Hydrauliöljyn kestoikä - Hydrauliikka osa 21, veden ja kemiallisten epäpuhtauksien vaikutus

Kustannustehokkainta koneen ylläpitoa on estää vikojen syntymiset ennakolta. Hydrauliikassa öljyn kunto on ratkaiseva tekijä koneen kestoiän ja luotettavuuden kannalta. Käytäntö on osoittanut, että hydrauliikka toimii yleensä niin kauan kuin öljy on kunnossa.
Hydrauliöljyn kemiallinen likaantuminen johtuu pääasiassa veden joutumisesta öljyn sekaan ja öljyn kemiallisen vanhenemisen yhteydessä syntyvistä hapettumistuotteista. Suodattimia ja suodatinlaitteistoja valmistavat yritykset tutkivat jatkuvasti uusia keinoja torjua öljyn epäpuhtauksia. Jopa vettä voidaan poistaa rajoitettuja määriä suodatuksen avulla. Kuvassa Kleenoilin laitteistoa.

Sarjan edellisessä osassa käsiteltiin kiinteitä epäpuhtauksia öljyssä ja suodatuksen merkitystä (Lue: Lika tuhoaa hydrauliikan KV06/2017). Tässä osassa tarkastellaan öljyn kemiallisia epäpuhtauksia ja niiden vaikutusta öljyn käyttöikään.

Työkoneen hydrauliikassa kiertävän öljyn rahallinen arvo on murto-osa koko koneen arvosta. Kuitenkin sen merkitys koneen käyttöikään, tarvittavien korjausten määrään ja koneen tuntikustannuksiin on vähintään yhtä suuri kuin koneen hydrauliikan rakenneosien laadukkuudella.

Öljyihin liittyvät suositukset saatetaan helposti sivuuttaa ajattelemalla, että ne ovat vain öljy-yhtiöiden markkinointipropagandaa. Tosiasiassa öljyn merkitystä koneiden kestoikään on tutkittu ehkä eniten koneiden valmistajien ja myös suurten käyttäjäyritysten toimesta, joilla on ollut intressi minimoida kustannukset satojen koneiden fleeteissään.

Tulokset näissä tutkimuksissa ovat olleet selkeitä: verrattuna välttävään öljyn kunnon ylläpitoon, pystytään öljyn kunnon optimoimisella lisäämään koneen käyttöikä yleensä kolminkertaiseksi, mutta parhaimmillaan jopa kahdeksankertaiseksi.

Tutkimukset myös osoittavat, että itse öljy sinänsä voisi kestää monta kertaa pidempään kuin suositellut vaihtovälit. Sen sijaan koneen käyttötavat, -olosuhteet tai huoltomenetelmät huonontavat öljyn ennenaikaisesti. Tuntemalla tähän johtavat syyt, voi parantaa sekä koneen luotettavuutta että kestoikää.

Hyvälaatuinen hydrauliöljy säilyttää ominaisuutensa noin 30 vuotta. Tämä kuitenkin vaatisi, että öljy pidettäisiin jatkuvasti huoneenlämmössä eikä koneen käyttöön liittyisi muita öljyä pilaavia tekijöitä.

Miksi öljy huononee?

Öljyn pilaantumisen voidaan katsoa johtuvan neljästä eri päätekijästä: 1) erilaisten hiukkasten, kuten metallihiukkasten aiheuttama likaantuminen 2) lämpötilan vaikutus 3) veden vaikutus 4) vieraiden aineiden, kuten jäähdytysnesteen aiheuttama likaantuminen.

Hiukkasten aiheuttamaa haittaa hydrauliikalle ja sen torjuntaa käsiteltiin sarjan edellisessä osassa. Järjestyksessä seuraava, eli lämpötila, on hyvin erilainen ongelma. Näin erityisesti siksi, että sen vaikutusta ei tavallisesti voi havaita aistinvaraisesti.

Pääasiallinen syy öljyn ylikuumentumisen on ylikuormitus. Myös koneen rakenne saattaa olla osasyy kuumentumiseen. Mikäli koneiston jäähdytys on suunniteltu huonosti, ei öljy ennätä jäähtyä pitkässä yhtäjaksoisessa käytössä, vaikka käyttö ei itsessään olisi liian rankkaa.

Lämpö kiihdyttää vanhenemista

Mikä lämpötila sitten on sopiva ja mikä liikaa öljylle? Suositeltavana lämpötilana hydraulikoneikoille pidetään 35–65 astetta. 60 asteen lämpötilan jälkeen jokainen 9–12 asteen nousu suurin piirtein puolittaa öljyn kestoiän.

Jos koneiston käyntilämpötila on 75 astetta, täytyy useimmat mineraaliöljyt vaihtaa uuteen vähintään vuosittain eli 2 000 tunnin välein. Tämä on monien konevalmistajien asettama vaihtoväli.

Korkein sallittu ajoittainen lämpötila hydrauliöljyille on 85 astetta. Sadan asteen ylityksen jälkeen öljy pilaantuu nopeasti ja öljyn kyky ylläpitää voitelukalvoa alkaa kadota 110 asteessa, jonka jälkeen välittömien mekaanisten vaurioiden vaara kasvaa.

Syynä käyttöiän lyhenemiseen on lämmön noustessa kiihtyvä hapettuminen. Öljyn hiiliketjut reagoivat hapen kanssa ja tuloksena on karboksyylihappoa, ketoneita ja aldehydejä. Nämä ilmenevät hartsimaisina, lakkamaisina ja asfalttia muistuttavina yhdisteinä, jotka muodostavat sakkaa ja vahamaisia kerroksia.

Hydrauliöljyihin lisätään valmistusvaiheessa hapettumista hidastavia lisäaineita. Hyvissä olosuhteissa niiden suoja riittää hyvin pitkäksi aikaa ja parhaimmillaan mineraaliöljyt ovat kestäneet työkonekäyttöä noin 10 000 tuntia.

Näin pitkä käyttö aiheuttaa riskin öljyn lisäaineiden tehon loppumisesta, mikä johtaa öljyn ominaisuuksien katoamiseen hyvin nopeasti ja siten riskin koneiston vaurioitumisesta. Koneen käyttäjä ei voi havaita öljyn pilaantumista ja vahinko pääsee tapahtumaan.

Vesi öljyn pilaajana

Työkoneiden ongelmana on varsinkin tankkiin kondensoituva vesi. Hydrauliikkaöljy pystyy sitomaan itseensä vain pienen määrän vettä. Jo 0,1 % vettä sekoittuneena öljyn joukkoon näkyy sameutena. Kun öljyssä vettä 0,2 %, on se ominaisuuksien puolesta käyttökelvotonta. 0,5 % vettä tekee öljyn maitomaiseksi emulsioksi.

Veden sekoittuminen öljyyn pyritään estämään lisäaineistuksella ja rakenteellisilla ratkaisuilla. Tavoitteena on, että vesi erottuisi sinä aikana, kun öljy on tankissa. Vesi on tiheydeltään suurempaa kuin öljy, joten se painuu pohjalle öljyn seisoessa. Tankkiin kertynyt vesi voidaan aika ajoin poistaa pohjatulpan kautta.

Ellei hydrauliikkaöljyyn joutunut vesi ehdi erottua säiliössä, se kulkeutuu pumppuun, jossa se pisaroituu ja vatkautuu lopulta emulsioksi. Tällä tavoin öljyyn sekoittunut vesi huonontaa voitelukykyä ratkaisevasti, mikä aiheuttaa pumppujen ja moottoreiden kuumakäyntiä sekä vaahtoutumista ja korroosiota.

Vesi osallistuu myös öljyn hapettamiseen edistämällä kavitaatiota. Vesihöyryä sisältävän kavitaatiokuplan luhistuessa pumpussa paikallinen lämpötilapiikki voi olla jopa 1 000 astetta. Hapettumisen nopeus noin satakertaistuu hetkellisesti ja paikallisesti seurauksena on myös öljyn hiiltymistä, mikä aiheuttaa sakkaa ja öljyn ominaisuuksien pysyvää huonontumista.

Ilmakin on haitallista

Ilma täytyy saada erottumaan hydrauliikkaöljystä nopeasti, sillä öljyn lähtiessä säiliöltä pumpulle, ei siinä saisi olla kavitaatiota aiheuttavaa öljyilmaseosta. Pumpulle joutuessaan ilma voi myös vatkaantua vaahdoksi, joka on hyvin haitallista järjestelmässä.

Vaahtoa syntyy yleensä pienten ilmakuplien noustessa öljyn pintaan. Hydrauliikkaöljyt on lisäaineistettu vaahtoamista vastaan silikoniöljyllä, joka vähentää öljyn pintajännitystä ja helpottaa siten ilman poistumista. Veden on todettu tekevän tämän lisäaineen toimintakyvyttömäksi.

Ilmaa pyritään poistamaan myös rakenteellisesti esimerkiksi asentamalla tankkiin tulevan paluuputken päähän tiheästä metalliverkosta valmistettu siivilä. Öljyssä olevat pienet kuplat tarttuvat verkkoon ja liittyvät isommiksi kupliksi, jotka nousevat nopeammin pintaan.

Öljyyn sekoittunut ilma lisää kokoonpuristuvuutta, minkä seurauksena paineiskujen voimat kasvavat. Ilma myös alentaa öljyn tiheyttä, viskositeettia ja huonontaa voiteluominaisuuksia.

Öljyssä olevat epäpuhtaudet huonontavat ilman erottumista, koska happi pyrkii jäämään kiinni epäpuhtauksien pinta-aktiivisiin komponentteihin eikä näin poistu öljystä.

Lue myös juttusarjan aiempi osa: 

Lika tuhoaa hydrauliikan (KV 06/2017)

Kuvat: Jussi Laukkanen, Wikimedia commons, Gérard Thielleux

Liittyvät artikkelit
Kiinnostuitko aiheista?