Ing. Ivana Václavíčková, Paramo,a.s.,

Úvod
Hydraulické  kapaliny jsou po motorových olejích druhou nejvýznamnější skupinou maziv.
Na celkové spotřebě maziv  se podílejí asi 12% a  na spotřebě průmyslových maziv  30%. 
Z toho ropné hydraulické kapaliny tvoří 85-90%, těžkozápalné kapaliny 5%, bioodbouratelné kapaliny včetně specialit také 5%.

Úkolem hydraulických kapalin je přenos energie s co nejnižšími ztrátami způsobenými třením a opotřebením.
Požadavky na efektivnější využití energie, snížení tření a zvýšení mechanické účinnosti si vynucují  konstrukční změny hydraulických systémů a zvýšený nárok na hydraulické kapaliny.

Menší okruhy  a méně optimální tvar a velikost retenční nádrže znamenají rychlejší průtoky v poměru k objemu kapaliny. Minimální vůle hydraulicky ovládaných prvků vyžadují, aby kapalina byla  dobře filtrovatelná velmi jemnými filtry  a to i za přítomnosti vody. Důsledkem jsou vyšší tlaky a teploty působící na hydraulické kapaliny, zvyšuje se  riziko oxidace,  pěnění,  kavitace. Vznikají podmínky pro tvorbu kalů a úsad.  Dochází k vyššímu opotřebení ventilů a hydrogenerátoru, je nutná častější výměna blokových filtrů, se všemi důsledky na ekonomiku provozu.

Z tohoto důvodu se v posledních letech přestává nahlížet  na hydraulické kapaliny jako  na nenáročný spotřební materiál. Stávají se důležitým prvkem konstrukce  již od počátku návrhu. Očekává se od nich trvanlivost a spolehlivost po dlouhou dobu živostnosti zařízení.

Formulace se zaměřuje se na kvalitní základové oleje, které umožňují dosažení příznivějších třecích  vlastností v širokém rozsahu teplot. Výzkum oxidačních procesů  pro zlepšení  odolnosti kapalin vůči stárnutí přináší nové poznatky, které se odrážejí ve složitější skladbě přísad.

Klasifikace hydraulických kapalin

Hydraulické kapaliny jsou klasifikovány a specifikovány  s ohledem na  formulaci, použitý základový olej a přísady,  a na  technické a ekologické aspekty.

Obr.1  Hydraulické soustavy/kapaliny

ISO 6743/4      
                        HH        rafinovaný ropný olej bez přísad
                        HL         + přísady proti korozi a oxidaci
                        HM        + protioděrová přísada
                        HV       + přísada zvyšující viskozitní index

DIN 51 524                  
                        HL         H= hydraulická kapalina, L= protikorozní a protioxidační vlastnosti
                        HLP       + P= protioděrové vlastnosti
                        HLPD    + D=detergentní vlastnosti  (dodatkové písmeno)  
                        HVLP    + V= snížená závislost viskozity na teplotě
                        HVLPD

Stále většího významu nabývají specifikace výrobců hydrogenerátorů, kteří také vydávají doporučení vhodných hydraulických kapalin a podmiňují plnění záručních podmínek. Tyto specifikace jsou zaměřeny na určité technické požadavky daného zařízení.
Nejznámnější jsou:
Cincinnati Milacron P-68, P-69,a P-70, který  zahrnuje požadavek na termální stabilitu  a zkoušku na čerpadle Vickers V 104C
Denison
HF-1 vyžaduje zkoušku v   pístovém čerpadle
HF-2 zahrnuje zkoušku na  lamelovém čerpadle plus hydrolytickou stabilitu
HF-0 je víceúčelová, zahrnuje obě zkoušky (P-46 pístové a T6C lamelové čerpadlo) plus termální a hydrolytickou stabilitu
Vickers I-286-S a M 2950-S vyžaduje zkoušky na lamelovém čerpadle
US Steel 127 a 136  vyžaduje oxidační stabilitu stanovenou v rotační oxidační bombě RBOT a mazací čtyřkuličkový test
AFNOR E 48-603 začlenila požadavek na toleranci vody, tj. filtrovatelnost, hydrolytickou stabilitu
Další příklady specifikací:
Case Poclain, VDMA 24318, DaimlerCHrysler HLP-D, FordM6C32, German Steel Industry, Müller Weingarten apod.

Formulace hydraulických kapalin
Hydraulická kapalina se skládá ze základní složky, kterou je nejčastěji ropný základový olej, a chemických látek zvaných přísady (aditiva).
Kvalita hydraulické kapaliny závisí na kvalitě základového oleje  a kombinace přísad.
Vyžaduje pečlivou volbu každé komponenty, posouzení vzájemné synergie  a  komplexní provozní ověření. 

Formulace z hlediska viskozity
Výběr kvalitních základových olejů s vysokým viskozitním indexem (malou závislostí viskozity na teplotě) otevírá možnost volby oleje o nižší viskozitní třídě.

Při nižší viskozitě kapaliny poklesne vnitřní tření. Tření způsobuje zvýšení teploty a tím termické zatížení kapaliny  a její stárnutí. O jednu třídu nižší  viskozita sníží teplotu v nádrži o 3-5°C. Nízká viskozita má i další výhodu, kterou je snadnější odlučivost vzduchu, důležitá zvlášť v malých systémech s vysokým oběhovým číslem. Dosažená úspora energie je  uváděna ve výši 5-10%

Obr.2 Grafické znázornění změn viskozity s teplotou – Viskozitní Index

Formulace z hlediska dlouhé životnosti, stability
Stabilita oleje znamená odolnost proti stárnutí, proti zvyšování viskozity, tvorbě laků a úsad
Ke stabilitě přispívá jak volba základového  oleje, tak účinných přísad, antioxidantů

Příčiny stárnutí
1)  Oxidace - přítomnost  kyslíku (vzduchu) , kovů, vody
2) Termální degradace - vysoká teplota, teplotní rázy způsobené prudkým stlačením mikrobublinky vzduchu „diesel-efekt“, extrémní tepelné zatížení způsobeném výbojem statické elektřiny (např.ve filtrech)
Každé navýšení teploty o 10°C (nad obvyklou pracovní teplotu) zdvojnásobí rychlost chemické reakce (Arrheniovo pravidlo)

Průběh oxidačního procesu
V první fázi oxidace se tvoří radikály, které se dále účastní řetězových oxidačních reakcí.
V druhé fázi dochází k souhrnu více typů vzájemných reakcí radikálů, kyslíku, produktů oxidace. Nastávají již nevratné oxidační děje, jejichž produkty ještě není možné odstranit filtrací, jsou to buď látky rozpustné nebo velmi malých rozměrů (0,08m).  Rozpustnost kolísá s teplotou a nasyceností oleje.
Ve třetí fázi oxidace se polymerací látek vzniklých v předchozí fázi tvoří látky karbonylového a esterového typu nerozpustné v oleji. Protože jsou polární, ulpívají na kovových površích, shlukují se, přitahují kovové nečistoty a stav oleje  se radikálně a nevratně zhoršuje.

Volba antioxidantů
Účinné antioxidanty musí působit již v první fázi oxidace při vzniku radikálů. Dříve používané typy fenolického antioxidantu, BHT nebo DTBP, jsou dnes nahrazovány stericky stíněnými fenolickými antioxidanty a  aminickými antioxidanty.
Důvodem je 

• volatilita (odpařování přísad při zvýšené teplotě)
• poměrně vysoká extrahovatelnost vodou
• nižší účinnost k radikálům - jedna molekula dokáže zablokovat jen tři radikály (aminického  až 36 radikálů)

Oblíbené protioděrové přísady s obsahem zinku, které mají zároveň antioxidační vl.(zinkdithiofosát) jsou nahrazovány bezpopelnými,
Důvodem je

• ochrana životního prostředí (Zn)
• lepší stabilita v přítomnosti vody

Další přísady

Soubor přísad pro hydraulické oleje obsahuje ještě další komponenty, např. přísady  chránící povrchy kovů, speciální protipěnivostní přísady podporující  rychlou odlučivost vzduchu.

Obr.3 Typické složení balíku přísad hydraulického oleje typu HLP

Ing. Ivana Václavíčková
Paramo,a.s., Přerovská 560, 530 06 Pardubice tel 321750385,
e-mail: ivana.vaclavickova@paramo.cz