Lepkość oleju hydraulicznego vs. temperatura

Wszystkie oleje, w tym oleje hydrauliczne cechują się zmienną lepkością w różnych temperaturach.

Generalnie im wyższa temperatura oleju tym lepkość mniejsza. Co ważne – charakterystyka lepkości w odniesieniu do zmiany temperatury jest mocno nieliniowa.

Dlatego też ważne jest aby projektując system filtracji zastanowić się nad warunkami pracy urządzenia, zaś dla zakresów temperaturowych poniżej i powyżej założonych progów zastosować rozwiązania zapobiegające uszkodzeniom systemu.

Na poniższym przykładzie popularnego oleju hydraulicznego (dostępnego na rynku polskim) widać zmianę lepkości oleju przy zmieniającej się temperaturze tego oleju.

W temperaturze 40°C olej klasy 32 posiada lepkość 32 cSt, odpowiednio olej klasy 46 posiada w temperaturze 40°C lepkość 46 cSt.

 

Kinematyczna lepkość dla przykładowo wybranego oleju Shell Tellus S4 ME 46 wygląda następująco:

Temperatura Lepkość kinematyczna
0°C 450
40°C 46
100°C 7,7

Jak łatwo zauważyć na podstawie przedstawionej charakterystyki, rozpiętość lepkości pomiędzy temperaturą 40°C a 100°C jest znacznie mniejsza niż rozpiętość pomiędzy 0°C a 40°C.

Obniżenie temperatury do -10°C powoduje, że lepkość przekracza już 1000cSt.

 

Temperaturę 40°C uważa się za temperaturę graniczną konieczną do poprawnej pracy układu hydraulicznego.

 

Co to oznacza w praktyce?

Układ filtracji nie może pracować z pełną mocą do momentu osiągnięcia minimalnej zadanej temperatury pracy.

Przy niskich temperaturach oleju hydraulicznego należy zmniejszyć przepływ oleju przez filtr aby nie doszło do jego rozerwania!

 

Przyjęło się wśród producentów filtrów, że bazową wartością przeliczenioną jest 30cSt lub 32cSt. Wstępne kalkulacje i obliczenia przepływów i spadków ciśnień wykonuje się właśnie dla takich wartości.

Dla stałego przepływu cieczy hydraulicznej przez filtr spadek ciśnienia na filtrze będzie proporcjonalny do zmiany lepkości wybranej cieczy hydraulicznej.

ΔP = Q * K * (cSt_akt/cSt_bazowe)

Przyjmujemy założenia:

ΔP – obliczany spadek ciśnienia na filtrze

K – współczynnik oporu, stały dla wybranego filtra

Q – przepływ, zadajemy stałą wartość

cSt_bazowe – 32 cSt.

 

Dla naszego przykładowego oleju otrzymujemy wzory:

Temperatura Wzór
0°C ΔP = Q * K * (450/32)
40°C ΔP = Q * K * (46/32)

Jak łatwo zauważyć, obniżenie temperatury oleju z 40°C do 0°C (np. próba uruchomienia zimnej maszyny) powoduje, że przy próbie utrzymania stałego wydatku/przepływu oleju ciśnienie na filtrze wzrosłoby blisko 10-krotnie !

 

Metody obejścia problemu.

Podgrzewanie oleju hydraulicznego przed rozpoczęciem pracy.By-pass w układzie hydraulicznym.By-pass na filtrze

W celu zmniejszenia lepkości oleju hydraulicznego należy go podgrzać. W maszynach roboczych mobilnych typowa procedura zbiega do uruchomienia silnika spalinowego, który nagrzewając się równocześnie podgrzewa olej hydrauliczny. W maszynach stacjonarnych można zastosować grzałki.

Jedną z metod rozgrzania oleju jest zastosowanie by-passu na układzie hydraulicznym, za pompą oleju. Przy niskiej temperaturze oleju by-pass jest otwarty i olej krąży w krótkiej pętli nagrzewając się od źródeł ciepła, w szczególności w wyniku tarcia o ścianki. Oczywiście w tym czasie maszyna nie pracuje, to znaczy nie wykorzystuje systemu hydraulicznego. Po przekroczeniu zadanej temperatury by-pass układu hydraulicznego zamyka się i olej zaczyna krążyć w pełnym układzie hydraulicznym, zasilając wszystkie siłowniki.

Standardową metodą obejścia problemu, w szczególności, kiedy oczekujemy relatywnie szybkiego podjęcia pracy przez układ hydrauliczny, jest zastosowanie by-passów na każdym z filtrów. By-pass na filtrze otwiera się zawsze, kiedy albo ze względu na zbyt dużą lepkość albo np. w wyniku zatkania/zabrudzenia filtra olej nie może z zadaną przez pompę prędkością przepłynąć przez wkładkę filtracyjną.

Metoda działania takiego by-passu jest prosta. By-pass to sprężyna ustawiona na odpowiednie ciśnienie. Dla filtrów ssących jest to -0,2 ÷ -0,3 bar, dla filtrów liniowych w zależności od ciśnienia w układzie jest to 2–6 bar, dla filtrów powrotnych 1,25 ÷ 1,75 bar.

Po przekroczeniu zadanego nastawą by-pass ciśnienia różnicowego na wkładce filtracyjnej olej omija wkładkę filtracyjną.

W takim przypadku olej nie jest filtrowany lecz w pewnych warunkach taka funkcjonalność systemu postrzegana jest jako lepsze zło”.