Title: Nesteet
Course: SÄPT18-04.6 Hydrauliikka- ja pneumatiikka-asennukset, eGradia > Section: NESTEET, KORROOSIO JA KAVITAATIO

Mitä alhaisempi viskositeeetti, sitä ohuempi öljy.

- Vuodot kasvavat
- Voitelu heikkenee
- Hyötysuhde heikkenee
- Lämpötila kasvaa
- Kuluminen lisääntyy

Nesteet

Hydrauliikkanesteet

Hydraulijärjestelmässä käytetään nestettä energian siirtämiseksi pumpulta työkoneelle. Yleisin käytettävä neste on öljy, koska se täyttää hyvin asetetut vatimukset. Hydrauliikassa pääasiallisin ja tärkein väliaine on mineraaliöljy, mutta esimerkiksi korkeissä lämpötiloissa käytetään synteettistä öljyä.

Hydraulineste on oleellinen osa järjestelmää. Nesteillä on järjestelmässä monia tehtäviä, kuten:

- hydraulisen energian siirto pumpulta toimilaitteelle
- komponenttien voitelu
- syntyneen lämmön kuljetus jäähdyttimelle (säiliöön)
- korroosion esto
- lian kuljetus suodattimille
- välysten tiivistys

Alkuaikojen hydrauliikkanesteenä oli vesi. Nykyään sen käyttömahdollisuuksia tutkitaan taas, jotta löydettäisiin vesi uudelleen. Vesi ja emulsiot soveltuvat hyvin tilanteisiin, joissa on esimerkiksi punahehkuista metallia lähettyvillä. Tällöin räjähdys- ja palovaara letku- ja putkirikossa on pienempi kuin mineraaliöljyillä.

Hydraulinesteiden valinta

Viskositeetti

Viskositeetti on eräs nesteen tärkeimmistä ominaisuuksista. Se kuvaa nesteen juoksevuutta. Viskositeetillä on oleellinen vaikutus mm voitelukykyyn, pumpattavuuteen sekä vuotoihin. Hydraulinesteiden viskositeetti vaihtelee nesteen lämpötilan mukaan. Lämpötilan noustessa viskositeetti alenee (juoksevuus lisääntyy). Lämpötilalla onkin oleellinen vaikutus nesteen valintaan, koska mm riittävän voitelun on säilyttävä kaikissa tilanteissa, samoin nesteen pumpattavuuden. Seuraavassa joitakin viskositeettiin liittyviä suosituksia:

Käytetyt komponentit määräävät viskositeetin raja-arvot (usein pumppu)

- nesteen valinnassa tulisi noudattaa seuraavia viskositeetin likiarvoja:
  - normaalissa käyttölämpötilassa ihanneviskositeetti on 20...50 cSt (mm2/s
  - minimiviskositeetti voitelun takaamiseksi on n 10...15 cSt
  - maksimiviskositeetti, jolla nestettä voidaan vielä pumpata on 1000...1500 cSt.

Mitä alhaisempi viskositeeetti, sitä ohuempi öljy!

- Vuodot kasvavat
- Voitelu heikkenee
- Hyötysuhde mahd. heikkenee
- Lämpötila kasvaa
- Kuluminen lisääntyy

Mitä korkeampi viskositeetti, sitä paksumpi öljy!

- Huonompi voitelu
- Mahd. korkeampi paine komponenteissa
- Virtausvastukset suurempi

Viskositeetti indeksi

Viskositeetti-indeksi ilmaisee kuinka paljon nesteen viskositeetti muuttuu lämpötilan muuttuessa. Mitä suurempi viskositeetti-indeksi, sitä vähäisempi viskositeetin muutos. Erityisesti ulko-olosuhteissa toimivissa koneissa on käytettävä korkean viskositeetti-indeksin omaavaa nestettä.

Vaahtoamattomuus

Hydraulinesteet sisältävät n 9 % ilmaa normaali-ilmanpaineessa. Nesteeseen liuenneen ilman määrä kasvaa paineen lisääntyessä. Paineen nopeasti laskiessa ilma voi erottua nesteestä pieninä kuplina. Ilmakuplat ovat haitallisia mm pumpussa ja venttiileissä, joissa ne aikaansaavat kavitaatiota. Lisäksi ne lisäävät nesteen kokoonpuristuvuutta, joka heikentää toimilaitteiden tarkkuutta. Ilman muodostumista voidaan ehkäistä oikealla putkiston ja säiliön suunnittelulla. Paluuputket on aina sijoitettava nestepinnan alapuolelle. Säiliössä voidaan käyttää myös ns. ilmanerotusverkkoa. Nesteen lisäaineet voivat myös edesauttaa ilman erottumista mm pintajännitystä pienentämällä.

Voitelukyky ja kulumisen kesto

Nesteen tulee muodostaa voiteleva kalvo, joka suojaa ja estää metallisen kosketuksen kaikissa olosuhteissa. Kohonneet käyttöpaineet ovat lisänneet nesteille asetettuja vaatimuksia.

Leikkautumisenkesto ja hapettuminen

Kovilla paineilla, ahtaissa raoissa ja korkeissa lämpötiloissa neste joutuu koetukselle ja sen on säilytettävä ominaisuutensa myös tällaisissa olosuhteissa. Nesteeseen ei saa muodostua kiinteitä epäpuhtauksia.

Reagointi tiivisteiden kanssa

Neste ei saisi syövyttää tiivisteitä ja letkuja. Joidenkin nesteiden yhteydessä on käytettävä erikoistiivistemateriaaleja syöpymisen ja kulumisen vähentämiseksi (tavallisin tiivistemateriaali on nitriilikumi).
Useimmat hydraulinesteen ominaisuudet aikaansaadaan erilaisilla lisäaineilla. Tavallinen mineraaliöljy johtaisi tyypillisessä 250 h kulumisenkestokokeessa kiinnileikkautumiseen jo 10 h kuluttua.

Hydraulinesteiden valinta

Yleisimmät hydraulinesteet

Yleisimmät hydrauliikkanesteet ovat:

- Mineraaliöljyt
- Synteettiset nesteet
- Kasvisöljypohjaiset nesteet
- Vesiperustaiset nesteet

Mineraaliöljyt

Mineraaliöljyt ovat yleisimmin käytettyjä hydraulinesteita. Normaaliolosuhteissa ne tarjoavat riittävän hyvät ominaisuudet edullisesti. Mineraaliöljyt ovat yleensä palavia ja lisäksi ne ovat vaarallisia vesistöille. Mineraaliöljyjen ja synteettisten nesteiden eroja voi hahmottaa usein paremmin tunnettujen autojen moottoriöljyjen kautta.

Synteettiset nesteet

Synteettiset nesteet ovat tavallisesti fosfaattiestereitä tai synteettisiä hiilivetyjä. Niiden ominaisuuksia voidaan muokata mineraaliöljyjä paremmaksi. Hinnaltaan ne ovat kalliimpia (3...5 kert. mineraaliöljyn hinta). Käyttöä puoltaa mm pitempi vaihtoväli. Letkurikkoja tai yleensä öljyvuotoja ei saa tapahtua, jotta pitemmästä vaihtovälistä olisi hyötyä.
Jotkut nestetyypit ovat paloa vastustavia mutta saattavat muodostaa palojen yhteydessä erittäin myrkyllisiä kaasuja.

Kasvisöljypohjaiset nesteet

Kasvisöljynesteiden ominaisuudet vastaava melko pitkälle mineraaliöljyjä. Niiden voitelukyky on hieman mineraalinesteitä parempi. Merkittävä etu on hajoaminen luonnossa ja myrkyttömyys, jonka ansiosta niiden käyttö on lisääntynyt mm metäkoneissa, joissa letkurikkojen vaara on suuri. Hinnaltaan kasvispohjaiset nesteet vastaavat synteettisiä nesteitä. Suomessa käytetyt nesteet ovat yleensä kotimaista valmistetta.
Kasvinnesteen tunnistaa margariinimaisesta hajusta. Ne saattavat värjätä laiteiden ulkopinnat keltaiseksi, mikäli nestettä pääsee vuotamaan pitemmän ajan. Kasvisöljyjä käytettäessä on noudatettava tarkoin laitevalmistajan ohjeita nesteen vaihdosta ja kasvispohjaisten nesteiden soveltuvuudesta. Tällöin voidaan välttyä mm laitevaurioilta, joita sattui nesteiden tullessa markkinoille. Kasvisneste ei siedä juurikaan vettä tai toisia nesteitä ominaisuuksien heikentymättä.

Vesiperustaiset nesteet

Hydrauliikan alkutaipaleella käytetty neste oli vettä. Vasta Toisen maailmansodan aikoihin, työstökoneiden ja materiaalien kehittymisen myötä nykyisin valta-asemassa olevan öljyhydrauliikan käyttö yleistyi. Vesihydrauliikka on noussut uudelleen esille mm ympäristöasioiden johdosta. Vesi on myös nesteenä edullista. Sen ongelmia ovat voitelu, levänkasvu, jäätyminen sekä kavitaatio. Nykyisin on saatavilla vesihydrauliikalle soveltuvia komponentteja. Ne ovat kuitenkin melko kalliita, johtuen erikoismateriaaleista (ruostumaton teräs, keramiikka, teflon) sekä pienistä valmistusmääristä. Yleensä pyrkimyksenä on puhtaan veden tai meriveden käyttö mutta on myös olemassa lukuisia nesteitä, joissa veden seassa on muita aineita. Tällaisia nesteitä kutsutaan emulsioiksi.
Vesihydrauliikkaa käytetään sellaisissa kohteissa, joissa öljyn myrkyllisyys on haitallista, esimerkiksi elintarviketeollisuudessa. Myös koeponnistettaessa esimerkiksi räjähdyssuojattuja komponentteja, käytetään usein nesteenä vettä, koske jälkipuhdistustarve vähenee oleellisesti.

Vaihtoväli

Yleispätevää ohjetta nesteen vaihtovälille on vaikeaa antaa. Seuraavassa joitakin yleisohjeita:
Koneenvalmistajan antaman vaihtovalin mukaan öljynvalmistajan suosituksen mukaan ulkokäytössä nesteen vaihto syksyisin (ennen pakkasia) suurten öljymäärien tapauksissa öljyn tilan mukaan (näyte). Hydrauliikkanesteen väri (haju ja maku) ei saisi käytön aikana merkittävästi muuttua. Jos sellaista ilmenee nesteen vaihto on yleensä tarpeen. Huomattavaa on, että mahdollisia vauriotapauksia lukuun ottamatta, nesteen vaihdon syy ei saa olla likaisuus. Uutta nestettä ei vastaavasti pidä luulla vanhaa puhtaammaksi.
Moottoriöljyä ei käytetä hydrauliikkanesteenä, ellei valmistaja suosittele tai ole pakottava tilanne. Eri nesteitä ei tulisi sekoittaa keskenään, varsinkaan erityyppisiä nesteitä.

Nesteiden vaarallisuus

Suurin osa onnettomuuksista aiheutuu toimilaitteista. Hydraulinesteestä aiheutuu kuitenkin joitakin haittoja:

- Öljysuihku vaarallinen silmille ja voi syttyä palamaan
- Öljysuihkua ei saa yrittää tukkia kädellä
- Liukastuminen
- Pitkäaikainen ihokosketus aiheuttaa ärsytystä ja iho-oireita
- Vesistölle vaarallisia (pohjavedet)
- Jäteöljy on ongelmajätettä, kunnilla on velvollisuus ottaa vastaan jäteöljyjä (pieniä määriä)
- Suuret määrät on toimitettava ongelmajätelaitoksiin Fortum / Riihimaki

Kierrätys

Puhtaus

Hydrauliikan toimivuus edellyttää, että neste on puhdasta!

Mitä öljyn puhtaudessa tulee seurata?

- Suodattimien kunnossapitoa
- Öljynvaihdoista huolehtimista
- Tiivisteiden ja huohottimien kunnossapitoa
- Suurta huolellisuutta asennus-, huolto- ja korjaustoimenpiteissä
- Öljyn lisäykset ja vaihdot suodattimen läpi