Skribent: Kjell-Arne Larsson/tidningen Nordiska projekt.

I år genomfördes Hydraulikdagarna i Borlänge. Tema för programmet var olja, automation och inspiration. Föreläsningsprogrammet hade dels fokus på de fortsatta problemen med varnish i hydraulsystemen inom industrin. Sedan handlade flera av presentationerna om energieffektivisering. Arrangemangets studiebesök var förlagda till SSAB Borlänge respektive Stora Enso Kvarnsveden.

Under de senaste årens Hydraulikdagar har många av presentationerna tagit upp problemen med varnish och andra beläggningar inne i hydraulik; beläggningar som påminner om lack eller lösare fastklibbade avsättningar. Även i år tog flera föreläsare upp detta problem, som inte existerade med den gamla typen av oljor, men förekommer med en del nyare.

Oljor klarar inte kraven

Anders Lindblom från SSAB berättade om varnishproblem och lösningar på dessa i varmvalsverket i Borlänge. I en anläggning som togs i drift på varmvalsningslinjen 2010 uppstod problem redan efter ett år. Pumpaxlar läckte mycket, alla cylindrar läckte och ett typiskt problem var kärvande ventiler. Undersökningar gjordes av hydrauloljans konduktivitet, partikelhalt, syratal med mera. Tester gjordes med varnishbildning på provkuponger i olika miljöer.

– Problemen var nya för oss och vi kom fram till att det var oljan som inte klarade vår typ av maskiner, berättade Anders Lindblom. Oavsett vad vi skruvade isär fanns det beläggningar. Vi blev tvungna att byta olja till en som hade basolja med hög löslighet.

År 2015 bytte man till esterbaserad olja och har kört sedan dess utan stopp. Oljetanken rymmer 14 kbm och man ser till att denna omsätts 4–5 gånger per timme över filter. Man följer syratalet på oljan och mäter även MPC (Membrane Patch Colorimetry) med egen mätare.

– MPC är bra för att mäta risken för varnish. När värdet blir högt deldumpar vi och trycker i ny olja, säger Anders Lindblom.

I ett annat system med 10 cylindrar som har 2 servoventiler vardera och där det varit problem med varnish testade man 2018 att byta till tunnare olja. Den gamla oljan var 46 cst och man bytte till en testolja 33 cst. Denna hade framställts av oljeleverantören efter en diger kravlista från SSAB.

– Efter bytet konstaterade vi bland annat att temperaturen gått ner, från att ha pendlat runt cirka 60 °C till cirka 45 °C. Verkningsgraden är nu bättre och vi sparar 15 procent energi, med potential för 20 procent, berättar Anders Lindblom.

Idag har SSAB Borlänge fem olika system som testas med olika oljor och bytena har hittills varit mycket lyckade.

Flera orsaker

Hos anläggningar som har och haft problem med varnish går det att dra slutsatsen att varnish bildas där det blir varmt och är kraftiga tryckändringar. Detta baseras på både erfarenhet och mätningar. Men det kan också finnas andra orsaker till varnish och ofta har flera faktorer bidragit till problemet. Hydraulikdagarna fortsatte med att Lennart Strandberg från ProjektHydraulik Sverige redogjorde mer för detaljerna.

– Varför reagerar mättade högkvalitativa oljor i vissa fall men inte i samtliga fall? frågade sig inledningsvis Lennart Strandberg.

Elektrostatiska urladdningar i oljan kan leda till att molekylerna oxiderar. Additiverna i oljan har bland annat till uppgift att ta hand om oxidationsprodukter. Molekylerna i oljan kan också förändras genom mikro-dieseling, på grund av temperaturökning vid gasbubblors kompression. Temperaturen kan vara 300–1500 °C, i det lägre området sker lågtemperaturoxidation, i det högre högtemperaturoxidation. Alla vätskor, även olja, löser gaser. Det är viktigt att avlufta och detta går lättare om viskositeten är lägre. Bland annan mot den bakgrunden bör man fråga sig varför industrin oftast väljer ISO VG 46 (46-oljor) och inte oljor med lägre viskositet.

Risken att varnish bildas ökar med temperaturen och är stor vid kraftiga tryckfall. I exempelvis en servoventil kan själva oljan förångas och då slås en del molekyler sönder – krackar. De kan övergå från mättade kolväten till polära och dessa har helt andra egenskaper.

Hydrauloljan kan således förändras mycket under användning. För att hindra oxidation och andra ovälkomna reaktioner är både avluftning och avfuktning viktiga. Hur ska då oljans kondition följas upp med tanke på risken för varnish?

MPC-index

Den tidigare nämnda testmetoden MPC mäter mängden nedbrytningsprodukter som kan bilda varnish. Om MPC-index är uppe i 40 är det risk att det inte går att återstarta en stoppad anläggning. Vi index > 55 måste hela systemet rivas och rengöras.

Mätning av MPC och syratal kan komplettera varandra. FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) är en metod som mäter den absorberade energin från en infraröd ljuskälla. På så vis kan olika ämnen, däribland nedbrytningsprodukter bestämmas. RULER (Routine Useful Life Evaluation Routine) mäter de kvarvarande antioxidantadditiverna i oljan.

De klassiska oljeproven visar därmed inte vad vi behöver, i dagens läge med varnishproblem. Alla som har eller misstänker varnish bör tillämpa även nya metoder.

Mycket av diskussionerna om varnish handlar om förändringen av basoljorna i hydrauloljeprodukterna. Förr i tiden bestod basoljorna av en ”salig blandning” av kolväten: paraffiner, naftener och även aromater. Aromater är bra så till vida att de löser föroreningar i oljan, men av bland annat miljöskäl är nu aromaterna nästan borta.

Basoljor med syntetiska estrar har högt viskositetsindex, mycket bra lösningsförmåga och god oxidationsbeständighet. De har använts av skogsbruket i 25 år med stor framgång och kommer mer och mer i entreprenadmaskiner och andra mobila applikationer, men sällan i industrin.

– Vi bör i fortsättningen välja olja efter vad vårt system kräver. Kolla oljebolagens hela utbud och sluta med strategin ”en olja och ett fett” på lagret och som används i alla system, rekommenderade Lennart Strandberg.

Dimensionering

Överdimensionerade hydraulikanläggningar är mer regel än undantag. Anläggningar med max tryck och max flöde långt över behovet orsakar energiförluster och onödiga kostnader. Det är många överväganden som ska göras inför val av system. Ska detta för det första vara centraliserat eller distribuerat?

Mats Dahlgren, Jan Wallberg och Bengt Andersson från Parker Hannifin berättade om för- och nackdelar med olika val och vilket ”verktyg” företaget erbjuder för en dimensionering enligt mottot ”Power on demand” – behovsstyrd energianvändning.

Ett centraliserat system har fördelar med bland annat mer samlat underhållsarbete och lättare att ordna redundans (exv. nödpump på samma aggregat). Till nackdelarna hör långa rörledningar samt risk för överdimensionering och energiförluster. Ett distribuerat system är lättare att bygga energisnålt och felsökning underlättas bland annat. Å andra sidan blir det exempelvis högre kostnader i och med flera system och högre kostnader för redundans.

Drive Controlled Pump

Parkers koncept Drive Controlled Pump har målet att spara energi genom att anpassa både tryck och flöde till behoven. Primära besparingar görs genom tryckstyrning som minskar varvtalet när trycket är uppnått och att flödet justeras genom ändring av hastigheten till önskat flöde. Sekundära besparingar görs genom mindre krav på kyleffekt som en följd av lägre värmeförluster. Den möjliga energibesparingen är upp till 70 procent, ljudreduktionen 20 dB och höjd produktivitet med 30 procent.

Parker har lanserat det internetbaserade dimensioneringsverktyget DriveCreator i vilket kunden själv kan dimensionera sitt system. Först väljs de lastcykler som kan bli aktuella. Detta behov är kanske det svåraste att kartlägga. Därefter väljs först pump och sedan motor. Utfallet av dimensioneringen visar bland annat elkraftbehovet.

Energi- och kostnadsbesparingar görs tack vare att bara nödvändig effekt används, att komponenterna blir mindre, verkningsgraden blir högre samt liten eller ingen kylning.

Parker Hannifin är en global Fortune 250-ledare inom rörelse- och styrteknik. Under mer än 100 år har företaget hjälpt sina kunder till framgång inom många olika mobila och industriella användningsområden.

Oilmek

Nästa föredrag utgjorde en logisk fortsättning då Conny Henriksson från Oilmek berättade om energieffektiva hydraulsystem och då främst frekvensstyrning av motorerna. Produktnamnet på styrningen är Varius och sedan 2010 har Oilmek levererat ungefär 200 system.

Till fördelarna hör enklare system med färre ventiler, färre övriga komponenter, att kylkretsen utgår samt att styrningen blir noggrannare med bättre processoptimering och högre produktivitet. Systemen blir lättare att underhålla och gången blir mjukare vilket minskar slitaget både på hydrauliken och den kringliggande mekaniken.

– Ofta går det att minska energibehovet med 30–80 procent. En kund uppmätte hela 91 procents besparing, vilket kontrollerades upprepade gånger, berättade Conny Henriksson.

Vad är det då som triggar företagets affärer? Ibland är det fråga om reinvesteringar då gammal utrustning inte längre är underhållsvänlig eller tillförlitlig. Bättre driftsäkerhet, brandsäkerhet och förbättrad arbetsmiljö med lägre bullernivå finns också ofta på önskelistan.

– Processoptimering är mycket viktigt. Energibesparingen räknas hem på ett eller annat år, men ökad produktivitet gör ofta att det betalar sig snabbare. Vi har exempel på en kund som uppgett att produktionsökningen gjorde att investeringen betalades igen på två veckor, sade Conny Henriksson.

Till sist något om valet av olja. Oilmeks system är ofta inte varmare än 30 °C, vilket gör att 46-olja är onödigt tjock. Det är viktigt att välja en tunnare olja och som har stort viskositetsindex, det vill säga tål ett brett temperaturspann, eftersom det i allmänhet varken finns värmare eller kylare i systemen. För övrigt skulle oljebolagen behöva ta fram fler produkter att välja bland.

Molekylkaraktärer och löslighet

Professor Thomas Norrby från Nynas Naphthenics berättade om basoljornas sammansättning på molekylär nivå och deras egenskaper, särskilt lösligheten. Som tidigare har nämnts är denna viktig för att lösa upp bland annat oönskade reaktionsprodukter. Dålig löslighet hos basoljorna är en betydande orsak till bildning av varnish.

Denna uppkommer när oxidationsprodukter ansamlas över tid. Varnish och andra skadliga beläggningar kan ”falla ut” då temperaturen sjunker, exv. vid ett underhållsstopp. De aromater som fanns i den gamla typen av basoljor – grupp I enligt API – löste upp reaktionsprodukterna. Bakgrunden till varnishproblemen är övergången till grupp II- och grupp III-oljor som har större andel paraffiner och naftener, men mycket lägre andel aromater.

För att bestämma lösligheten hos en olja kan anilinpunkten mätas enligt standard (ASTM D 611). Högre anilinpunkt innebär lägre löslighet. Paraffiniska oljor har värden mellan 90 och 140, nafteniska mellan 60 och 110, medan de aromatiska har mellan 20 och 60. Estrar har mycket varierande struktur och därmed varierande anilinpunkt.

Det är värt att nämna att olika basoljor med samma viskositet kan ha mycket skilda anilinpunkter och att det går att framställa estrar med mycket låg anilinpunkt, alltså hög löslighet.

På grund av hälsoriskerna med anilin har en ny standard (ISO 21493) utvecklats som i stället använder p-anisaldehyd för att mäta turbiditetspunkt (grumlingspunkt). Det har påvisats en god korrelation mellan anilinpunkt och turbiditetspunkt.

– Sammanfattningsvis kan sägas att med tanke på risken för varnish är basoljornas egenskaper viktiga, bland annat lösligheten. Basoljor från olika grupper skiljer sig mycket i denna egenskap. Lösligheten kan mätas med flera metoder och den nya standarden för turbiditetspunkt är ett bra alternativ, avslutade Thomas Norrby.

Allt går med elektricitet

Joakim Unnebäck från Volvo CE berättade om ett pilotförsök i full skala med elektrifiering av entreprenadmaskiner i en bergtäkt. Volvo gjorde försöket under 12 veckor tillsammans med Skanska som driver Göteborgs största bergtäkt på Hisingen. Vid normal drift förbrukas årligen 500000 liter diesel för att producera 1,2 miljoner ton bergprodukter.

En grävmaskin som sköter lastning byggdes om till eldrift. Den befintliga dieselmotorn användes till förflyttningar. Hydrauliken behölls men drevs av el under arbete. Hjullastarna byggdes om mera, med separat eldrift på de fyra hjulen. Hydrauliken till styrning, tilt och lyft av skopa drevs med respektive elmotorer. Energi återvanns när skopan släpptes ner. Elmotor användes för reglering.

Dessutom byggdes nya elektriska lastbärare. De rör sig autonomt och snabbladdas en gång i varje cykel. Lastbäraren heter HX02 och den har samma prestanda och samma egenskaper i båda riktningar. Något fram och bak finns inte, vilket gör att maskinen aldrig behöver backa. Den totala energibesparingen i bergtäkten motsvarade 17200 kronor per dygn. När Volvo CE marknadsför och kommersialiserar HX02 kommer de att ta betalt för tjänsten den utför istället för att sälja maskinerna.

Nya bättre recept

Avslutningsvis föreläste Mats Svensson och Max Karlovini om några lyckade byten av hydraulolja och gick igenom standarder för testning och verifiering av oljor.

Mats Svensson som arbetar på GA Lindberg ChemTech gav en bakgrund till varför varnish bildas. Då nämnde han några faktorer som inte hade berörts av tidigare talare, nämligen att även syretillgång (tillsammans med hög värme) kan påskynda nedbrytningen av oljan. Även närvaro av vatten kan göra att processen går fortare. Vid höga temperaturer kan oljan även brytas ner termiskt. Med luft i oljan kan olika tryckövergångar i hydrauloljesystemet skapa mikro-explosioner (dieseling) vilket ger höga temperaturer och nedbrytningsprodukter. Ett sätt att lokalisera detta är att kväveoxider bildas, vilket kan kontrolleras på labb.

– Flera egenskaper är viktiga hos hydraulolja, bland annat att den är termiskt stabil och skjuvstabil så att den inte blir tunnare med åren, ansåg Mats Svensson.

Han redogjorde sedan för ett par lyckade exempel då befintlig olja hade ersatts med Mobil DTE 10 Excel™. Hos Boliden Rönnskärsverken förekom mycket stora problem med varnish. Efter utredning och byte av olja har Boliden nu använt nya oljan i fyra år utan problem.

Dessutom berättade Mats Svensson om energibesparingar med hydrauloljan Mobil DTE 10 Excel™. En Caterpillar grävmaskin som bytte från 10 W-olja till Mobil DTE 10 Excel™ minskade bränsleförbrukningen med 6 procent per lastcykel. Det som gör den nya oljan bättre är främst balanserad proportion mellan basolja och additiv. Andra viktiga egenskaper är högt viskositetsindex som ger ökat temperatur/arbetsområde, men inte på bekostnad av minskad skjuvstabilitet.

Mer standard önskvärd

Max Karlovini som arbetar på ExxonMobil visade ett annat lyckat exempel från ett pappersbruk som hade problem i Nipco-hydrauliken i en superkalander. Den rekommenderade oljan, EP växellådsolja ISO VG 220 ersattes med Mobil DTE 10 Excel™ 150. Maskinen användes sedan i tre år utan några problem; det var andra orsaker som låg bakom att maskinen då togs ur drift. I ett mycket liknande fall med Küsterhydraulik har Mobil DTE 10 Excel™ 150 hittills fungerat väl i åtta år, jämfört med en tidigare oljelivslängd på två år. 

Max Karlovini talade sedan om standarder för test och verifiering av oljor. Han flaggade bland annat för ett test som introducerats av Bosch Rexroth och som ställer betydligt hårdare krav än konventionella test. Krav på ökad effekttäthet och minskade tankstorlekar ligger bakom företagets initiativ. Hittills är fokus högst på slitageskydd, men uppdateringar av metoden väntas och då kan det bli högre krav på livslängd och renhet. Det aktuella testet heter Bosch Rexroth Fluid Rating List RDE 90245.

Som en sammanfattning på årets Hydraulikdagar kunde arrangören SSG med Rickard Sjöblom i spetsen konstatera att det förekommer problem med varnish ute i industrin. Det finns dock lösningar, även om dessa ofta behöver omfattande utredningar lokalt. Samtidigt pågår teknisk utveckling av basoljor och additiv. Därför finns det hopp om bättre produkter och mer generella problemlösningar. Detta tycktes deltagarna på konferensen vara överens om.