Wykorzystanie mgły olejowo-powietrznej w procesach smarowania

Urządzenia mechaniczne muszą być chronione przed ryzykiem przedwczesnego zużycia wskutek tarcia, pojawiającego się podczas pracy elementów ruchomych. Niezawodnym sposobem na wydłużenie czasu możliwej eksploatacji oraz zapewnienie optymalnych warunków do użytkowania podzespołów mechanicznych jest zagwarantowanie im właściwego smarowania. Wśród najoszczędniejszych, a zarazem efektywnych metod znajduje się smarowanie mgłą olejowo-powietrzną.

Smarowanie i chłodzenie w maszynach i urządzeniach

Jednym z najważniejszych wymagań, jakie stawia się wszelkiego rodzaju maszynom i urządzeniom poza zapewnianiem możliwości uzyskiwania właściwych efektów ich działania jest maksymalne wydłużenie ich żywotności, dzięki której zarówno poszczególne podzespoły, jak i cała konstrukcja rzadziej wymagają wymiany lub naprawy. Praca większości ruchomych układów wiąże się z powstawaniem znacznego tarcia, które powoduje podwyższoną emisję ciepła i systematyczne zużywanie się współpracujących ze sobą powierzchni. Zwiększona temperatura może prowadzić do zmiany właściwości materiału, z jakiego jest wykonany konkretny element – zmiany jego wymiarów wskutek rozszerzalności cieplnej, osłabienia wytrzymałości przez obniżenie granicy plastyczności czy zwiększone zużycie zmęczeniowe. Ścierające się drobiny materiału, które powstają w wyniku odspajania wiórów, w szybkim tempie zaczynają działać jak ścierniwo, potęgując uszkodzenia i obniżając efektywność działania – podkreśla przedstawiciel firmy UCS Układy Centralnego Smarowania, specjalizującej się w dostarczaniu rozwiązań dla przemysłu w zakresie systemów smarowania.

Z problemem nadmiernego poziomu tarcia można spotkać się zarówno w różnych maszynach i urządzeniach podczas działania ich poszczególnych elementów, jak i przy obróbce materiałów np. w różnych odmianach skrawania – przy wierceniu, frezowaniu i toczeniu. W przypadku części mechanicznych kłopoty z tarciem pojawiają się przy działaniu łożysk tocznych i ślizgowych, kół zębatych, sworzni, prowadnic, łańcuchów napędowych oraz wszelkiego typu przekładni, ale również cylindrów hydraulicznych, mechanicznych i silników. We wszystkich tego rodzaju układach konieczne jest stosowanie właściwego smarowania, które pozwoli na wytworzenie przylegającego do powierzchni materiału filmu ze środka smarnego. Wypełniając mikro-nierówności występujące w strukturze metalu lub tworzywa sztucznego olej albo smar jest w stanie zagwarantować niższe zużycie wskutek ścierania i zmniejszyć stawiany przez elementy opór, a zarazem powstające obciążenia. Właściwe smarowanie to również niższe zapotrzebowanie na moc, a więc niższe zużycie energii przez układ napędowy oraz dobre chłodzenie.

Dla efektywnego dostarczenia środka smarnego do wszystkich ruchomych połączeń mechanicznych, które pracują pod znacznymi obciążeniami lub z dużą prędkością mogą być stosowane różne rozwiązania. Najprostszym z nich jest smarowanie ręczne, przy którym środek smarny jest nanoszony na element np. z użyciem klasycznej smarownicy. Rozwiązanie takie wymaga jednak dość częstego uzupełniania smaru i jest pracochłonne, sprawdza się więc tylko tam, gdzie występuje bardzo niewiele punktów smarowania. Przy bardziej złożonych układach wykorzystywane mogą być smarownice automatyczne – dostarczają one smar do jednego punktu, a za sprawą zamontowanego zbiornika uzupełnianie środka smarnego może odbywać się znacznie rzadziej niż przy dosmarowywaniu ręcznym. Smarownice automatyczne są też zwykle wyposażone w proste układy pozwalające na precyzyjne dozowanie środków smarnych. O wiele większe możliwości oferują centralne układy smarowania, które pozwalają na dystrybucję środków smarnych do różnych punktów smarowania, pozwalając jednocześnie na ustawienie bardzo precyzyjnego podawania, pracując w sposób ciągły oraz zwiększając ilość możliwych do zastosowania opcji o smarowanie natryskowe, a także stosowanie mgły olejowo-powietrznej.

Czym jest mgła olejowa i jak powstaje?

Smarowanie przy pomocy mgły olejowo-powietrznej polega na podawaniu w punktach smarowania środka smarnego, który jest rozpraszany w powietrzu, a następnie trafia na poszczególne elementy. Powstający aerozol zawiera niewielkie cząsteczki środka smarnego, które dzięki swym rozmiarom mogą być łatwo przenoszone za sprawą nadawanej im energii kinetycznej oraz docierać we wszystkie miejsca znajdujące się na smarowanej powierzchni. Wielkość cząsteczek oleju ma znaczenie również dla możliwości tworzenia powłoki o określonej grubości, która będzie wystarczająca do realizowania wyznaczonego zadania – zarówno uzyskiwania równomiernego filmu olejowego, jak i kontaktu z całą smarowaną powierzchnią przy znacznym ograniczeniu zużycia wykorzystywanych środków smarnych. Z racji możliwości oszczędnego gospodarowania środkami smarnymi smarowanie mgłą olejową jest określane jako MMS/MQL (Minimum Quantity Lubrication) – smarowanie minimalną objętością środka smarnego oraz smarowanie i chłodzenie minimalną objętością środka smarnego. Metoda ta może być wykorzystywana w przypadku różnych elementów i mechanizmów. Sprawdza się przy smarowaniu łożysk tocznych i ślizgowych, przekładni zębatych, łańcuchów, powierzchni ślizgowych, a także przy obróbce ubytkowej – wierceniu, rozwiercaniu, gwintowaniu, frezowaniu, struganiu, toczeniu, a nawet cięciu mechanicznym.

Smarowanie przy wykorzystaniu mgły olejowej może się odbywać przy wykorzystaniu systemów jedno- lub dwukanałowych. Przy rozwiązaniu jednokanałowym środek smarny jest przemieszczany w układzie pod zwiększonym ciśnieniem i doprowadzany do dyszy znajdującej się przy smarowanym węźle. Dzięki ciśnieniu panującemu w instalacji środek smarny jest wyprowadzany przez dyszę, wyprofilowaną w taki sposób, by z jednej strony uzyskać mechaniczne rozbicie oleju na cząsteczki o niewielkich rozmiarach, z drugiej osiągnąć ich właściwe ukierunkowanie. Dobór ilości środka smarnego wiąże się tu zwykle ze zmniejszaniem lub zwiększaniem wielkości strumienia przy zachowaniu określonego poziomu ciśnienia, ponieważ gwarantuje to uzyskiwanie odpowiedniego rozproszenia oleju.

Innym rozwiązaniem jest wykorzystanie możliwości wcześniejszego wytworzenia mgły olejowej i transportowanie środka smarnego w postaci aerozolu aż do miejsca aplikacji. W takim przypadku olej jest rozpraszany w powietrzu np. przy zastosowaniu tzw. zwężki Venturiego, w której dzięki zmianie średnicy przewodu, którym przemieszcza się strumień powietrza, powstaje podciśnienie, które zasysa olej. Większe cząsteczki są wychwytywane i ściekają do zbiornika, natomiast mniejsze unoszone dzięki energii kinetycznej nadawanej przez przepływający gaz są transportowane aż do dysz smarujących. Uzyskanie mgły olejowej jest też możliwe dzięki zastosowaniu dwóch kanałów – doprowadzającego olej oraz transportującego sprężone powietrze aż do dyszy, w której oba strumienie są ze sobą mieszane i w postaci aerozolu wyprowadzane na zewnątrz.

Rodzaj zastosowanego rozwiązania służącego do smarowania mgłą olejowo-powietrzną jest uzależniony od rodzaju układu, który ma być smarowany. Istotna będzie potrzebna przy konkretnym węźle lepkość smaru oraz jego ilość. W przypadku smarów o większych lepkościach niezastąpione będą na ogół układy dwukanałowe, tam, gdzie lepkość może być niższa, wystarczające na ogół okażą się systemy jednokanałowe. Ważna będzie także długość instalacji oraz liczba obsługiwanych punktów smarowania. Wielką zaletą korzystania z układów zapewniających smarowanie mgłą olejowo-powietrzną jest możliwość działania zarówno ciągłego, jak i cyklicznego, dynamicznego regulowania ilości środka smarnego, a także znaczne oszczędności, jeśli chodzi o ilość zużywanych olejów. Rozwiązanie to pozwala również na bardzo dobre chłodzenie, ponieważ podawany środek smarny, a po części także powietrze umożliwia sprawne odbieranie powstającej energii cieplnej.