VGB POWERTECH 11 (2019)

Ölanalysen für Gasturbinen VGB PowerTech 11 l 2019
Staub enthält, wird dieser Prozess noch zusätzlich
beschleunigt.
Bei den meisten Gasturbinen ist die hohe
Betriebstemperatur eine der Hauptursachen
für die schnellere Ölalterung. Mit immer
fortschrittlicheren Metallurgieverfahren
steigen sowohl der Wirkungsgrad als
auch die Brenntemperatur der Gasturbinen
kontinuierlich an. Dadurch steigen auch
die Belastungen der Turbinenöle weiter an.
Mit dem RULER (Remaining Useful Life
Evaluation Routine) wird der Anteil der
noch im Öl vorhandenen Antioxidantien
relativ zum Frischöl angegeben. Da diese
Bestandteile kontinuierlich während des
Öleinsatzes abgebaut werden, kann aus
dem verbliebenen Restgehalt sowie der
Einsatzzeit des Öls auch auf die noch zu
erwartende Nutzungsdauer geschlossen
werden.
Luft und Schaum im Öl
Bild 2. Bestimmung des LAV im OELCHECK-Labor mit dem Prüfnormalab Analis P 688.
Jedes Öl enthält Luft. Je nach Typ und Viskosität
kann es davon bis zu 11 %, die in
seinen Molekülstrukturen gelöst bleiben,
aufnehmen. Diese Ausgangssituation ist
unproblematisch. Bei Temperatur- und
Druckabsenkung kann Luft aus dem Öl
ausgasen. Ungelöste Luft im Öl verschlechtert
den Aufbau eines tragfähigen Schmierfilms
in Gleitlagern. Im Öl dispergierte
Luftblasen können die Funktion von Hydrauliksystemen
beeinträchtigen und Kavitation
verursachen. Bei stark erhöhtem
Anteil von Luftblasen im Öl kann ein „Dieseleffekt“
auftreten. Die Luftbläschen sind
oft schon mit bloßem Auge zu erkennen.
Das Öl wirkt dann trübe oder milchig.
Meist löst sich derartig abgeschiedene Luft
deutlich langsamer ins Öl, als sie sich davon
separiert hat.
Folgende Probleme werden in der Praxis
oft beobachtet:
––
steigende Kompressibilität des Öls,
––
sinkende Förderleistung von Pumpen,
––
beeinträchtigte Schmierwirkung bis hin
zur Mangelschmierung,
––
Dichtungsverschleiß,
––
sinkende Kühlleistung,
––
erhöhte Öloxidation,
––
Kavitation mit punktuellem Materialabtrag,
oft begleitet von Geräuschen,
––
„Dieseleffekt“, bei dem Luftblasen so
stark komprimiert werden, dass sie sich
selbst entzünden. Bei diesem Prozess
entstehen Rußpartikel, das Öl wird sehr
dunkel.
Bei vermutetem Lufteintrag kann man das
Schaumverhalten und das Luftabscheidevermögen
(LAV) überprüfen lassen
(B i l d 2 ). Um das Schaumverhalten zu
bestimmen, wird Luft in Form von kleinen
Bläschen in das zu prüfende Öl eingeleitet.
Es entsteht eine Luft-in-Öl-Dispersion und
die Bläschen steigen zur Oberfläche, wo sie
eine Schaumschicht bilden. Der Luftstrom
wird abgeschaltet und das Schaumvolumen
direkt und nach 10 Minuten bestimmt.
Daraus lässt sich das Verhalten bei der Anwendung
abschätzen.
Bei dem Prüfverfahren zur Bestimmung
des Luftabscheidevermögens wird Luft mit
einer Düse in das zu untersuchende Öl eingeblasen.
Danach wird das Entweichen der
dispergierten Luftblasen aus dem Öl messtechnisch
erfasst und zeitlich aufgezeichnet.
Eine zu lange Verweildauer der Luft im
Öl kann zu den oben beschriebenen, negativen
Effekten führen.
Partikel und Verunreinigungen
im Öl
Verunreinigungen im Öl stellen immer ein
Risiko dar. Harte Partikel wie Staub oder
Verschleißmetalle fördern abrasiven Verschleiß.
Weiche Partikel können sich auf
der Basis gealterter Additiv-Komponenten
bilden. Oft sind sie klebrig und lagern sich
an Maschinenelementen oder Filtern an,
sodass sie diese bei ihrer Arbeit behindern.
Die Ölalterung wird durch Partikel im Öl
beschleunigt, die Ölstandzeit damit verkürzt.
Analyse mit Partikelzählung
Unmittelbar vor der Messung wird die Probe
homogenisiert und entgast. Die Luftbläschen
entweichen dabei schnell aus der
verdünnten Probe und können bei der Untersuchung
daher auch nicht mehr mitgezählt
werden. OELCHECK verwendet bei
der Laser-Partikelzählung ein Lösungsmittelgemisch
gem. ASTM D7647, um etwaige
Wassertröpfchen und Alterungsprodukte
im Öl zu lösen und damit die Zählung
nicht zu verfälschen. Mit der Gesamtmenge
der verdünnten Probe von ca. 30 ml erfolgt
dann die Zählung im Messgerät. Als
Ergebnis wir die Reinheitsklasse nach
ISO 4406 und SAE 4059 ausgegeben (Ta -
belle 1).
Die ISO 4406 klassifiziert nach den Partikelgrößen
≥ 4 µm, ≥ 6 µm und ≥ 14 µm.
Die ISO-Partikelzahlen sind kumulativ,
d.h. die für ≥ 6 µm angegebene Partikelanzahl
setzt sich zusammen aus allen
Partikeln ≥ 6 µm plus den Partikeln ≥
14 µm.
Elementanalyse mit dem ICP-Verfahren
(Inductive Coupled Plasma)
Mit dem ICP-Verfahren können mehr als 30
verschiedene Verschleißmetalle, Verunreinigungen
und Additive bei einer optimalen
Nachweisgrenze bestimmt werden. Die Ölproben
müssen zunächst verdünnt werden.
Aus den in Probentabletts stehenden
Probengefäßen wird mit einem „Diluter“
1 ml der Probe entnommen, im Verhältnis
1:10 mit Kerosin verdünnt und in ein Reagenzröhrchen
eingefüllt.
Die Proben werden vor der Analyse zunächst
in einem Probenwechsler intensiv
gerührt, bevor sie mit einer peristaltischen
Pumpe in den Zerstäuber gepumpt werden.
Dort werden sie mit einem Argonstrom
vernebelt. Das Aerosol gelangt danach
in eine Zyklonkammer, in der große
Tropfen abgeschieden werden. Das so aufbereitete
Aerosol gelangt nun in das Plasma,
ein Gemisch aus Atomen, Ionen und
Elektronen. Die Temperatur beträgt ca.
10.000 °C. Dieses extrem heiße Plasma liefert
die Energie zur Anregung der einzelnen
Elemente.
Die entstehende emittierte Strahlung, die
für jedes einzelne Element eine charakteristische
Wellenlänge besitzt, wird spektral
aufgefächert und mit einem CCD-Chip detektiert.
Dabei kann ein komplettes Emissionspektrum
simultan aufgenommen werden.
Die im Öl vorhandenen Verschleißmetalle
sind wichtige Datenträger. Ihr Vorhandensein
erlaubt unmittelbare Rückschlüsse auf
den Verschleiß der Bauteile bzw. Maschi-
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