Анализ масла определяет и устраняет небольшие проблемы до того как они превратятся в отказ оборудования

Попадание пыли… или что?
Грязь, песок, пыль – всё это вокруг нас. И всё это очень разрушительно воздействует на машины, потому, что попадая в масло, эта смесь создает абразивную пасту, которая является причиной износа развивающегося очень быстро. К счастью для исследователей масла, грязь, в основном, состоит компонента называемого диоксид кремния, а кремний может быть легко определен при помощи спектрометра.

Так значит, если повышается уровень кремния в анализе масла, то повышается уровень загрязнений входящих в систему? Ответ: «Да, иногда… но не обязательно».

Таблица №1 демонстрирует типичный набор результатов спектрального анализа масла двигателя эксплуатировавшегося в нормальных условиях без очевидных мест попадания внутрь загрязнений. Второй пример демонстрирует рост уровня кремния и высокие показатели износа. Обычно загрязнения попадают внутрь через систему впуска: кремний указывает на загрязнения,  пока растут показатели железа (гильзы цилиндров), хрома (поршневые кольца) и алюминия (поршни).

Третий пример также демонстрирует рост  уровня кремния, но здесь это внутренние утечки охлаждающей жидкости. Когда охлаждающая жидкость попадает в двигатель, вода обычно испаряется. Однако присадки входящие в состав охлаждающей жидкости остаются, а кремний может быть частью кондиционера охладителя (метасиликат натрия Na₂SiO₃). В этом случае показатели содержания натрия и меди резко возрастают, но остальные показатели не изменяются. Натрий тоже присадка, но медь не продукт износа – она вымывается из радиатора (конечно, если он медный). Уровень кремния высок, но это загрязнение из системы охлаждения, а не абразивная частица.

Четвёртый пример демонстрирует очень высокий уровень кремния, но все остальные показатели остаются более или менее постоянными. Это силиконовый герметик или компонент уплотнительной прокладки. Эти компоненты попадают в масло, но не наносят какого-либо ущерба. Если этот высокий уровень кремния там, где могут быть попадания загрязнений извне, тогда стоит ожидать, что показатели износа возрастут, вследствие абразивной природы загрязнений. Стоит также отметить, что загрязнения, в основном, представляют собой смесь оксида кремния и оксида алюминия, т.е. в случае попадания загрязнений извне, уровень алюминия тоже должен достаточно вырасти. Есть правило для загрязнений, количество алюминия так относится к кремнию как AL:Si=1:10 – 1:2, в зависимости от состава окружающей среды. В этом случае, кремний загрязнение, но не абразивное и не представляет опасности.

Пятый пример демонстрирует небольшой рост уровня кремния, но это по причине присутствия кремне-содержащей присадки в масле, полиметилсилоксана, которая используется для предотвращения вспенивания масла. Этот рост кремния не будет причиной роста показателей износа, и не принесёт никакого ущерба.

Последний набор данных в Таблице№1 демонстрирует рост уровня кремния, железа и алюминия и очень похож на второй пример, когда загрязнения попадают через систему впуска. Однако, отношение алюминия к кремнию почти 1:1, что необычно. Это пример прогорания поршня. При неисправном инжекторе,  возможна ситуация когда топливо попадает и горит непосредственно на поршне.  В результате высокой температуры, поршень может оплавиться и, как результат, возрастает уровень алюминия (поршень), железа (гильза цилиндра), и хрома (поршневые кольца). Рост уровня кремния происходит за счет карбида кремния которым легируют материал поршня для уменьшения коэффициента температурного расширения алюминия. В этом случае, кремний – элемент износа, но не определяется как таковой, потому что выдерживается соотношение алюминия и кремния.
 

Во второй таблице, в первой строке, мы видим нормальные показатели. Во второй строке показатели показаны высокими, с доступом загрязнений, в дизельном двухтактном двигателе Detroit, где железо, хром и кремний, выросли все, но отношение алюминия к силикону смотрится неправильным и уровень олова выше. Причина в том, что алюминиевый поршень был покрыт слоем олова для улучшения теплопроводности.

Таблица №3 показывает нормальные значения, а также три примера загрязнения через систему впуска (высокий уровень железа, хрома и алюминия) без роста уровня кремния. Эти двигатели работают в Ричардс Бэй (ЮАР), марганцевом руднике и в руднике по добыче хрома. Здесь, загрязнения содержат минералы, которые присутствуют в окружающей среде, где работают машины, и уровень кремния не должен обязательно расти, когда происходит загрязнение.
 

Все табличные данные в ppm.

Химические элементы:

Al – алюминий, Zr – цирконий, Mn – марганец, Cu – медь, Sn – олово, Cr – хром, Si – кремний, Na – натрий, Fe – железо, Pb – свинец, Mg – магний, Ca – кальций.

Результаты анализа масла должны рассматриваться комплексно

Эти несколько примеров не необычны и наблюдаются довольно часто, за исключением прогорания поршня – это всё-таки исключительная поломка. Они иллюстрируют четыре ситуации:

• Рост уровня кремния из-за попадания загрязнений;
• Рост уровня кремния не из-за попадания загрязнений, но являющийся показателем проблемы;
• Рост уровня кремния, хотя видимых проблем нет;
• Уровень кремния больше или меньше чем  обычно, но попадание загрязнений имеет место.

Есть только один способ корректно определить текущую ситуацию – это анализ изменения износа и рассмотрения ситуации в целом. Вот почему показатели износа могут вводить в заблуждение и в некоторых случаях могут быть совершенно неверными.

Медь также может ввести в заблуждение

Кремний может быть хорошим примером для иллюстрации значения анализа изменения износа и изучения ситуации в целом, но рост некоторых данных может интерпретироваться по-разному, в зависимости от того какое значение у другого показателя. Таблица №4 показывает, как рост содержания меди может означать:

• Ненормальный износ;
• Загрязнения (износ);
• Загрязнения (нет износа);
• Присадки в масле.

Первый пример в Таблице №4 показывает нормальные показатели. Во втором примере показан высокий уровень меди, совместно со свинцом, оловом и железом, что обычно является показателем износа подшипника.

Третий пример показывает нам рост уровня меди соответствующий внутренней утечке охлаждающей жидкости (упоминалось при обсуждении кремния). Заметим, что незначительно растёт уровень свинца и олова, они используются в припое системы охлаждения, но так как уровень натрия растёт, а железа нет, то можно сделать вывод о том, что медь «приходит» из системы охлаждения и является показателем неисправности.

В последнем примере медь «растет», как и магний,  уровень кальция понижается – пока показатели износа не меняются. В данном случае медь – показатель  наличия антиоксидантной присадки в масле. Таблицы износа не рассматривают элементарный состав используемого масла.

В основном, спектрометрические данные можно сгруппировать в три класса:

• Изнашивающиеся металлы;
• Загрязнения;
• Присадки в масле.

Большинство элементов могут находиться в любом из вышеперечисленных классов. Только рассматривая все данные вместе, можно корректно определить класс. Что сильно осложняет задачу, важно это помнить, так это то, что рост какого-то одного показателя может быть результатом нескольких причин сразу. В примере о внутренней утечке системы охлаждения, это возможно и для других показателей, не отображенных в таблице, такое тоже может быть. Результатом внутренней утечки может быть перегрев, в этом случае вязкость и окисление будут расти, а TBN (Total Base Number – общее щелочное число) снижаться.

Таблица показателей износа не включает в себя элементарные составляющие масла

Изменения износа и регулярные пробы
Возвращаясь к важности наблюдений за изменением износа и регулярного взятия проб масла, ещё раз рассмотрим второй пример в Таблице№1, который показывает рост кремния вызванного большим количеством загрязнений совместно с износом поршней, колец и гильз цилиндров. Загрязнения попадают внутрь через воздушный фильтр, появляется абразивный износ цилиндров. Как следствие, расход масла со временем растет. Высокий расход масла означает, что в двигатель будет  доливаться свежее масло и, как результат, уровень частиц износа и загрязнений начинает снижаться. Возможна гипотетическая ситуация, которая начинается с роста уровня кремния (попадание пыли), следующий за этим рост железа (износ) и рост расхода масла, который, в конечном счёте, ведёт к снижению показателей железа и кремния. Следуя тенденциям регулярных проб, интерпретация данных довольно однозначна. Однако, что будет, если только пробы 1,2,3 и 10 были взяты? Показатели изменений будут неточными -  «размытыми»,  изменения уровня железа и кремния, могут отображать отсутствие проблем. Только рост в расходе масла будет замечен, без  понимания причин.

Повышенный или чрезмерный?
Нужно что-то ещё, чтобы понять едва уловимую разницу между повышенным и катастрофическим износом. Если данные износа растут в пробе масла двигателя, это должно обычно показывать износ подшипников. Однако это может быть повышенный износ, соответствующий работе механизма в более тяжёлых условиях, с износом всех подшипников несколько большим, чем обычно, или это может означать катастрофический износ только одного подшипника.

Наблюдение за изменениями это выгода при любых методах наблюдения

Есть много факторов влияющих на результаты анализа масла, которые вне контроля OEM (производителей оборудования), собственников, операторов и лаборантов и все они должны быть приняты во внимания во время выдачи результата анализа. Зависимости и их комплексное изучение дает большие возможности для любых методов наблюдения, не только в анализе масла. Когда используются показатели износа, они не являются золотым правилом, и должны использоваться осторожно. Показатели износа могут быть искажены, если, например, собственник оборудования установит какую-нибудь ультра фильтрующую систему для фильтрации масла. Результатом может быть снижение уровня всех показателей сигнализирующих об износе.