不要小覷了空氣污染滑油的問題
2005-08-05
不要小覷了空氣污染滑油的問題
吳世榮
通常我們所觀察到的液壓油及系統操作溫度了不起是70°C，因此不以為意，但是試想一下將空氣汽泡從常壓狀態壓縮到3,000 psi的高壓，會有什麼樣的變化？您可能從未注意到這空氣汽泡的溫度會超過 1,000°C！這樣的高溫是很容易的將其包覆接觸的油層熱劣化，使得滑油顏色變黑，甚至產生油煙微粒及造成漆膜積沉在組件的表面
潤滑油品及系統的維護管理是確保順暢運轉，避免不當停機最基本的工作。對於液壓系統的維護而言，保持液壓油適當的潔淨程度是免除系統故障最重要的步驟。因為根據統計數字，約有七成以上的液壓系統故障都緣由於液壓油的污染不潔所致；所幸工業界各層級對保護液壓油潔淨、避免污染，皆有正確的觀念且良好的執行。不過除了不潔物的污染外，另有一項污染對液壓系統也造成相當大的損害，然而卻每每被忽視，那就是空氣的污染。
空氣的污染可導致液壓系統嚴重的損害，很遺憾的是除非泡沫及滑油已經自油槽頂部的氣孔往外流失，否則我們常常疏忽了空氣污染所可能帶來的嚴重後果。事實上絕大部分的循環及液壓系統的滑油裡都存在著空氣，只要是這些空氣在油中維持溶解狀態，這些微量的空氣並不會造成系統運轉的困擾；可是一旦有較多量的空氣或壓力溫度的變化等等，油中未溶解的空氣便可形成氣泡，再者大量的氣泡引起泡沫的堆積，從而導致系統的毛病。
在氣泡的量不足以形成泡沫堆積的情況時稱作空氣進入現象。這些氣泡分別被滑油所分開，一般來說不會對循環及液壓系統造成大問題，因為工作壓力低，所以其中的空氣不會影響滑油的不可壓縮特性。液壓系統是倚賴液壓油的這種不可壓縮特性來應用於各種機構作精確的動力傳送，而潤滑系統則利用它的承載特性，所以薄薄的滑油膜得以支撐重荷的軸承。
當系統的工作壓力增高及滑油流量增加時，如果系統油槽沒有相對的加大，那空氣進入的現象就很可能是個問題了。以下列舉幾個因為空氣污染，而逐漸破壞了設備可靠度的狀況。
類似海綿狀的液壓作動-我們熟知空氣是可被壓縮的，進入液壓系統中的污染空氣會使高壓系統控制失常、反應遲緩、增加設備的運作缺失，有時甚至會造成人員受傷或致命的不幸事件。高壓系統中的滑油泡沫更是使得液壓的精確作動完全失效。
磨損及震動-
高壓的潤滑系統裡的氣泡會使滑油膜厚度不足，金屬間的接觸產生，導致設備磨損和震動。
氣體渦漩及噪音-
液壓泵會因空氣的污染導致氣體的渦漩而造成磨損，當然最常見也是多數人所認知的是要命的噪音。無論如何，儘可能的免除空氣的進入污染滑油，才是最安全可靠的作法。
氧化-
影響滑油氧化的速率有好幾個因素，其中最根本的問題都是一樣的，那就是滑油和空氣接觸界面的大小，也就是說和其中所含氧氣的接觸情形。大量的空氣污染當然滑油有最好的機會氧化。
熱劣化-
這是一個相當嚴重的油品高溫劣化且生成細微油泥積碳的原因，然而通常我們所觀察到的液壓油及系統操作溫度了不起是70°C，因此長久以來都被忽略了。現在我們先點出一項主要的關鍵高溫供大家思考：試想一下將空氣汽泡從常壓狀態壓縮到3,000 psi的高壓會有什麼樣的變化？您可能從未注意到這空氣汽泡的溫度會超過 1,000°C，這樣的高溫是很容易的將其包覆接觸的油層熱劣化，使得滑油顏色變黑，甚至產生油煙微粒及造成漆膜積沉在組件的表面。
溢流及污染-
即便是在低壓系統裡，泡沫對作動的影響或許較小，但是嚴重的泡沫溢滿整個油槽，造成滑油溢流、浪費及環境污染，更不用提及氣鎖、噪音、磨損等等。
所以確記，當注意到滑油有空氣進入或起泡的現象時，要仔細且透徹的將可能的問題點深入檢查，同時定期的監控檢測滑油的空氣釋放特性及泡沫穩定性的傾向。如果經檢修換油之後問題仍持續的發生，我們建議進一步評定滑油的規範及油槽的設計，並且再確定油位及吸入端管線的洩漏情形。
下列是幾項決定泡沫問題是否嚴重的因素，提供作為參考：
滑油注入系統的方式-在循環系統的儲油槽裡，將滑油快速灌入油槽引起潑濺或攪動，都會使空氣被帶入系統中，應該使用油管從油液面之下緩緩注進油槽裡。使用緩衝擴散裝置減低滑油回流入油槽的速度，可大幅的降低空氣進入油中的機會；選擇緩衝減速設計，控制油槽每秒鐘三呎的回油流速，加上回油管端遠低於油液面都是可行的方法。完成補充滑油的動作後，最好適度的釋氣以排除被導入的空氣。當然極少數特例因設計的關係，可能須以真空方式注油。
良好的預防保養-良好的預防保養可以減除空氣進入和泡沫的問題。最基本的幾個步驟是維持密封及材料良好的適用狀況、避免空氣進入系統、監控滑油狀況及油量的正常水準、檢查濾材及淨油設備正常狀態，如有任何污染物應立即去除，以免促使泡沫生成。
在油槽設計方面，尚有許多造成空氣大量進入滑油的管道，以下簡述其現象及改善的方法：
＃回油管開口高於油面甚多，回油持續大量沖入，劇烈噴濺，帶入空氣。此時可更改回油管，使之深入油中且靠近槽底，或增加斜面導板等，都可疏導回油減緩流速，避免空氣的麻煩。
＃有時因系統特殊，回油中經常夾帶有大量的空氣，如果無法從系統端減除空氣，則可以考慮將回油管開口移至油液表面，再經油斜面導板使回油流入油槽，同時釋放所夾帶的大量空氣。
＃回油管和出油管太接近，或者是油槽太小，回到油槽裡的滑油沒有足夠的時間停留以釋出其中所含的氣泡。想辦法將回油管或者是出油管的相對位置距離調整加長，有助於氣泡的釋放。另外在回油端和出油端之間，加上隔板穩定油液，除了有助於氣泡的釋放外，更可有效的讓其它污染物質沉澱，提高出油端的油品潔淨程度。
＃油槽基本上是提供滑油釋出空氣、消除泡沫和沉澱污染物的機會的；然而因為設備的擴充，進出油加速或者設計上的缺點，如油槽太深、油液表面較小，無法提供寬廣的消泡空間，都可能造成泡沫積聚於油液表面。改進油槽，使用較寬廣的油槽設計，除了消泡液面及空間加大之外，油液深度的降低，也有助於氣泡的釋放。當然這裡的狀況是滑油本身的消泡性良好，並非消泡添加劑得以來處理的。
＃高壓力落差：滑油中或多或少都會有溶解空氣在裡頭，當壓力急劇的下降時，溶解空氣便加速的釋放且形成滑油中的空氣，而其中部分更離開油液，造成泡沫。泵過度的抽真空或滑油經較大的管徑，以及回油注入油槽，都是形成高壓力落差的原因，所以儘量避免油管管徑太大的變化尤其在回油管端，是為有效的預防措施。
＃油槽裡的油位太低：過低的油位有可能使得滑油沒有足夠的時間停留在油槽裡頭，以便油中的空氣能充分的排出，或者泡沫能消失殆盡；低油位也會在泵的吸入端造成漩渦，進而將空氣抽入滑油中混和。滑油出口端位置太高，相對的是造成油位太低問題的產生，改善方法是把滑油出口端移到比較低的位置。對於回油端和油泵之間產生的漩渦，則須調整油泵的位置。至於吸入端的負壓問題，提高滑油溫度或較低黏度油品都有所幫助。
＃劇烈的攪動：設備的運動組件將空氣打入油中，例如曲軸、齒輪、及聯軸器浸入油中太深，或僅僅碰觸到油表面，這都會造成劇烈的攪動且將空氣打入油裡頭，所產生的泡沫會導致接觸面的潤滑不足，或者泡沫被帶回油槽。遇到這類型的問題，要仔細的調整油位並減除擾流現象。
選用正確的油品-正確的選擇油品是很重要的。不同油品的泡沫生成和泡沫穩定傾向各異，有些可能積聚大量的侵入空氣，卻也容易快速消失；有些雖僅有少量空氣的進入，然而空氣排除的速度卻很慢。當然理想的油品是空氣進入或起泡的抑制性好，且泡沫的穩定度低易於消散。空氣進入及泡沫傾向和油品黏度、氧化抑制性及抗泡添加劑有直接的關係。首先黏度的選擇，依設備製造商的建議為主。在充分的時間條件下，較低黏度油品泡沫量也較低。雖然高黏度油品的泡沫抑制特性較好，可是一旦泡沫生成了就不容易消散，因而會繼續累積泡沫。油品的氧化抑制性也很重要，因為油品的氧化會促進起泡現象。氧化使油品的黏度增加，且部分氧化產物使得泡沫更趨於穩定。
抗泡添加劑的使用對一些油品的泡沫抑制效果不錯，可是這些添加劑須保持不溶，且均勻的懸浮在油中才有效果。抗泡添加劑的不溶於油中及均勻分散性質，於使用過程裡都可能會變化，油品的泡沫抑制效果也隨之減損。當察覺出泡沫抑制效果的異狀時，應尋求潤滑油廠商專家的意見，進一步研討以適當解決問題。