcze) .................................................. 9 Konserwacja chodziw ............................................................... 11 Nadzorowanie stenia emulsji ............................................. 11 Laboratoryjne metody bada ................................................. 11 Standardowe metody bada .................................................. 12 Specyficzne metody bada ..................................................... 12 Stenie jonw wodorowych pH ....................................... 12 Kontrola mikrobiologiczna ...................................................... 12 Wspczynnik zaamania wiata ........................................... 13 Pomiar stenia metod wysalania .......................................13 Dziaanie korodujce na stopy elaza .................................. 13 Test na azotyny (nitrozoaminy) .............................................. 13 Kontrola twardoci wody ......................................................... 13 Dobr cieczy obrbczych do zastosowa ..........................14 Zalecenia praktyczne ................................................................. 14 Jako wody .................................................................................. 14 Sporzdzanie emulsji i przygotowanie maszyny ............ 14 Utylizacja zuytej emulsji.......................................................... 15 Ciecze do wytaczania ............................................................... 15 Wytaczanie ................................................................................... 15 Smarowanie w procesach wytaczania ............................... 16 rodki smarowe do procesw wytaczania ....................... 16 Praktyka eksploatacyjna ........................................................... 17 Walcowanie ................................................................................... 17 Smarowanie w procesach walcowania ............................... 18 rodki smarne do procesw walcowania ........................... 18 Obrbka elektroerozyjna .......................................................... 18 Bezpieczestwo pracy ............................................................... 19 Problemy toksycznoci cieczy obrbczych ........................ 19 System oczyszczania .................................................................. 23 Podstawowe zasady bezpieczestwa i higieny pracy ............................................. 23 Ciecze izolacyjne Klasyfikacja cieczy izolacyjnych ............................................... Zastosowania cieczy izolacyjnych .......................................... Metody bada ................................................................................ Waciwoci cieczy izolacyjnych .............................................. Problem PCB ................................................................................... Smarowanie ukadw pneumatycznych Napdy i ukady pneumatyczne .............................................. Smarowanie urzdze pneumatycznych ............................. Klasyfikacja ...................................................................................... Dobr ................................................................................................. XV 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 XVI 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.6.1 16.6.2 16.7 16.8 XVII 17.1 17.2 17.2.1 17.2.2 17.3 17.3.1 17.3.2 17.4 17.4.1 17.4.2 17.5 17.5.1 17.5.2 17.6 17.7 XVIII 18.1 18.2 18.3 18.3.1 18.3.2 18.3.3 18.4 18.5 18.6 XIX 19.1 19.2 19.2.1 19.2.2 19.2.3 19.2.4 19.2.5 19.3 19.4 19.5 19.6 19.7 19.8 19.9 19.10 Ciecze do przenoszenia ciepa Olejowe noniki ciepa ................................................................ Parametry charakteryzujce jako olejowych nonikw ciepa ............................................................................. Klasyfikacja olejowych nonikw ciepa ............................... Ukady przenoszenia ciepa ....................................................... Dobr olejowych nonikw ciepa ......................................... Uwagi o bezpieczestwie pracy ..............................................

1 2 4 4 4 5

rodki czasowej ochrony metali przed korozj Korozja .............................................................................................. 1 Metody przeciwdziaania korozji metali ............................... 3 rodki czasowej ochrony metali przed korozj .................. 4 Klasyfikacje rodkw ochrony czasowej metali przed korozj .................................................................................. 6 Rozpuszczalniki .............................................................................. 7 Metody kontroli jakoci .............................................................. 8 Metody standardowe .................................................................. 8 Metody specyficzne ..................................................................... 9 Wymagania ................................................................................... 10 Dobr do zastosowa ............................................................... 10 Smarowanie turbin Turbiny .............................................................................................. Turbiny parowe .............................................................................. Budowa i zasada dziaania ......................................................... Smarowanie turbin parowych .................................................. Turbiny gazowe ............................................................................. Budowa i zasada dziaania ......................................................... Smarowanie turbin gazowych ................................................. Obiegi kombinowane .................................................................. Budowa i zasada dziaania ......................................................... Smarowanie obiegw kombinowanych ............................... Turbiny hydrauliczne ................................................................... Budowa i zasada dziaania ......................................................... Smarowanie turbin hydraulicznych ........................................ Oleje turbinowe ............................................................................. Turbinowe silniki lotnicze ..........................................................

1 1 1 2 3 3 3 4 4 4 4 4 4 5 8

Oleje do obrbki cieplnej metali Hartowanie ...................................................................................... 1 Klasyfikacja pynw hartowniczych ....................................... 4 Oleje hartownicze ......................................................................... 5 Skad chemiczny olejw hartowniczych ............................... 5 Dodatki do olejw hartowniczych .......................................... 5 Wymagania stawiane olejom hartowniczym ...................... 6 Specyficzne metody bada ....................................................... 7 Ocena jakoci oleju podczas pracy ......................................... 9 Pielgnacja olejw hartowniczych podczas pracy .......... 10 Smary plastyczne Skad i budowa smarw plastycznych ................................... 1 Klasyfikacja smarw plastycznych ze wzgldu na rodzaj zagszczacza ....................................... 2 Smary mydlane .............................................................................. 2 Smary zawierajce zagszczacze mieszane ......................... 2 Smary wglowodorowe ............................................................. 3 Smary z zagszczaczami nieorganicznymi .......................... 3 Smary z zagszczaczami polimerowymi .............................. 3 Dodatki ............................................................................................. 3 Wymagania stawiane smarom plastycznym ....................... 5 Podstawowe pojcia i metody oceny jakoci ..................... 5 Klasyfikacja wedug konsystencji ............................................ 8 Klasyfikacja wedug przeznaczenia ........................................ 8 Zastosowania smarw plastycznych ...................................... 9 Oglne zasady doboru smarw plastycznych do zastosowa ............................................................................. 10 Smarowanie oysk tocznych .................................................. 10

XIII 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 XIV 14.1 14.2 14.3 14.4

1 1 2 3 4

1 2 4 4

I

5

XX 20.1 20.2 20.3 20.3.1 20.3.2 20.4 20.5 20.5.1 20.5.2 20.5.3 20.5.4 20.5.5 20.5.6 20.5.7 20.5.8 20.5.9 20.5.10 20.5.11 20.5.12 20.5.13 20.5.14 20.6

Rozpuszczalniki i ciecze specjalne Klasyfikacja rozpuszczalnikw ................................................. 1 Budowa chemiczna i podstawowe waciwoci rozpuszczalnikw ................................................. 2 Metody bada rozpuszczalnikw i cieczy specjalnych ...................................................................... 3 Podstawowe metody bada .................................................... 4 Specyficzne metody bada ...................................................... 4 Asortyment rozpuszczalnikw i cieczy specjalnych ......... 7 Waciwoci i zastosowania rozpuszczalnikw i cieczy specjalnych .................................. 8 Benzyny ekstrakcyjne .................................................................. 8 Benzyny lakiernicze (lakowe) .................................................... 8 Nafty oczyszczone ........................................................................ 9 Rozpuszczalniki aromatyczne .................................................. 9 Rozpuszczalniki izoparafinowe i cykloparafinowe ......... 10 Plastyfikatory ................................................................................ 10 Rozpuszczalniki do farb drukarskich .................................... 11 Oleje wiertnicze ........................................................................... 11 Oleje fluksowe .............................................................................. 11 Ciecze do mycia i odtuszczania ............................................ 11 Agrochemia ................................................................................... 12 Lekkie oleje procesowe ............................................................. 12 rednie oleje procesowe .......................................................... 12 Oleje parafinowe biae .............................................................. 13 Uytkowanie zbiornikw i pojemnikw do cieczy specjalnych ................................................................ 14 rodki smarne dla przemysu spoywczego Problem rodkw smarnych ..................................................... Analiza zagroe ........................................................................... Prawodawstwo i normy .............................................................. Konstrukcja maszyn ..................................................................... rodki smarne dla przemysu spoywczego ....................... Skad chemiczny ............................................................................ Zasady stosowania .......................................................................

XXIII 23.1 23.2 23.3 23.4 23.5 23.6 23.7 23.8 23.9 23.10 23.10.1 23.10.2 23.10.3 23.10.4 23.11 23.12 23.13 23.14 23.15 23.16 23.17 23.18 23.19 23.20 23.21 23.22 23.23 23.24 23.25 23.26 23.27 23.28 23.29 23.30 23.31 23.32 23.33

XXI 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 21.7 XXII 22.1 22.2 22.3 22.4 22.5 22.6

1 1 2 3 3 4 4

Nadzr nad stanem maszyny i oleju Systemy nadzoru nad stanem maszyny ................................ 1 Proces zuywania maszyny podczas eksploatacji ............. 1 Zmiany jakociowe oleju podczas pracy .............................. 2 System analiz laboratoryjnych ................................................. 3 Dziaanie systemu LUBIANA ...................................................... 9 Dziaania zaradcze ...................................................................... 11

Jednostki miar najczciej stosowane w technice smarowniczej Midzynarodowy Ukad Jednostek Miar SI .......................... 1 Dugo ............................................................................................. 1 Pole powierzchni (powierzchnia) ............................................ 2 Objto ........................................................................................... 2 Masa ................................................................................................... 2 Czas .................................................................................................... 2 Prd elektryczny ............................................................................ 3 Temperatura .................................................................................... 3 Liczno materii ............................................................................. 3 Gsto i ciar waciwy ............................................................ 3 Gsto (masa waciwa) ............................................................ 3 Gsto wzgldna ......................................................................... 4 Ciar waciwy .............................................................................. 4 Ciar waciwy wzgldny ......................................................... 4 Lepko dynamiczna .................................................................... 4 Lepko kinematyczna ................................................................ 4 Lepko wzgldna ........................................................................ 4 wiato .......................................................................................... 4 Prdko (liniowa) ......................................................................... 5 Prdko obrotowa ....................................................................... 5 Czstotliwo ................................................................................. 5 Sia ...................................................................................................... 5 Cinienie ........................................................................................... 5 Energia, praca ................................................................................. 5 Moc ..................................................................................................... 6 adunek elektryczny .................................................................... 6 Napicie elektryczne .................................................................... 6 Opr elektryczny ........................................................................... 6 Przewodno elektryczna .......................................................... 6 Strumie masy ............................................................................... 6 Strumie objtoci ........................................................................ 6 Pojemno cieplna ....................................................................... 7 Pojemno cieplna waciwa .................................................... 7 Pojemno cieplna molowa ...................................................... 7 Przewodno cieplna .................................................................... 7 Przewodno cieplna waciwa ................................................ 7 Wspczynnik zaamania ............................................................ 7 Bibliografia ................................................................... 8

6

I

Rozdzia I: Spis treci

Rozdzia I

OZNACZENIA, SKRTY I AKRONIMY STOSOWANE W TEKCIE

A rodnik arylowy (aromatyczny) AFNOR (Association Franaise de Normalisation) - Francuski Komitet Normalizacyjny AGMA (American Gear Manufacturers Association) Amerykawwwwskie Stowarzyszenie Producentw Przekadni, symbol normy AGMA AP (aniline point) punkt anilinowy API (American Petroleum Institute) Amerykaski Instytut Naftowy API stopnie skali gstoci API AU (polyester urethanes) estry poliuretanowe ASTM (American Society for Testing and Materials) Amerykaskie Stowarzyszenie ds. Bada i Materiaw, symbol normy ASTM AW (antiwear) dodatek przeciwzuyciowy, waciwoci przeciwzuyciowe AVP (absolute vapour presure) absolutna prno par AVSP (air saturated vapour presure) prno par nasyconych powietrzem BI BS BS c CEN CFPP CGS CN COC COO CR d D DefStd DH DIN Dn dn dv/dx E E ef (bromine index) liczba bromowa (British Standard) Norma Brytyjska (Bright Stock) brightstock ciepo waciwe (Comit Europen de Normalisation) Europejski Komitet Normalizacyjny (cold filter plugging point) temperatura blokowania zimnego filtru ukad jednostek: centymetr, gram, sekunda (cetane number) liczba cetanowa (Cleveland Open Cup) temperatura zaponu w tyglu otwartym wg Cleveland frakcja cikiego oleju opaowego (chloroprene rubbers) kauczuki chloroprenowe gsto wzgldna rednica zastpcza czstki zanieczyszczenia staego (Defence Standard) Norma Obronna (brytyjska) rednica odksztacenia sprystego Hertza (Deutsches Institut fr Normung) Niemiecki Instytut Normalizacyjny, symbol normy DIN wspczynnik prdkoci oyska nominalna dokadno filtracji gradient prdkoci lepko wzgldna Englera energia skuteczno (efektywno) filtracji

EN EN EP

symbol Normy Europejskiej (estrification number) liczba estrowa (extreme presure) waciwoci przeciwzatarciowe, dodatek przeciwzatarciowy EP (end point) temperatura koca odparowania EPDM (ethylene propylene dieneterpolimer rubbers) kauczuki etylenowo-propylenowe EU (polyether urethanes) etery poliuretanowe F FAME FBP FPM G GC GOST sia (fatty acid methyl ester) ester metylowy kwasw tuszczowych (final boiling point) temperatura koca destylacji kauczuki fluorowe ciar (gas chromatography) chromatografia gazowa (Gosudarstwiennyj Standard) symbol normy pastwowej ZSRR oraz Rosji

HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points) system analizy zagroe w krytycznych punktach kontroli (ywnoci) He liczba Herseya HRC skala twardoci Rockwell I I IH IBP IEC II IIR IP IR IR ISO gsto prdu, natenie prdu przeoenie przekadni wskanik zuycia pod obcieniem (initial boiling point) temperatura pocztku destylacji (International Electrotechnical Commision) Midzynarodowa Komisja Elektrotechniczna, symbol normy IEC (iodine index) liczba jodowa (isobutene-izoprene rubbers) - kauczuki butylowe (Institute of Petroleum) Instytut Naftowy (brytyjski), symbol normy IP (infrared) spektroskopia w podczerwieni (isoprene rubber) syntetyczne kauczuki izoprenowe (International Organization for Standardization) Midzynarodowa Organizacja Normalizacyjna, symbol normy ISO

K L LC LDN M

kwasowo praca (liquid chromatography) chromatografia cieczowa lekki destylat naftowy moc

I

7

M M m MIL

masa molowa moment siy, moment obrotowy masa (Military Specification) symbol amerykaskiej specyfikacji wojskowej (m/m) uamek masowy MP temperatura zaponu w tyglu zamknitym wg MartensPensky N N N n n NAS NBR NLGI NF NR OCP ON P p PAMA PAO PCB PCT PE pH PN PIB PP ppm Pr PTFE PU Q q R R Re RVP S S SAE warto siy reakcji normalnej (w procesach tarcia) zapotrzebowanie mocy, moc liczba czstek zanieczyszcze staych prdko obrotowa wspczynnik zaamania wiata (National Aerospace Standard) symbol normy Agencji Aeronautyki (USA) (nitryle-butadiene rubbers) kopolimery butadienu i akrylonitrylu (Buna-N) (National Lubricating Greases Institute) Narodowy Instytut Smarw (USA) (Norme Francaise) Norma Francuska (natural rubbers) kauczuki naturalne

SI SIP SN SR SR SRA SFS SUS T T t TAG TAN TBN TR U UV W WL V V VG VI (V/V) ZDTP

(International System of Units) Midzynarodowy Ukad Jednostek Miar (styrene isoprene polymers) polimery styrenowo-izoptrenowe (saponification number) liczba zmydlenia (silicone rubbers) kauczuki silikonowe, silikony sekundy Redwooda (lepko) sekundy Redwooda Admirality (lepko) sekundy Saybolta Furol (lepko) sekundy Saybolta uniwersalne (lepko) sia tarcia temperatura termodynamiczna, Kelwin temperatura Celsjusza (Tag Open Cup) temperatura zaponu w tyglu otwartym wg TAG (total acid number) cakowita liczba kwasowa (total base number) cakowita liczba zasadowa (thiokole rubbers) kauczuki polisiarczkowe napicie elektryczne (ultraviolet) ultrafiolet ciar produktu w powietrzu wskanik lepkoci wydajno objto (viscosity grade) klasa lepkoci (viscosity index) wskanik lepkoci uamek objtociowy

(olefin copolymers) kopolimery olefin frakcja oleju napdowego obcienie cinienie (polyalkylmethaacrylates) polialkilometaakrylany polialfa-olefiny polichlorowane bifenyle polichlorowane trifenyle polietylen ujemny logarytm ze stenia jonw wodorowych symbol Polskiej Normy (polyisobutylene) poliizobutyleny polipropylen (parts per milion) czci na milion liczba Prandtla (politetrafluoroethylene) politetrafluoroetylen (teflon) poliuretan

alkiloditiofosforan cynku

ciepo ciepo parowania refrakcja molowa rodnik alkilowy liczba Reynoldsa (Reid vapour pressure) prno par wg Reida

SAN SBN SBR

powierzchnia sia cinajca (Society of Automobile Engineers) Stowarzyszenie Amerykaskich Inynierw Samochodowych, symbol normy SAE (strong acid number) liczba kwasowa mocnych kwasw (strong base number) liczba zasadowa mocnych zasad (styrene butadiene rubbers) kauczuki styrenowo butadienowe (Buna-S); kopolimery styrenowo-butadienowe

%(m/m) uamek masowy wyraony w procentach %(V/V) uamek objtociowy wyraony w procentach rozszerzalno cieplna temperaturowy wspczynnik zmian gstoci x wspczynnik filtracji napicie powierzchniowe ciar waciwy p rnica cinie V zmiana objtoci napicie midzyfazowe kt zwilania przewodno cieplna wspczynnik tarcia lepko kinematycznaw lepko dynamiczna sprawno prdko ktowa gsto wskanik spitrzenia (sprarki przepywowe) pynno , wspczynnik ciliwoci

8

I

Rozdzia I: Spis treci

Rozdzia I

WSTP

Rozwj przemysu, jaki ma miejsce w ostatnich latach, spowodowa rwnie rozwj technik smarowniczych. Wie si to z doskonaleniem rodkw smarnych i innych cieczy eksploatacyjnych, a take konstrukcji urzdze smarowych. Konstruktorzy maszyn i urzdze oraz uytkownicy, susznie traktuj rodki smarne jako element konstrukcyjny, czsto decydujcy o trwaoci i niezawodnoci maszyny lub rodka transportu. Rozwj przemysu i transportu pociga za sob rozwj asortymentu rodkw smarnych i cieczy eksploatacyjnych, metod ich bada oraz rnych urzdze pomocniczych, doskonalcych technik smarownicz. Powstaa w ten sposb dziedzina techniki posuguje si specyficznymi metodami bada i wasn terminologi. W wielu przypadkach obserwuje si trudnoci w porozumiewaniu si mechanikw, uytkownikw maszyn i rodkw transportu, technologw w przemyle oraz specjalistw z zakresu pynw eksploatacyjnych tj. paliw pynnych, rodkw smarnych i innych cieczy roboczych. Wypenienie powstaej luki jest podstawowym celem, niniejszej publikacji. Publikacja, wedug zaoenia, ma charakter popularno-techniczny i jest gwnie przeznaczona dla uytkownikw wyrobw koncernu TOTAL. Z tego wzgldu nie stanowi opracowania uniwersalnego, obejmujcego cay zakres technologii produkcji, sposobw stosowania oraz techniki smarowniczej. Ma ona na celu przyblienie problematyki przemysowych rodkw smarnych i innych cieczy eksploatacyjnych oraz wybranych technik smarowania, stosowanych gwnie w przemyle, ale take przez uytkownikw wyrobw przemysowych. Popularno-techniczny charakter opracowania oraz ograniczona objto spowodoway konieczno zastosowania pewnych uproszcze. Zechc to wybaczy specjalici z zakresu przemysu naftowego, dla ktrych publikacja niniejsza, w zasadzie nie jest przeznaczona. Wydawca wyraa przekonanie, e przedstawiony materia bdzie pomocny inynierom i technikom, w codziennej praktyce uytkowania pynw eksploatacyjnych i przyczyni si do uzyskania istotnych korzyci ekonomicznych.

I

9

NOTATKI

10

I

Rozdzia II: Podstawy techniki smarowniczej

Rozdzia II

PODSTAWY TECHNIKI SMAROWNICZEJ

Pod pojciem smarowania, powszechnie rozumie si proces polegajcy na wprowadzeniu substancji smarujcej pomidzy wsppracujce powierzchnie, dalej zwane skojarzeniem trcym1, w celu zmniejszenia oporw tarcia i procesw zuywania. Znajomo praw, jakie obowizuj w procesie smarowania pozwala na konstruowanie maszyn zuywajcych minimaln ilo energii podczas pracy i odznaczajcych si niezawodnoci i trwaoci. Jedn z dziedzin dziaalnoci ludzkiej, w ktrej smarowanie znalazo szerokie zastosowanie, s maszyny. Powszechnie przyjmuje si, e elementami konstrukcyjnymi maszyn s: urzdzenia smarowe i rodki smarne. Sposb doprowadzenia rodka smarnego do skojarzenia trcego jest okrelany jako technika smarowania lub technika smarownicza.

Dieragina tarcie jest wynikiem pokonywania nierwnoci na powierzchniach trcych cia; Kragielskiego tarcie jest wynikiem odksztacania materiau (spcznianie spotgowane powstawaniem fal odksztaceniowych) w pobliu powierzchni; Bowdena-Tabora tarcie jest spowodowane powstawaniem i zrywaniem mikrospoin, wystpujcych w punktach styku mikronierwnoci. Ze wzgldu na ruch wyrnia si: tarcie kinetyczne (ruchowe): lizgowe i toczne oraz tarcie statyczne (spoczynkowe). Tarcie kinetyczne (ruchowe) tarcie wystpujce w skojarzeniu trcym podczas wzgldnego przemieszania si dwch rnych cia, jako tzw. tarcie zewntrzne lub rnych czci jednego ciaa, jako tzw. tarcie wewntrzne. W przypadku tarcia kinetycznego wyrnia si tarcie lizgowe i tarcie toczne. Tarcie lizgowe tarcie wystpujce w skojarzeniu trcym wwczas, gdy prdko wzgldna dwch stykajcych si cia jest rna od zera. Tarcie lizgowe, zwane jest rwnie tarciem posuwistym. Tarcie lizgowe jest powszechnie spotykane w wielu mechanizmach maszyn: oyskach lizgowych, przekadniach zbatych, przekadniach pasowych, hamulcach tarciowych, niektrych typach sprzgie, podczas obrbki metali skrawaniem i wielu innych powszechnie znanych przypadkach. Tarcie toczne tarcie wystpujce w skojarzeniu trcym wwczas, gdy jedno ze stykajcych si cia toczy si po powierzchni innego, a prdko wzgldna obu cia w punkcie styku jest rwna zero. Ruch wzgldny ciaa toczcego si moe by okrelony jako obrt dookoa kolejnych punktw styku. Tarcie toczne ma miejsce w przypadku, gdy jedno ze stykajcych si cia toczy si po paskiej lub krzywej powierzchni innego ciaa bez polizgu. Przykadem moe by tarcie wystpujce podczas toczenia si kuli lub walca po paskiej lub krzywej powierzchni. W praktyce eksploatacyjnej tarcie toczne wystpuje w wielu przypadkach, np.: q ruch koa pojazdu po powierzchni, q toczenie si kulek lub waeczkw po bieni oyska tocznego, q ruch walcw po powierzchni walcowanej blachy, q ruch koa pasowego wzgldem pasa transmisyjnego itp.1 2

2.1 TarcieWzajemnemu ruchowi dwch stykajcych si cia towarzysz opory tarcia, ktrych miar jest sia tarcia T. Tarcie wystpujce w maszynach, w wikszoci przypadkw jest zjawiskiem niepodanym w niektrych jednak konstrukcjach (hamulce, sprzga, napdy linowe, transportery, itp.) tarcie jest wykorzystywane do przeciwdziaania ruchowi lub zmiany prdkoci wzgldnej stykajcych si cia. Tarcie zjawisko fizyczne, przeciwdziaajce wzgldnemu ruchowi dwch stykajcych si cia, w rezultacie ktrego powstaj opory tarcia, wyraane siami tarcia i maj miejsce procesy zuywania wsppracujcych powierzchni skojarzenia trcego. Opory tarcia miara tarcia okrelana jako sia styczna, powstajca podczas przemieszczania wsppracujcych powierzchni skojarzenia trcego, wzgldem siebie. Skojarzenie trce styk wsppracujcych powierzchni elementw konstrukcyjnych maszyny. Z naukowego punktu widzenia procesem smarowania zajmuje si trybologia (zwana te tribologi2), a technicznymi rozwizaniami w tej dziedzinie trybotechnika (tribotechnika). 2.1.1 Tarcie suche Jedn z form tarcia jest tarcie suche. Tarcie suche tarcie wystpujce w skojarzeniu trcym, gdy wsppracujce powierzchnie nie s rozdzielone cakowicie lub czciowo rodkiem smarnym. Tarcie suche jest opisane prawami, dla ktrych wyjanienie jest ujmowane nastpujcymi teoriami: Tomilsona tarcie jest rezultatem wzajemnego oddziaywania si midzyczsteczkowych, jakie wystpuj na trcych si powierzchniach;

Przyjty przez autorw termin skojarzenie trce w innych publikacjach jest okrelany jako: wze tarcia , wze trybologiczny. W niektrych publikacjach sowa trybologia i trybotechnika s pisane przez i: tribologia , tribotechnika obie pisownie maj swoje uzasadnienia. Autorzy w niniejszej publikacji sowa te pisz przez y; rnica pisowni, z merytorycznego punktu widzenia, nie ma adnego znaczenia.

II

1

Tarcie statyczne (spoczynkowe) tarcie wystpujce w skojarzeniu trcym wwczas, gdy dwa stykajce si ciaa s wzgldem siebie w spoczynku. Ze wzgldu na lokalizacj wyrnia si tarcie zewntrzne oraz wewntrzne. Tarcie wewntrzne przeciwdziaa odksztaceniom materiau, jest przyczyn tzw. histerezy sprystej, zmczenia materiaw, tumienia drga, itp. 2.1.2 Tarcie pynne Tarcie wewntrzne niekiedy jest utosamiane z tarciem pynnym, wystpujcym w obrbie pynu (gazu lub cieczy) i przeciwdziaajcym wzajemnemu przemieszczaniu si warstw pynu. Tarcie pynne tarcie wystpujce w skojarzeniu trcym, gdy wsppracujce powierzchnie skojarzenia trcego s cakowicie rozdzielone przez rodek smarny. 2.1.3 Tarcie graniczne W przypadku, gdy midzy powierzchniami trcych cia znajduje si warstwa rodka smarnego, zbyt cienka by wytworzy tarcie pynne, wwczas ma miejsce tarcie graniczne. W tym przypadku, warstewka rodka smarnego jest ciesza ni suma wysokoci nierwnoci, na trcych powierzchniach. Tarcie graniczne tarcie wystpujce w skojarzeniu trcym, gdy wsppracujce powierzchnie skojarzenia trcego s czciowo oddzielone od siebie rodkiem smarnym, a stykaj si ze sob tylko nierwnociami. Niekiedy tarcie graniczne jest nazywane tarciem psuchym. W procesach eksploatowania maszyn dopuszcza si jedynie tarcie pynne i tarcie graniczne. Tarcie suche jest zjawiskiem podanym tylko w szczeglnych przypadkach (hamulce tarczowe, sprzga cierne itp.). Klasyfikacj rodzajw tarcia przedstawiono w tabeli 2.1, a na rys. 2.1 przedstawiono schematy obrazujce podstawowe rodzaje tarcia. Od rodzaju tarcia i przyoonego obcienia zaley zuycie wsppracujcych powierzchni skojarzenia trcego, co ilustruje wykres przedstawiony na rys. 2.2. 2.1.4 Wspczynnik tarcia Tarcie jest charakteryzowane parametrem zwanym wspczynnikiem tarcia. Wspczynnik tarcia () liczba bezwymiarowa, okrelana jako stosunek wartoci siy tarcia (T) do wartoci siy normalnej (N) do powierzchni, wyraana zalenoci (2.1): = T N(2.1)Rys. 2.1 Rodzaje tarcia A tarcie suche; B tarcie graniczne; C tarcie psuche; D tarcie pynne 1 rodek smarny, 2 film smarowy

Rys 2.2 Zaleno zuycia od rodzaju tarcia i obcienia (linia ciga) A smarowanie hydrodynamiczne, B smarowanie graniczne lub elastohydrodynamiczne, obszar zuycia adhezyjnego, C obszar zacierania, D zatarcie, Z zespawanie; lini przerywan oznaczono lini Hertza

Wyrnia si wspczynnik tarcia spoczynkowego, gdy stykajce si powierzchnie maj wzajemn prdko v = 0 oraz wspczynnik tarcia dynamicznego, gdy ta prdko jest rna od zera. Wspczynnik tarcia statycznego jest wielkoci mierzaln. Obrazuje to nastpujcy klasyczny model pomiaru (rys. 2.3), oparty o zasad rwni pochyej. Klocek lecy na rwni pochyej, wywierajcy na jej powierzchni si G jest w spoczynku, dopki kt jest mniejszy od pewnego kta granicznego. Zsuwaniu si klocka przeciwdziaaj opory tarcia, ktrych wypadkow jest sia tarcia T. Dla okrelonego kta, na sile G mona zbudowa rwnolegobok si O, F, G, H. Uwzgldniajc zasady geometrii, zdefiniowany wczeniej wspczynnik tarcia mona opisa wzorem (2.2): T N G sin = tg G cos

TABELA 2.1 Klasyfikacja rodzajw tarcia, ze wzgldu na ruch i lokalizacj (na podstawie Hebdy i Wachala) Kryterium podziau Tarcie spoczynkowe Ruch Tarcie kinetyczne Zewntrzne Tarcie lizgowe Tarcie toczne Tarcie suche W pynach Lokalizacja Wewntrzne Tarcie pynne Tarcie graniczne Odksztacenia plastyczne Odksztacenia spryste Rodzaje tarcia

=

=

(2.2)

Rwnowaga si na rwni pochyej bdzie miaa miejsce dotd, dopki kt nie przekroczy pewnej wartoci granicznej g, po osigniciu ktrej klocek zacznie si zsuwa. Wspczynnik tarcia statycznego jest okrelony wzorem (2.3): = tg g(2.3)

W ciaach staych

W zalenoci od rodzaju wystpujcego tarcia, wyrnia si wspczynnik tarcia lizgowego, tocznego i statycznego.

2

II

Rozdzia II: Podstawy techniki smarowniczejjest zmniejszenie oporw tarcia i zuywania elementw konstrukcyjnych maszyn. Wanym zadaniem smarowania jest zabezpieczenie przed zacieraniem. Czci maszyny, ktrej zadaniem jest doprowadzenie rodka smarnego do skojarzenia trcego, jest urzdzenie smarowe. Urzdzenie smarowe moe rwnie by odrbnym elementem maszyny, uywanym okresowo do podawania rodka smarnego do skojarzenia trcego. Sposb doprowadzenia rodka smarnego do skojarzenia trcego jest okrelany jako technika smarowania. Technika smarowania sposb doprowadzenia rodka smarnego do skojarzenia trcego, przy zastosowaniu urzdze smarowych. Substancj, ktra jest wprowadzana do skojarzenia trcego w celu zmniejszenia tarcia i przeciwdziaania zacieraniu, jest rodek smarny czsto nazywany smarem. Jako rodki smarne s stosowane: q gazy, q ciecze: oleje smarne, emulsje chodzco-smarujce, q substancje o konsystencji elu, np. smary plastyczne, q substancje stae: grafit, disiarczek molibdenu, azotek boru itp., a take niektre metale (np. mied, zoto). rodek smarny, smar substancja wprowadzona pomidzy dwie wsppracujce powierzchnie skojarzenia trcego, w celu zmniejszenia oporw tarcia. Jako rodek smarny jest stosowane wiele substancji o rnych waciwociach. Podstawow cech charakteryzujc substancje smarne jest smarno. Smarno zdolno rodka smarnego do zmniejszania tarcia inaczej ni poprzez zmian lepkoci. Spord dwch substancji o jednakowej lepkoci, w tych samych warunkach smarowania, lepsz smarno ma ta substancja, ktra bardziej zmniejszy tarcie wystpujce w skojarzeniu trcym. Smarno nie jest waciwoci materii, poniewa musi by odnoszona do waciwoci i warunkw pracy skojarzenia trcego: q geometrii styku, q naciskw jednostkowych, q prdkoci przemieszczania wsppracujcych powierzchni, q temperatury, q waciwoci materiau, z ktrego s wykonane wsppracujce powierzchnie skojarzenia trcego, q cinienia, q skadu chemicznego atmosfery w otoczeniu skojarzenia trcego. Smarno jest take okrelana jako waciwo substancji smarujcej, charakteryzujcej jej zachowanie w warunkach tarcia granicznego.

Rys. 2.3 Model pomiaru wspczynnika tarcia

2.2 Podstawowe rodzaje skojarze trcychSkojarzenia trce s klasyfikowane na wiele sposobw. Podstawowa klasyfikacja, jest oparta o tzw. geometri styku, wyrnia si: q styk punktowy, q styk liniowy, q styk powierzchniowy. Styk punktowy wystpuje wwczas, gdy dwa wsppracujce elementy skojarzenia trcego stykaj si tylko w jednym punkcie. Przypadek taki ma np. miejsce, gdy skojarzeniem trcym jest kula i paszczyzna lub dwie kule lub dwa skrzyowane walce (przekadnia palcowa) itp. Styk liniowy wystpuje wwczas, gdy stykiem dwch wsppracujcych elementw skojarzenia trcego jest linia. Moe to by linia prosta, np. w przypadku styku walca z powierzchni, dwch walcw, zbw przekadni walcowych o zbach prostych, w niektrych przypadkach, styk moe by lini krzyw. Przypadki takie wystpuj w rnego rodzaju przekadniach zbatych. Styk powierzchniowy wystpuje wwczas, gdy stykiem dwch wsppracujcych elementw skojarzenia trcego jest powierzchnia. Przykadem wystpowania takiego styku moe by sprzgo tarczowe, przekadnia pasowa oraz prowadnice, suwaki itp. Od rodzaju styku zale naciski jednostkowe. Przy jednakowej sile oddziaywujcej prostopadle na dwa wsppracujce elementy, najwiksze siy jednostkowe wystpuj w styku punktowym, a najmniejsze w styku powierzchniowym. S to przykady teoretyczne. W praktyce eksploatacyjnej zawsze wystpuje styk powierzchniowy punkt ma okrelony promie, a linia okrelon grubo.

2.3 SmarowanieTarcie powoduje straty energii, wzrost temperatury, zuywanie si powierzchni. W celu przeciwdziaania negatywnym skutkom tarcia stosuje si smarowanie substancjami zwanymi rodkami smarnymi. W powszechnym rozumieniu, pod pojciem smarowania rozumie si wprowadzanie substancji smarujcej pomidzy wsppracujce powierzchnie skojarzenia trcego. Jest to czynno wykonywana przez urzdzenie smarowe lub czowieka. Urzdzenie smarowe element konstrukcyjny maszyny sucy do doprowadzania rodka smarnego do skojarzenia trcego. Z technicznego punktu widzenia pod pojciem smarowania rozumie si efekt obecnoci rodka smarnego (smaru) w skojarzeniu trcym. Oczekiwanym efektem smarowania jest zmniejszenie wspczynnika tarcia oraz spowolnienie procesw zuywania wsppracujcych powierzchni skojarzenia trcego. Smarowanie ma na celu zastpienie zewntrznego tarcia suchego tarciem wewntrznym rodka smarnego. Skutkiem smarowania

2.4 Procesy smarowaniaCelem smarowania jest uzyskanie tarcia pynnego. Moe to by osignite poprzez stworzenie warunkw do smarowania: hydrostatycznego, hydrodynamicznego lub hybrydowego, czcego oba wczeniej wymienione sposoby. Wyrnia si rwnie tzw. smarowanie elastohydrodynamiczne. 2.4.1 Smarowanie hydrostatyczne Smarowanie hydrostatyczne polega na wytworzeniu w skojarzeniu trcym, przy uyciu urzdze zewntrznych (np. pomp), cinienia rodka smarnego, ktre rozdzieli obie smarowane powierzchnie w taki sposb, e midzy nimi bdzie wystpowa tarcie pynne. Zasad smarowania hydrostatycznego, na przykadzie smarowania poprzecznego oyska lizgowego, przedstawiono na rys. 2.4. Zrwnowaenie si wypadkowych, dziaajcych na wa oraz si

II

3

obcione. Zapobiega to zuywaniu powierzchni trcych wau i panwi w pocztkowym okresie pracy. Smarowanie hydrostatyczne wystpuje w rnych rozwizaniach konstrukcyjnych, a take w warunkach naturalnych. Przykadem smarowania hydrostatycznego jest tarcie pynne, jakie ma miejsce midzy pync kr i dnem rzeki. 2.4.2 Smarowanie hydrodynamiczne Zasada smarowania hydrodynamicznego polega na rozdzieleniu wsppracujcych powierzchni skojarzenia trcego samoistnie powstajcym klinem smarowym, w ktrym cinienie rwnoway istniejce siy (obcienia). Zasad smarowania hydrodynamicznego, na przykadzie poprzecznego oyska lizgowego, przedstawiono na rys. 2.5. W stanie spoczynkowym (rys. 2.5A) wa ley na panwi, zanurzony w rodku smarnym. W tym pooeniu wystpuje tarcie spoczynkowe. Siy wyporu hydrostatycznego nie rwnowa si cikoci. Pocztkowy obrt wau (rys. 2.5B) powoduje powstanie klina smarujcego. Nastpuje uniesienie wau z jednoczesnym przemieszczeniem rodka obrotu wau, na jedn ze cian panwi. Dalszy obrt wau powoduje przemieszczenie klina smarujcego, zgodnie z kierunkiem obrotu wau i jednoczesne przemieszczenie rodka obrotu na drug ze cian panwi (rys. 2.5C). Przy pewnych obrotach wau, klin smarujcy rozoy si w miar rwnomiernie tak, e obracajcy si wa nie bdzie dotyka adnej ze cian panwi (rys. 2.5D). Model smarowania hydrodynamicznego poprzecznego oyska lizgowego, z zaznaczeniem si wystpujcych podczas obrotu wau, przedstawia rys. 2.6. Na rys. zaznaczono siy wystpujce w poprzecznym oysku lizgowym we wzdunym przekroju panwi (rys 2.6A) i w przekroju poprzecznym (rys 2.6B). W wyniku dziaania siy wyporu klina smarujcego, wa zostaje uniesiony. rodek obrotu wau tylko nieznacznie jest przemieszczony wzgldem geometrycznej osi panwi. W smarowaniu hydrodynamicznym sia wyporu, unoszca wa oyska, powstaje samoistnie w rezultacie ruchu wsppracujcych wzajemnie przemieszczajcych si powierzchni wau i panwi. Przedstawiona zasada smarowania hydrodynamicznego dobrze tumaczy fakt, e wa zuywa si na caej powierzchni walca, natomiast panew zuywa si tylko na powierzchni ograniczonej odcinkiem X-Y-Z. Jest to istotna wada tego rodzaju smarowania. Mimo tej wady, ze wzgldu na prostot rozwiza konstrukcyjnych, jest to najczciej stosowany sposb smarowania. w szczeglnych przypadkach jest stosowane tzw. smarowanie hybrydowe. Smarowanie hybrydowe polega na jednoczesnym smarowaniu hydrostatycznym i hydrodynamicznym. czy ono zalety obu rodzajw smarowania, jednak w tym przypadku, rozwizania konstrukcyjne s bardziej skomplikowane. W niektrych rozwizaniach konstrukcyjnych maszyn, smarowanie hybrydowe jest stosowane tylko w okresie rozruchu maszyny, nastpnie po osigniciu warunkw smarowania hydrodynamicznego, urzdzenia zapewniajce smarowanie hydrostatyczne s wyczane. 2.4.3 Smarowanie elastohydrodynamiczne W niektrych rozwizaniach konstrukcyjnych skojarze trcych, np. w przekadniach zbatych, niektrych typach oysk tocznych i lizgowych, na krzywkach itp. moe mie miejsce specjalny proces smarowania, zwany smarowaniem elastohydrodynamicznym. W odpowiednio uksztatowanym skojarzeniu trcym powstaje wysokie cinienie, wskutek tego lepko rodka smarnego zwiksza

Rys. 2.4 Model smarowania hydrostatycznego poprzecznego oyska lizgowego A przekrj poprzeczny oyska lizgowego, B rozkad cinie w oysku wywoany czynnikami zewntrznymi; 1 panew oyska, 2 wa oyska, 3 rodek smarny, 4 wlot rodka smarnego, 5 wylot rodka smarnego

wyporu podnosi wa, co powoduje e midzy waem 1 i panwi 2 ma miejsce tarcie pynne. Smarowanie hydrostatyczne najczciej jest stosowane podczas rozruchu maszyn, ktrych skojarzenia trce s bardzo silnie

Rys. 2.5 Tworzenie klina smarujcego w poprzecznym oysku lizgowym A pooenie spoczynkowe, B, C kolejne fazy rozruchu; tworzenie si klina smarujcego, D faza ustabilizowanej pracy oyska

4

II

Rozdzia II: Podstawy techniki smarowniczej

Rys. 2.7 Model smarowania elastohydrodynamicznego na przykadzie dwch toczcych si po sobie walcw A obracajce si walce, B rozkad cinienia w skojarzeniu trcym, 1 miejsca sprystego odksztacenia warstw wierzchnich, 2 rodek smarny Rys. 2.6 Model smarowania hydrodynamicznego poprzecznego oyska lizgowego A przekrj wzduny oyska lizgowego, B przekrj poprzeczny oyska lizgowego, 1 panew oyska, 2 wa oyska, 3 rodek smarny

czynnika tarcia od zmiennej nazywanej liczb Herseya [He], okrelon wzorem (2.4): He = gdzie: lepko dynamiczna rodka smarnego, v prdko przemieszczania si powierzchni skojarzenia trcego, P obcienie. .v P(2.4)

si, a powierzchnie trce odksztacaj si sprycie (tzw. kontakt Hertza). Jest to powodem rozdzielenia smarowanych powierzchni skojarzenia trcego. Model smarowania elastohydrodynamicznego, na przykadzie toczcych si po sobie walcw, przedstawia rys. 2.7A. Rysunek 2.7B przedstawia rozkad cinie rodka smarnego w takim skojarzeniu trcym. 2.4.4 Wykres Stribecka Czynnikami istotnie wpywajcymi na zuycie cierne wsppracujcych powierzchni skojarzenia trcego s: q lepko dynamiczna rodka smarnego (), q grubo filmu smarujcego (h), q prdko wzajemnego przemieszczania si wsppracujcych powierzchni skojarzenia trcego (v), q obcienie (P), q chropowato powierzchni (R). Wzajemne powizanie tych parametrw przedstawia rys. 2.8. Syntetyczne ujcie zalenoci midzy wymienionymi parametrami opisuje tzw. wykres Stribecka, przedstawiony na rys. 2.9. Cz A tego rysunku jest krzyw okrelajc grubo filmu olejowego w skojarzeniu trcym. Przebieg tej krzywej jest dowolny. W tym przypadku dobrany jest w taki sposb, aby uwidoczni grubo filmu olejowego h oraz wygodnie przenie dane o gruboci filmu z krzywej A na krzyw na rys. B. Wykres Stribecka przedstawia zaleno wsp-

Rys. 2.8 Parametry wpywajce na wspczynnik tarcia w skojarzeniu trcym 1, 2 przemieszczajce si elementy skojarzenia trcego, 3 rodek smarny

II

5

w smarowaniu granicznym, jest duo mniejszy ni to ma miejsce w przypadku zwykych olejw smarnych. Wykorzystanie zjawiska IMF pozwala na zmniejszenie energii niezbdnej do pokonania oporw tarcia oraz zmniejszenia zuycia smarowanych powierzchni, rezultatem jest oszczdno energii oraz zwikszenie trwaoci eksploatacyjnej smarowanych ukadw. Zjawisko IMF jest wykorzystywane w nowoczesnych olejach; silnikowych, przekadniowych i innych, stosowanych do smarowania silnie obcionych skojarze trcych.

2.5 Oglna charakterystyka rodkw smarnychPodstawowymi rodkami smarnymi, stosowanymi do smarowania skojarze trcych maszyn s oleje smarne, smary plastyczne, smary stae. Niezalenie od rodzaju, rodkom smarnym s stawiane nastpujce podstawowe wymagania: q powinny odznacza si wymagan smarnoci, q nie powinny reagowa z materiaami konstrukcyjnym, z ktrymi si kontaktuj w skojarzeniu trcym, lub reagowa w sposb kontrolowany, q powinny zachowywa swoje waciwoci uytkowe, w moliwie dugim okresie pracy, q nie powinny ulega degradacji w trakcie skadowania, q nie powinny wykazywa oddziaywa: toksycznych, mutagennych itp. oraz nie powinny zawiera skadnikw niekorzystnie oddziaywujcych na rodowisko naturalne, q w warunkach uytkowania nie powinny stwarza zagroenia poarowego, q powinny zachowywa wymagane waciwoci uytkowe w caym zakresie temperatur i cinie wystpujcych w trakcie pracy skojarzenia trcego, q ich utylizacja powinna by atwa i mao kosztowna, q ich cena powinna by moliwie niska. Jednoczesne spenienie przez rodek smarny wszystkich wymienionych wymaga, w praktyce okazuje si niemoliwe lub bardzo kosztowne. Z tego wzgldu, rodkom smarnym s stawiane wymagania szczegowe, ktre zazwyczaj s rezultatem wielu kompromisw miedzy potrzebami i moliwociami. Jest to zasadniczy powd istnienia bardzo wielu gatunkw rodkw smarnych. Innym istotnym powodem s zachowania konkurencyjne firm produkujcych rodki smarne. 2.5.1 Oleje smarne Oleje smarne ciecze, w warunkach stosowania, dostosowane do smarowania skojarze trcych, z zastosowaniem okrelonej techniki smarowania i urzdze smarowych. Od olejw smarnych wymaga si, odpowiednich do waciwego smarowania skojarzenia trcego: q waciwoci reologicznych, q waciwoci niskotemperaturowych, q waciwoci smarnych i przeciwzuyciowych, q waciwoci zaponu i palenia, q stabilnoci termicznej i termooksydacyjnej, q stabilnoci chemicznej, q kompatybilnoci z materiaami konstrukcyjnymi, q minimalnej toksycznoci i innych waciwoci zwizanych z ochron rodowiska. W praktyce technologicznej wyrnia si: Oleje podstawowe oleje bezporednio otrzymywane z ropy naftowej lub surowcw bitumicznych, w rezultacie zachowawczej lub przetwrczej przerbki ropy naftowej lub odpowiednie zwizki syntetyczne. Oleje bazowe oleje otrzymywane poprzez zmieszanie kilku rnych olejw podstawowych. Oleje smarne oleje otrzymywane z olejw bazowych w rezultacie zmieszania olejw bazowych z dodatkami uszlachetniajcymi,

Rys. 2.9 Wykres Stribecka obrazujcy zaleno wspczynnika tarcia od parametrw zdefiniowanych na rys. 2.8 A grubo filmu smarujcego, B zaleno wspczynnika tarcia od liczby Herseya [He]

Na rys. 2.9 A zaznaczono charakterystyczne obszary tarcia i smarowania odniesione do gruboci filmu smarujcego (h) oraz chropowatoci powierzchni (R): [1] tarcie suche (h 0), [2] tarcie graniczne (h R), [3] tarcie mieszane (h R), [4] tarcie pynne smarowanie elastohydrodynamiczne (h > R), [5] tarcie pynne smarowanie hydrodynamiczne (h >> R). Wielko oznaczona na rys. 2.9 B [Hekr] odpowiada przejciu smarowania z zakresu tarcia mieszanego do zakresu tarcia pynnego. Systemy i urzdzenia smarowe powinny w kadym momencie pracy skojarzenia trcego spenia warunek (2.5): [He] > [Hekr](2.5)

Spenienie tego warunku osiga si przez odpowiedni dobr lepkoci dynamicznej rodka smarnego. Zapewnia to wystpowanie tarcia pynnego. Analogicznie przebiega proces smarowania w innych lizgowych skojarzeniach trcych, np. oyskach lizgowych. 2.4.5 Zjawisko tarcia midzyczsteczkowego Zjawisko tarcia midzyczsteczkowego (IMF intra molecular friction) jest to zjawisko, polegajce na takiej modyfikacji smarowania hydrodynamicznego i granicznego, ktra prowadzi do znacznych oszczdnoci energii dostarczanej do smarowanych skojarze trcych, poprzez znaczne zmniejszenie wspczynnika tarcia. Szczegln rol w IMF odgrywaj specjalne dodatki, tworzce warstewk mocno zwizan siami fizykochemicznymi z trcymi powierzchniami metali skojarzenia trcego oraz struktura czsteczkowa rodka smarnego. W rezultacie udzia tarcia suchego

6

II

Rozdzia II: Podstawy techniki smarowniczejw procesie zwanym blendowaniem (blendingiem). Oleje smarne s kocowym wyrobem rafinerii lub zakadw zwanych blendowniami. S to oleje gotowe do stosowania. Wspczenie, jako oleje smarne, s stosowane: oleje mineralne, oleje syntetyczne oraz emulsje olejowe. Oleje mineralne ciecze, w warunkach stosowania, otrzymywane w wyniku komponowania olejw podstawowych lub tzw. olejw bazowych, pochodzcych z zachowawczej lub przetwrczej przerbki ropy naftowej lub surowcw bitumicznych oraz dodatkw uszlachetniajcych. Oleje mineralne stanowi wikszo wspczenie stosowanych olejw smarnych. W niektrych zastosowaniach ich waciwoci eksploatacyjne s niewystarczajce, wwczas s stosowane oleje syntetyczne. Oleje syntetyczne ciecze, w warunkach stosowania, otrzymywane na drodze syntezy chemicznej lub na drodze gbokiej przerbki przetwrczej surowcw mineralnych. Wspczenie jako oleje syntetyczne znalazy zastosowanie: Syntetyczne oleje wglowodorowe oleje smarne, ktrych bazy stanowi wglowodory z hydrokrakingu lub produkty syntezy chemicznej, bdce wglowodorami analogicznymi do wystpujcych w ropie naftowej. Stanowi one mieszaniny niewielkiej liczby indywidualnych wglowodorw o podanych waciwociach. Do tej grupy olejw zalicza si oleje, dla ktrych bazami s: poli-aolefiny, poli-izo-butyleny, alkilowane aromaty, a take niektre inne wglowodory, otrzymywane na drodze syntezy. Waciwoci reologiczne syntetycznych wglowodorw s zalene od: q dugoci acucha alkilowego, q liczby i dugoci podstawnikw alkilowych, q liczby piercieni benzenowych. Ich waciwoci termooksydacyjne s lepsze ni baz wglowodorowych, otrzymywanych w procesach zachowawczej przerbki ropy naftowej. Syntetyczne bazy wglowodorowe s stosowane do produkcji olejw: silnikowych, przekadniowych i hydraulicznych oraz smarw plastycznych wwczas, gdy waciwoci baz wglowodorowych s niewystarczajce, np.: w przypadku olejw i smarw stosowanych w lotnictwie. Poli--olefiny (PAO) s to wglowodory otrzymywane w procesie oligomeryzacji -olefin o dugich liniowych acuchach R i nastpnie uwodornienie otrzymanego oligomeru do oligomeru nie zawierajcego podwjnych wiza, wg schematu przedstawionego wzorem (2.6). RCH=CH2 [oligomery nienasycone] [oligomery nasycone]H2 Katalizator Ni lub Pd

q q q q

olejw sprarkowych, cieczy do obrbki metali, olejowych nonikw ciepa, smarw plastycznych. PAO charakteryzuj si:

nisk temperatur pynicia (60C), wysokim wskanikiem lepkoci (VI 135), ma lotnoci, odpornoci termooksydacyjn do temperatury 200C. Dodatki o polarnej budowie czsteczki typu: AW i EP, inhibitory utlenienia, inhibitory korozji itp. le rozpuszczaj si w PAO. Oleje, ktre zawieraj wycznie PAO, niekorzystnie oddziaowuj na niektre elastomery uszczelnie, powodujc ich skurcz. Z tych wzgldw, jako bazy olejw smarnych, PAO s stosowane w mieszaninach z estrami. Poli-izo-buteny s to wglowodory otrzymywane w procesie polimeryzacji izobutenu, wglowodoru nienasyconego o budowie (2.8): q q q q CH3 \ C = CH2 / CH3

(2.8)

Surowiec do polimeryzacji najczciej zawiera rwnie inne izomery butenu. Poli-izo-buteny wykazuj wiksz odporno na utlenianie ni PAO i alkilowane aromaty. Poli-izo-buteny o masie czsteczkowej z przedziau 300 6000 s stosowane jako dodatki poprawiajce wskanik lepkoci oraz skadniki: q olejw silnikowych, q olejw przekadniowych, q olejw hydraulicznych, q olejw sprarkowych, q cieczy do obrbki metali, q smarw plastycznych, q ochrony przeciwkorozyjnej lin stalowych. Alkilowane aromaty s to wglowodory otrzymywane w procesie reakcji benzenu z olefinami. Typow struktur chemiczn alkilobenzenu z acuchem akilowym, skadajcym si z piercienia benzenu i acuchw alikilowych, przedstawia wzr (2.9), gdzie: R1; R2; R3; R4 podstawniki alkilowe. R1 R2

(2.6)

Jako produkt jest otrzymywana mieszanina: monomerw, dimerw i polimerw o duszych acuchach. Jest ona rozdestylowywana na frakcje o lepkoci kinematycznej w temperaturze 40C: 2, 4, 6, 8, 10, 40, 100 mm2/s, handlowo oznakowywanych: jako PAO 4, PAO 6, itd. Budow czsteczki PAO przedstawia wzr (2.7): CH3CH (CH2CH CH2)x CH2 I I I (CH)n (CH)n (CH)n I I I CH3 CH3 CH3 gdzie: n >/= 7; x = 1 4 PAO s stosowane jako oleje bazowe lub skadniki olejw bazowych do otrzymywania: q olejw silnikowych, q olejw do turbinowych silnikw lotniczych, q olejw przekadniowych, q olejw hydraulicznych,(2.7)

R4

R3

(2.9)

Alkilowane aromaty, ze wzgldu na nisz cen od pozostaych syntetycznych wglowodorw, s stosowane jako bazy wielu grup cieczy eksploatacyjnych np.: q olejw transformatorowych, q olejw hydraulicznych, q olejw do sprarek chodniczych, q olejowych nonikw ciepa, oraz jako skadnik innych, wysokiej jakoci olejw przemysowych. Oleje wglowodorowe z hydrokrakingu, s to mieszaniny wglowodorw otrzymywane jako cikie frakcje w procesie rozdestylowania produktw z hydrokrakingu. Nie zawieraj wglowodorw aromatycznych, zwizkw siarki i innych niestabilnych skadnikw wystpujcych w olejach naftowych. Oleje z hydrokrakingu odznaczaj si dobrymi waciwociami reologicznymi i termooksydacyjnymi. Znajduj zastosowanie jako bazy wielosezonowych olejw silnikowych i przekadniowych,

II

7

a take innych olejw, od ktrych s wymagane specjalne waciwoci. Zalet olejw z hydrokrakingu jest ich nisza cena ni innych wglowodorowych olejw syntetycznych, z tego wzgldu s czsto skadnikami innych olejw wglowodorowych. Oleje hydrosyntetyczne s to oleje o wysokim wskaniku lepkoci (VI > 130), stanowice mieszaniny baz olejowych z izohydrokrakingu, w iloci 80 95% i 5 20% syntetycznych estrw (tzw. bazy hydrosyntetyczne). Hydroizomeryzowany wglowodorowy olej podstawowy jest otrzymywany w procesie hydrokrakingu poczonego z izomeryzacj, wobec specjalnych katalizatorw, w rezultacie czego uzyskiwany produkt ma doskonae waciwoci reologiczne i termooksydacyjne. Poczenie hydroizomeryzowanego oleju wglowodorowego z odpowiednio dobranym estrem syntetycznym pozwala na uzyskanie oleju bazowego, szczeglnie przydatnego do zestawiania energooszczdnych olejw silnikowych, przekadniowych i innych. Oleje estrowe, dla ktrych bazami s: Estry proste estry alkoholi monowodorotlenowych i monokarboksylowych kwasw tuszczowych o oglnym wzorze (2.10): R1 C O R2 || O(2.10)

Estry kompleksowe estry, ktrych czsteczki kwasw i alkoholi s przedzielone czsteczk glikolu. Waciwoci i zastosowania estrw kompleksowych s analogiczne jak estrw poliolowych. Estry fosforanowe jedno, dwu, a najczciej trjpodstawione estry kwasu fosforowego i alkoholi jednowodorotlenowych lub pochodnych fenolu. S one otrzymywane w reakcji (2.13) tlenochlorku fosforu z alkoholem lub fenolem. POCl3 + ROH (RO)3 P=O + 3 HCl(2.13)

Odpowiedni dobr alkoholi i fenoli pozwala na modyfikacj waciwoci estrw. Wyrnia si estry fosforanowe: q arylofosforanowe, w ktrych R jest grup arylow; s to ciecze o duej lepkoci, nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalne w wglowodorach i estrach, o budowie wg wzoru (2.14): (Ar O -)3 P=O(2.14)

Estry proste znalazy zastosowanie jako bazy lub skadniki baz wielu grup przemysowych olejw syntetycznych oraz jako dodatki smarnociowe, przeciwkorozyjne oraz spczniajce niektre elastomery. Diestry estry alkoholi zawierajcych w czsteczce dwie grupy wodorotlenowe i monokarboksylowych kwasw tuszczowych lub estry alkoholi monowodorotlenowych i kwasw organicznych, zawierajcych w czsteczce dwie grupy karboksylowe (dikarboksylowych). Przykadami tego typu zwizkw mog by zwizki o oglnych wzorach (2.11 i 2.12). R1 CO CnH2n O C R2 \\ \\ O O(2.11)

q alkilofosforanowe, w ktrych R jest grup alkilow; s to ciecze o zrnicowanej lepkoci (w zalenoci od dugoci acucha w grupie R), rozpuszczalne w wodzie (gdy acuch R jest krtki) a do nierozpuszczalnych w wodzie (gdy acuch R jest dugi), rozpuszczalne w wglowodorach i estrach, o budowie wg wzoru (2.15): (R O -)3 P=O(2.15)

q mieszane, alkilo-arylowe, w ktrych jako R wystpuj zarwno grupy arylowe jak i alkilowe, charakteryzujce si waciwociami porednimi. gdzie we wzorach (2.14 i 2.15): Ar grupa arylowa, R grupa alkilowa. S to substancje trudnopalne, o konsystencji maolepkiej cieczy do ciaa staego i gstoci w przedziale 1000 1400 kg/m3. Temperatura samozaponu jest wysza od 600C 650C, a temperatura pynicia, w niektrych przypadkach, jest nisza od 65C. Estry fosforanowe s stosowane jako: q bazy trudnopalnych syntetycznych olejw smarnych, do specjalnych zastosowa, q trudnopalne ciecze hydrauliczne lub skadniki takich cieczy, q dodatki przeciwzuyciowe do cieczy hydraulicznych, olejw syntetycznych i mineralnych oraz smarw plastycznych, q zagszczacze smarw plastycznych, q plastyfikatory. Z punktu widzenia zastosowa wan waciwoci estrw fosforanowych jest stabilno hydrolityczna. Zaley ona od budowy i wielkoci podstawnika. Niekorzystny wpyw na stabilno hydrolityczn maj zanieczyszczenia w postaci mono- i diestrw. Hydroliza estrw fosforanowych prowadzi do kwasu fosforowego oraz mono- i diestrw, co zwiksza agresywno korozyjn, w stosunku do niektrych metali ale poprawia waciwoci smarne oleju. Estry alkilofosforanowe wykazuj dobr stabilno termooksydacyjn do temperatury 125 150C, a arylofosforanowe do temperatury 175C. Do tych temperatur nie wykazuj one agresywnoci korozyjnej. Powyej tych temperatur ulegaj one rozkadowi, z powstawaniem skadnikw stanowicych zagroenie korozyjne. Kontakt z takimi metalami jak: elazo, mied i glin pogarsza stabilno termooksydacyjn estrw. Wprowadzenie do skadu oleju aminowych inhibitorw utlenienia i korozji istotnie poprawia stabilno termoksydacyjn nawet o 100 120C. Estry fosforanowe odznaczaj si bardzo dobrymi waciwociami smarnymi i przeciwzuyciowymi, std ich zastosowanie jako dodatkw poprawiajcych waciwoci smarne. Mog by niekompatybilne z niektrymi elastomerami, stosowanymi jako

diester alkoholu dihydroksylowego i kwasu monokarboksylowego R1 OC CnH2n C O R2 \\ \\ O O(2.12)

diester kwasu dikarboksylowego alkoholu monohydroksylowego Diestry znalazy szerokie zastosowanie jako bazy olejw syntetycznych do smarowania skojarze trcych turbinowych silnikw lotniczych oraz w innych zastosowaniach, gdzie temperatury pracy oleju wahaj si w szerokich granicach. Estry poliolowe (poliestry) estry alkoholi wielowodorotlenowych i kwasw monokarboksylowych lub estry alkoholi jednowodorotlenowych i kwasw zawierajcych w czsteczce kilka grup karboksylowych. S to tzw. estry zablokowane (hindered esters), ktrych czsteczki s tak zbudowane, e dostp czynnikw utleniajcych (tlenu z powietrza), do najbardziej wraliwej czci czsteczki jest zablokowany przez ugrupowania atomw odpornych na utlenianie. Zwizki tego typu odznaczaj si doskonaymi waciwociami reologicznymi, w szerokim zakresie temperatury od 60C do + 225C, dobrymi waciwociami smarnymi i termooksydacyjnymi. Przykadami tego typu zwizkw, mog by estry pentaerytrytolu lub trimetylolopropanu oraz monokarboksylowych kwasw tuszczowych. Estry poliolowe jako bazy olejw syntetycznych znalazy szerokie zastosowanie do smarowania skojarze trcych turbinowych silnikw lotniczych oraz w innych zastosowaniach, gdzie temperatury pracy oleju wahaj si w szerokich granicach.

8

II

Rozdzia II: Podstawy techniki smarowniczejuszczelki oraz lakierami. Tworzywa takie jak: nylon, ywice epoksydowe oraz ywice fenolowo-formaldehydowe s odporne na ich dziaanie, w zakresie dopuszczalnej temperatury pracy. Oleje silikonowe, silikony cieke polimery, o cakowicie nieorganicznym szkielecie polisiloksanowym, w ktrym atomy krzemu s poczone poprzez atomy tlenu (... -Si-O-Si-O-...), a do atomw krzemu s przyczone grupy metylowe (-CH3) tzw. metylosilikony (wzr 2.16), lub analogiczne zwizki, w ktrych cz grup metylowych zostaa zastpiona grupami fenylowymi (-C6H5) tzw. fenylosilikony (wzr 2.17). Jako oleje smarne najwiksze zastosowanie znalazy metylosilikony oraz fenylosilikony. w wszym zakresie s stosowane take etylosilikony, zawierajce w czsteczce grupy etylowe (-C2H5). CH3 CH3 CH3 I I I CH3 SiO[Si O]m Si CH3 I I I CH3 CH3 CH3 C6H5 CH3 C6H5 I I I SiO[Si O]m Si O I I I C6H5 CH3 CH3 OR I R(OSi)m OR I OR gdzie: m = 1 n Waciwoci estrw krzemianowych s uzalenione od: q dugoci acucha siloksanowego, q budowy podstawnikw R, q symetrycznoci czsteczki. Poliglikole (polialkilenoglikole) zwizki, otrzymywane w reakcji tlenkw alkilowych: tlenku etylenu lub tlenku propylenu ze zwizkami zawierajcymi aktywny wodr, przykadowo z wod, alkoholami jedno lub wielowodorotlenowymi lub kwasami organicznymi, w obecnoci katalizatorw: NaOH lub KOH, wg przykadowej reakcji (2.20): O / \ m(CH2CH2) + H2O HOCH2 (CH2OCH2 )m CH2OH tlenek etylenu poliglikol etylenowy (diol)

(2.19)

(2.16)

(2.17)

(2.20)

Oleje silikonowe charakteryzuj si unikalnymi waciwociami wynikajcymi z asymetrii budowy czsteczki i oraz odpornoci chemicznej podstawnikw: hydrofobowoci, stabilnoci chemiczn, duym wskanikiem lepkoci, nisk temperatur pynicia i szerokim zakresem dopuszczalnej temperatury pracy: q oleje metylosilikonowe ( 60C 200C), q oleje fenylosilikonowe (50C 250C). Oleje metylosilikonowe podlegaj rozkadowi termicznemu w temperaturze powyej 300C; oleje fenylosilikonowe powyej temperatury 350C. Powyej tych temperatur polimeryzuj, tworzc substancje elowate. Jako inhibitory utlenienia siloksanw s stosowane niektre zwizki elaza i ceru, natomiast jako substancje przeciwdziaajce elowaniu, zwizki telluru oraz selenu. W kontakcie z chlorowcami, w szczeglnoci z fluorem, siloksany mog rozkada si wybuchowo. Wystpujce w silikonach wizanie SiO jest podatne na hydroliz, w rezultacie ktrej wydzielaj si nierozpuszczalne w oleju ele. Z tego wzgldu oleje polisiloksanowe nie powinny by stosowane w kontakcie z wod, zwaszcza w podwyszonych temperaturach. Oleje silikonowe nie rozpuszczaj si w wglowodorach. Jednak do niektrych zastosowa s komponowane oleje stanowice roztwory polietylosiloksanw i olejw mineralnych o charakterze parafinowym lub olejw syntetycznych wglowodorowych. Znalazy one rwnie zastosowanie jako skadnik specjalnych smarw plastycznych, przeznaczonych do skrajnych temperaturowych warunkw pracy (lotnictwo, rakiety, maszyny pracujce w warunkach polarnych, itp.). Silikony, na granicy faz: olej powietrze, wykazuj znacznie wiksze napicie powierzchniowe ni oleje mineralne, o zblionej lepkoci. S stosowane jako dodatki przeciwdziaajce pienieniu olejw mineralnych. Estry krzemianowe ciecze, w warunkach stosowania, bdce estrami kwasu ortokrzemowego (ortokrzemiany), dikrzemowego (dikrzemiany) oraz alkoholi jednowodorotlenowych lub fenoli oraz mieszane. S otrzymywane w wyniku reakcji tetrachlorku krzemu z alkoholami, fenolami lub zwizkami Grignarda, wg przykadowej reakcji (2.18): SiCl4 + 4ROH Si(OR)4 + 4HCl(2.18)

Oglny wzr krzemianw przedstawia si nastpujco (2.19):

W przypadku, gdy w ugrupowaniu atomw CH2CH2 jeden lub wicej wodorw zosta zastpiony podstawnikiem alkilowym (R), takie substancje s nazywane polialkilenoglikolami. W zalenoci od dugoci acucha, budowy grup alkilowych (R) oraz grup koczcych acuch, s otrzymywane substancje cieke, a do konsystencji wosku, o bardzo zrnicowanych waciwociach: q lepko kinematyczna, w temperaturze 40C, w przedziale: 8 100 000 mm2/s, im wiksza masa czsteczkowa tym wiksza lepko, q wskanik lepkoci 200 400, przy czym im wiksza masa czsteczkowa tym wikszy wskanik lepkoci, q temperatura pynicia, w przedziale: 65 +5C; im wiksza masa czsteczkowa tym wysza temperatura pynicia. W stosunku do olejw mineralnych o takiej samej lepkoci poliglikole odznaczaj si: q lepszymi waciwociami smarnymi, q lepszymi (bardziej paskimi) charakterystykami lepkociowotemperaturowymi wikszym wskanikiem lepkoci, q niszymi temperaturami pynicia, q mniejsz lotnoci, q kompatybilnoci z wikszoci elastomerw, q brakiem agresywnoci korozyjnej w stosunku do metali. Jako bazy olejw syntetycznych najczciej s stosowane poliglikole etylenowe i poliglikole propylenowe. Obowizuj przy tym nastpujce reguy oglne: q wraz ze zwikszeniem dugoci acucha zwiksza si lepko i wskanik lepkoci, q diole i monoetery s rozpuszczalne w wodzie, q obecno na kocach acucha grup eterowych powoduje zmniejszenie lepkoci i zwikszenie wskanika lepkoci, regua ta nie dotyczy polialkilenoglikoli mieszanych. W temperaturze powyej 150 200C polialkilenoglikole ulegaj depolimeryzacji, a w obecnoci tlenu utlenieniu, w rezultacie powstaj aldehydy i kwasy organiczne. Rozkad jest katalizowany przez niektre metale. Przeciwdziaanie utlenianiu polega na wprowadzeniu do ich skadu aminowych inhibitorw utlenienia. W skadzie handlowych olejw polialkilenoglikolowych wystpuj rwnie dodatki EP oraz inhibitory korozji. Oleje na bazie polialkilenoglikoli s stosowane jako oleje: hy-

II

9

TABELA 2.2 Ocena waciwoci eksploatacyjnych olejw z wybranych baz syntetycznych i mineralnej Baza oleju Waciwoci Oleje fluorowe Alkilobenzeny Poliolefiny

Estry fosforanowe

Poliolestry

Poliglikole

Reologiczne Niskotemperaturowe Smarne Przeciwzuyciowe Termooksydacyjne Odporno na palenie Przeciwkorozyjne i przeciwrdzewne Stabilno hydrolityczne Lotno Kompatybilno z uszczelnieniami Mieszalno z olejami mineralnymi

qqqq qqqq qqqq qq qqqq q qqqqq qqqqq qqqqq qqq qqqqq

q qqqq qqqq qqq qqq q qqqq qqqqq qqq qq qqqqq

qqq qqqqq qqqq qq qqqqq q qqq qq qqq qq qqq

qqq qqqq qqqq qqq qqqqq q qqq qqq qqq qq qqq

qqqq qqq qqqqq qqqqq qqqqq q qqq qqqq qqq qqq q

qqqq qq qqqq qqqq qq qqqqq qq qqqq qqq qq q

qqqqq qqq qqq qqq qqqqq qqqqq qqq qqqqq qqq qqqqq q

qq qq qqq qqq qq q qqqqq qqqqq qq qqqq qqqqq

q ze, qq dostateczne, qqq rednie, qqqq dobre, qqqqq bardzo dobre

drauliczne, przekadniowe, sprarkowe, a take specjalne oleje silnikowe, np. do silnikw samochodw i motocykli wycigowych oraz innych silnikw bardzo wysilonych, eksploatowanych w krtkim czasie. Inhibitowane oleje poliglikolowe znalazy rwnie zastosowania jako cieke noniki ciepa, w ukadach pracujcych do temperatury 250C. Niektre polialkilenoglikole s rozpuszczalne w wodzie. Rozpuszczalno w wodzie jest tym lepsza im wikszy jest udzia w czsteczce grup hydroksylowych (-OH). Wodne roztwory polialkilenoglikoli znajduj zastosowanie jako: q trudnopalne ciecze hydrauliczne, np. w elektrowniach, kopalniach itp. q ciecze do obrbki metali skrawaniem, q ciecze do odladzania pasw startowych, samolotw, sprztu bojowego i innych obiektw, q ciecze obiegowe w ukadach chodzenia. Polialkilenoglikole s trudnopalne. Wytrzymuj dugotrwa prac w temperaturze 150 200C. W mieszaninach zawierajcych 50% wody s praktycznie niepalne. Z tego wzgldu, na ich podstawie, s produkowane trudnopalne ciecze hydrauliczne. Wikszo olejw na bazie polialkilenoglikoli i wodne roztwory polialkilenoglikoli s nierozpuszczalne w olejach mineralnych, syntetycznych wglowodorowych, estrowych itp. z tego wzgldu, w przypadku wymiany takiego oleju na polialkilenoglikolowy lub odwrotnie, wymagane s specjalne procedury czyszczenia ukadu z pozostaoci poprzedniego oleju. Etery polifenylowe organiczne zwizki chemiczne, w ktrych piercienie aromatyczne, najczciej benzenowe, s poczone ze sob wizaniem eterowym, atomami tlenu. Wizania eterowe, w stosunku do siebie mog by usytuowane w pooeniu orto-, meta- lub para-. W zwizkach stosowanych jako bazy olejw smarnych lub hydraulicznych liczba piercieni aromatycznych nie przekracza szeciu. Piercienie mog posiada rne podstawniki: alkilowe, chlorowce, chlorowcoalkilowe, grup hydroksylow. Pozwala to na modyfikowanie waciwoci oleju. Budow eteru polifenylowego ilustruje wzr (2.21). _O_ _O_(2.21)

rzdu 450 550C. Wad ich jest stosunkowo wysoka temperatura pynicia (10 +5C). Odznaczaj si one nadzwyczajn odpornoci na promieniowanie. Waciwoci olejw polifenylowych oraz smarw plastycznych na ich bazie s powodem ich stosowania w technice kosmicznej, eksperymentalnej technice lotniczej oraz technice jdrowej. Przeszkod w ich powszechnym stosowaniu jest wysoka cena. Fluoro i chloropochodne wglowodorw cieke zwizki chemiczne, pochodne wglowodorw parafinowych, naftenowych lub aromatycznych, w ktrych atomy wodoru zostay podstawione atomami fluoru (F) lub chloru (Cl) lub obu tych pierwiastkw. S otrzymy