عدد اسیدی، عدد قلیایی، و pH روغن

با درود و احترام

هدف از این پست، پاسخ به سوال مطرح شده از سوی یکی از مخاطبین محترم این وبلاگ است. امید است که پاسخ حاضر که بسیار فراتر از دامنه سوال ارائه شده است، مورد توجه و استفاده آتی دیگران نیز قرار گیرد. چراکه مبحث بسیار گسترده بوده و در این پست که سعی بر آن است که اصول کار با تکیه بر دو اصل خلاصه سازی و گزیده گویی بیان شود.

شرح سوال: عدد اسیدی یا Acid Number که برای روانکار های صنعتی (Industrial Lubricants) معرفی می شود، چیست؟ و چطور اندازه گیری می شود؟

پاسخ به این سوال در قالب معرفی AN، pH، و در نهایت BN ارائه می شود.

معرفی شاخص های عددی اسیدی و بازی روغن (Acid & Base Numbers) به همراه عدد pH:

در بسیاری از منابع مهندسی، از میان شاخص های مختلفی که برای کیفیت رفتار روغن و آنالیز پیش بینانه آن در سیستم های روغنرسانی اهمیت بیشتری دارد، دو شاخص عدد اسیدی (یا به اختصار: AN) و pH روغن (و در بعضی موارد: عدد قلیایی یا به اختصار: BN) است. این دو شاخص در کنار یکدیگر، رفتار شیمیایی روغن در سراسر یک سیستم روغنرسانی را از حالت وصفی (Qualitative) به حالت کمّی (Quantitative) تبدیل می کنند. اما، گاه آنالیزور های کم تجربه یا کم اطلاع، دو موضوع pH و AN را (که خود زیر شاخه های مختلفی داشته و در ادامه تعریف خواهند شد) را با یکدیگر مقایسه کرده و اغلب دست به نتیجه گیری هایی می زنند که از واقعیت بسیار دور است.

آنالیز روغن در نگهداری و تعمیرات (سطح پیش بینانه)، سه عامل ادتیوزدایی، آلودگی، و اکسیداسیون را از جمله نشانه های تخریب ساختار شیمیایی روغن و تنزل کیفیت آن می داند. در این زمینه، تست تعیین شاخص عدد اسیدی یا AN یکی از راه های رایج در تعیین سطح ادتیوزدایی، و اکسیداسیون نمونه روغن از طریق تعیین میزان اسیدی شدن محیط آن است. هرچند، تست AN مستقیما روی تعیین شاخص اکسیداسیون روغن تاثیر ندارد و تنها به تشخیص آن کمک می کند. چرا که از طریق افزایش یا کاهش نقطه به نقطه محصولات جانبی اکسیداسیون در آنالیز روغن می توان به پیشرفت روند اکسیداسیون یا توقف آن پی برد. افزایش یا کاهش نقطه به نقطه، یکی از روش های آماری برای تعیین وضعیت تغییر شاخص های کیفی روغن است که مستلزم انجام آنالیز در فواصل زمانی منظم بوده و بدین ترتیب انجام می شود که مقدار جدید شاخص مورد اندازه گیری تقسیم بر مقدار قدیم آن (یک گزارش قبل) شده و حاصل تقسیم در عدد 100 ضرب می گردد. سپس، با تفریق (کم کردن) عدد حاصله (که برحسب درصد است و می توان در نرم افزار هایی مانند Microsoft Excel® فرمت آن Cell را بصورت درصدی یا Percentage درآورده و بدین ترتیب از ضرب 100 در عدد شاخص اجتناب کرد) از یک (1) می توان به درصد رشد یا کاهش آن شاخص رسید.

بعنوان مثال، یکی از شاخص های اندازه گیری شده در گزارش قبلی برابر 100 و همان شاخص در گزارش جدید برابر با 120 اندازه گیری و گزارش شده است. با تقسیم عدد جدید بر عدد قدیم و ضرب آن در 100 و کم کردن آن از 1 می توان دریافت که آن شاخص 20 درصد بصورت نقطه به نقطه رشد داشته است. برعکس، اگر شاخص جدید 100 بوده و شاخص قدیم 120 باشد، با همین روش می توان فهمید که رشد نقطه به نقطه آن -16.7% است.

بدین ترتیب، با توسل به تکنیک نمو نقطه به نقطه، می توان وضعیت تغییر شاخصی مانند AN را در طول زمان بدست آورده و تصویر نسبتا واضحی از وضعیت حضور ادتیو ها در ترکیب شیمیایی روغن بدست آورد (شکل 1 را ببینید). لازم به یادآوری مجدد است که روش نقطه به نقطه زمانی مفید است که اندازه گیری و آنالیز شاخص های کیفی روغن در فواصل زمانی منظم انجام شود.

شکل 1: نمونه ای از تفسیر گزارش آنالیز آزمایشگاه که به نمودار تجمعی (Cumulative Graph) معروف است. به رشد AN در برابر کاهش ادتیو ها توجه کنید

با به هم پیوستن شاخص های نقطه به نقطه (Point-to-Point)، می توان نموداری رسم کرد که هر رفتار ریاضی آن شاخص را نشان می دهد. این نمودار به نمودار نمو یا Graph of Development معروف بوده و نمونه از آن در شکل 1 نشان داده شده است. فایده این نمودار آن است که با توسل به تکنیک هایی مانند Curve Fitting می توان تابع یا ضابطه ریاضی که این نمودار براساس آن نمو می کند را بدست آورده و به تصویری روشن از رفتار آن شاخص گزارش های بعدی دست یافت که در آنالیز خرابی پیش بینانه (Proactive Failure Analysis) کاربرد وسیعی دارد.

هدف از اندازه گیری AN چیست؟

عدد اسیدی یا AN شاخصی از غلظت اسید در یک محلول غیرهیدراته است. از آنجا که روغن یک محیط غیر هیدارته (بدون حضور آب یا ترکیبات آبدار) به شمار می رود، بنابراین، توسعه حضور ترکیبات اسیددار نمی تواند علامت خوبی باشد. معیار تعیین مقدار AN نیز حضور هیدروکسید پتاسیم (KOH) در ترکیب نمونه روغن است. چراکه این باز (قلیا) عامل بازدارنده خوبی برای خنثی سازی حضور ترکیبات اسیدی در یک گرم از محلول روغن است. بدین ترتیب، واحد اندازه گیری AN بصورت میلی گرم از هیدروکسید پتاسیم در یک گرم از روغن یا mg KOH/g در خواهد آمد. توجه به این نکته لازم است که شاخص AN نباید با غلظت مطلق اسید در محلول (همان نمونه روغن) اشتباه شود. چراکه AN نشان دهنده حضور همه ترکیبات اسیدی غیر ارگانیک، هم ضعیف و هم قوی، در ترکیب شیمیایی نمونه روغن است. بدین ترتیب، و از آنجا که تغییر (افزایش یا کاهش) غلظت حضور ترکیبات اسیدی غیر ارگانیک در یک محلول دلایل متعدد و بسیار متنوعی دارد، نمی توان تغییرات AN را به غلظت مطلق اسید ارتباط داد. این اشتباهی است که بسیار از تفسیرگران گزارش های آنالیز روغن مرتکب می شوند.

اما، بطور کلی، می توان این نتیجه را گرفت که افزایش یا کاهش AN نشان دهنده خورنده بودن نمونه روغن و مضر بودن آن برای برخی قطعات و آلیاژ ها است. از جمله دلایل عمومی افزایش AN (مواردی که تاثیر مستقیم بر مقدار آن دارند)، می توان به تغییر در حضور ترکیبات اسیدی، نمونه روغن اشتباه، انحلال تدریجی ادتیو های قلیایی، و تقویت حضور محصولات جانبی اکسیداسیون اشاره کرد. با انجام آزمون تعیین AN می توان تقریبا حدس زد که چه نوع اسید ها یا ترکیبات اسیدی در نمونه روغن حضور دارند. جدول 1 را ببینید.

جدول 1: انواع اسید های قابل شناسایی با آزمون های تعیین AN

افزایش AN، اما، همیشه به معنای اسیدی شدن و تمایل به خورندگی جریان روغن نیست! چراکه برخی از ادتیو ها طبیعت اسیدی ضعیف داشته و موجبات افزایشی اندک (یا گاه قابل توجه) در AN روغن نو را باعث می شوند. چنین رفتاری در آنالیز، اما، بیشتر پس از سرریز روغن دیده می شود و ممکن است آنالیزور را به اشتباه بیاندازد. در چنین مواردی، خیز AN می تواند شک برانگیز باشد و برای روشن شدن قضیه باید منتظر نمونه برداری های بعدی در دوره های آتی آنالیز بود. چراکه با این تیپ از ادتیو ها با گذشت زمان و کارکرد روغن از ترکیب شیمیایی روغن کنار رفته و شاخص AN را پایینتر خواهند آورد. در تجهیزاتی که عمل سرریز بصورت متناوب و در دوره های زمانی یا مسافتی مشخص انجام شود، می توان با انجام Numerical Trending، رفتار منظم AN بصورت تابعی از زمان یا مسافت را بدست آورده و در آنالیز های بعدی، این تابع را سرمشق رفتار اسیدی روغن قرار داد.

در همین راستا، و به جهت معرفی اهمیت نقش عدد اسیدی در تخمین عمر روغن و تعیین سرویس های لازم، محدودیات تغییر عدد اسیدی روغن های توربینی را بررسی می کنیم:

محدوده تغییرات عدد اسیدی برای روغن های روانکار توربینی مانند Shell Aeroshell 500 در تعیین سرویس های لازم برای توربین هایی که از این تیپ روغن استفاده می کنند، بسیار مهم است. از این رو، افزایش 0.1~0.2 mg KOH/g برای روغن توربینی که بیش از 3000 ساعت در سرویس بوده است، به معنای هشدار جدی بوده و لزوم تعویض روغن توربین را مشخص می کند. در همین راستا، افزایش 0.3~0.4 mg KOH/g در مقدار AN به معنای رسیدن روغن توربین به پایان دوره کار خود بوده و لازم است روغن توربین بلافاصله عوض شود. در عین حال، می توان برای سایر مشخصات کیفی روغن های توربینی به استاندارد ASTM D4378 مراجعه کرد.

در همین راستا، می توان افزایش مقادیر بسیار اندکی در AN را علامتی ناخوشایند دانست. بعنوان مثال، افزایش عدد AN باندازه 0.15~0.25 mg KOH/g می تواند منجر به درخواست تست های بیشتر روی نمونه روغن شود. در چنین مواقعی، در صورتیکه میزان خیز عدد AN به 0.3 mg KOH/g یا حتی بعد از آن برسد، لزوم کوتاه کردن فواصل نمونه گیری، دقت بر اعداد نشان داده شده توسط نشاندهنده های (indicators) توربین، اعم از Sight Glass ها، نشاندهنده های دما، گیج های فشار دیفرانسیلی (تفاضلی) دو سر فیلتر ها، و...کاملا احساس می شود.

انواع عدد اسیدی یا AN

شاخص عدد اسیدی، بطور کلی، به سه حالت تقسیم می گردد که هر یک کاربرد های خود را بسته به نوع روغن، نوع تجهیز، و نوع آنالیز دارد. این سه دسته عبارتند از

-TAN (Total Acid Number): عدد اسیدی کل که شاخصی از رشد تمایل اسیدی عمومی در نمونه روغن بوده و بیشتر در مورد روغن های چرخدنده، روغن های توربینی، و روغن کمپرسور کاربرد دارد. این شاخص عمومی ترین حالت از شاخص عددی رفتار اسیدی روغن بوده و تصویری بسیار کلی از تمایل روغن به خورندگی اسیدی را نشان می دهد. به همین دلیل، حداقل در مورد امریکای شمالی و ژاپن، اخیرا از این شاخص استفاده کمتری می شود. چراکه TAN رفتار اسیدی روغن بصورت تجمعی را نشان می دهد و تجمع یا غلظت اسید های ضعیف یا قوی در ساختار شیمیایی نمونه روغن را مشخص نمی کند. بطور خلاصه، TAN بیانگر غلظت اسیدی نمونه روغن است و قدرت اسید را مشخص نمی کند.

-AN (Acid Number): عدد اسیدی که شاخصی برای غلظت اسید های ضعیف در نمونه روغن بوده و در برخی از منابع مهندسی با عنوان WAN (Weak Acid Number) نیز معرفی شده است. این شاخص می تواند معیاری قابل اعتماد برای حضور ترکیبات اسیدی ارگانیک و ضعیف در ساختار نمونه روغن، اعم از اسید کربنیک، اسید بنزوییک، اسید لاکتیک، اسید فورمیک، اسید استیک، و...، باشد.

-SAN (Strong Acid Number): عدد اسیدی که شاخصی برای حضور ترکیبات اسیدی قوی مینرال (معدنی) در نمونه روغن بوده و با توسل به آن می توان به حضور اسید هایی مانند اسید سولفوریک، اسید نیتریک، اسید فسفریک، اسید کلریدریک، اسید بوریک، اسید هیدروبرومیک، و... در سیستم روغنرسانی شک کرد.

تفاوت AN و pH:

گاه، کاربرد دو شاخص عدد اسیدی و pH با یکدیگر اشتباه گرفته شده و برخی آنالیزور ها هستند که صرف وجود pH یا AN را در گزارش آنالیز روغن را کافی می دانند. اما، نکته اینجا است که این دو شاخص، گرچه هر دو یک هدف دارند، ولی هر یک از منظری متفاوت را در اختیار آنالیزور قرار داده و به نوعی، لازم و ملزوم یکدیگرند. آزمون pH، در واقع، عدد pH ظاهری یک محلول شیمیایی (در اینجا: روغن) را نشان می دهد که خود مقیاسی برای پتانسیل خورندگی یک محلول (روغن) است. اما، با آزمون pH، چیزی درباره غلظت و نوع اسید ها یا باز های حاضر در ترکیب شیمیایی نمونه روغن دستگیر آنالیزور نمی شود. در حقیقت، این آزمون در مواقعی مناسب و کارآمد است که حساسیت ادوات در تماس با جریان روغن به خورندگی آن بالا بوده و در عین حال، احتمال آلودگی جریان روغن به ترکیبات اسیددار نیز بالا باشد.

با این اوصاف، آزمون pH مقدمه و پیش زمینه ای مناسب برای انواع آزمون های AN (یا BN) است.

از دیگر سو، شاخص های AN و BN، به ترتیب، بیانگر شدت و ضعف حضور ترکیبات اسیدی یا قلیایی در ترکیب شیمیایی نمونه روغن هستند. توجه به این نکته لازم است که ترکیبات اسیدی و قلیایی می توانند همزمان در ساختار شیمیایی روغن وجود داشته باشند که این بدلیل رفتار شیمیایی برخی از ادتیو های آمفوتریک است و این بدان معنا است که این دسته از ادتیو ها می توانند، بنا به اقتضا، رفتاری اسیدی یا قلیایی از خود نشان دهند.

پس، تا اینجای کار، آنالیزور می تواند با استناد به گزارش آنالیز نمونه روغن، حاوی pH و AN (یا BN)، به پتانسیل خورندگی نمونه روغن پی ببرد. اما، اشکالی که در اینجا پیش می آید آن است که نه pH و نه شاخص های AN یا BN نوع و قدرت اسید ها یا باز های حاضر در روغن را مشخص نمی کنند. اما، نکته مثبت قضیه اینجا است که شاخص AN معیار بهتری برای نظارت بر حضور ترکیبات اسیدی ضعیف نسبت به pH است. چراکه این دسته از اسید ها معمولا در آب نامحلولند.

روش های استاندارد اندازه گیری AN

جدول 2 فهرستی از استاندارد های ASTM مربوط به روش آزمون اندازه گیری شاخص عدد اسیدی AN را نشان می دهد. در استفاده از این جدول باید دقت شود که هر آزمون با هدف خاصی طراحی شده و کاربرد خود را دارد. اما، در میان روش های تست استاندارد معرفی شده در جدول 2، استاندارد های ASTM D664 و ASTM D974 بیشترین کاربرد و رواج را در بین آنالیزور های انواع روغن دارند. روش های تست ASTM D1534 و ASTM D3339، به نوعی مشابه ASTM D974 به شمار می روند، اما اهداف و دامنه کاربرد آنها محدودتر و خاص است.

جدول 2: انواع روش های آزمون شاخص AN

همانگونه که در جدول 2 نیز مشخص شده است، آزمون AN به روش تیتراسیون انجام می شود که خود به دو حالت پتانسیومتریک و کالوریمتریک قابل تقسیم است. روش پتانسیومتری مستلزم استفاده از یک پتانسیومتر بمنظور تشخیص شدت حضور ترکیبات اسیدی و تبدیل آنها به یک سیگنال الکتریکی است.

روش کالوریمتریک، در عوض، از ترکیب پارانافتول-بنزن استفاده می کند که نسبت به تغییرات pH حساس است. بطوریکه با خنثی نشدن اثر ترکیبات اسیدی توسط هیدروکسید پتاسیم، رنگ معرف از نارنجی به سبز-آبی تغییر می یابد که این خود نشانه ای رنگی برای شدت حضور اسید ها است.

روش آزمون تعریف شده در استاندارد ASTM D664 از پتانسیومتر بمنظور اندازه گیری AN و SAN استفاده می شود. آماده سازی نمونه بمنظور انجام این آزمون با انحلال مخلوطی از تولوئن، ایزوپروپیل الکل، و آب در نمونه روغن انجام شده و با تیتر کردن هیدروکسید پتاسیوم در این محلول با استفاده از یک بورت ادامه می یابد. در همین حال، خروجی پتانسیومتر حین تیتراسیون مانیتور می شود. در صورتیکه در بین دو نقطه اندازه گیری منحنی پتانسیومتر تغییر شدید (شامل عطف، انحنا، و...) مشاهده نشود، پتانسیل خوانده شده از ظرف حاوی محلول بعنوان عدد AN شناخته می شود و در غیر اینصورت، تفاضل دو نقطه انتهایی محدوده اندازه گیری بیانگر AN خواهد بود. نمونه هایی از این نمودار ها و نقاط انحنای آنها در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2: نمونه ای از منحنی های تیتراسیون (منبع: ASTM D664-2011a)

در نمودار شکل 2، چهار منحنی دیده می شود: منحنی A، B، C، و منحنی D.

منحنی A خروجی پتانسیومتر ناشی از تیتراسیون حجمی 125 میلی لیتری از حلال های فوق الذکر (بدون روغن) را نشان می دهد.

منحنی B حاصل تیتراسیون 10 گرم از روغن موتور با محلول 125 میلی لیتری بوده و از آنجا که هیچ نقطه عطفی (یا به بیان بهتر: هیچ تغییر شکل شدیدی) در منحنی دیده نمی شود، مقدار AN شامل تفاضل دو نقطه ابتدا و انتهای منحنی خواهد بود.

منحنی C حاصل از تیتراسیون 10 گرم از روغن حاوی اسید های ضعیف با محلول استاندارد 125 میلی لیتری بوده و نقطه انتهایی منحنی بعنوان AN انتخاب شده است. چراکه انتهای منحنی دچار تغییر مسیر شدید شده و تقریبا عمودی شده است.

منحنی D، در آخر، حاصل از تیتراسیون 10 گرم از روغن حاوی اسید های قوی با محلول استاندارد 125 میلی لیتری بوده و دو نقطه (یکی در ابتدا و یکی در انتهای منحنی) بعنوان نقاط اندازه گیری انتخاب شده اند. چراکه در این نقاط، مسیر منحنی بشدت تغییر کرده و تقریبا عمودی شده است.

در سوی دیگر، استاندارد ASTM D974 روش دیگری بمنظور اندازه گیری AN را مشخص و تعریف می کند که شامل استفاده از تغییرات رنگی بجای پتانسیل الکتریکی بمنظور نشان دادن نقطه شاخص برای AN است. در این روش، روغن در محلولی مرکب از تولوئن، پی-نفتول بنزن، ایزوپروپیل الکل، و آب حل شده و با KOH تیتر می شود. حین این تیتراسیون، تغییرات رنگ محلول تیتره مانیتور می شود. این تست بیشتر روی روغن نو و روغن هایی که زیاد تیره نباشند، کاربرد دارد.

روش تست دیگر، استاندارد ASTM D1534 قرار دارد که از نظر استفاده از شاخص رنگی با ASTM D974 مشابه است. اما، این آزمون بیشتر در مورد روغن های عایق الکتریکی (روغن ترانسفورماتور) که ویسکوزیته سینماتیک آنها در 40°C از 24 سانتی استوک فراتر نمی رود، معتبر است. در همین راستا، محدوده اندازه گیری AN با این روش به 0.05~0.5 mgKOH/g محدود می شود.

آخرین روش تستی که در این پست مورد بررسی قرار می گیرد، روش تست تعریف شده در استاندارد ASTM D3339 است که از نظر روال کار با ASTM D974 مشابهت دارد. اما، با این تفاوت که این روش تست به نمونه بسیار کمتری احتیاج دارد. بطوریکه روش های تست قبلی به نمونه ای حداقل 20 گرمی نیاز دارند. حال آنکه آزمون AN به روش ASTM D3339 به بیش از 2 گرم نمونه نیاز ندارد.

روش های ترکیبی و اصلاح شده اندازه گیری AN

روش های اندازه گیری AN که در فوق معرفی شدند (در اینجا، بیشتر روی سخن با ASTM D664 و ASTM D974 است) از جمله رایجترین روش های تست و گزارش AN در اغلب صنایع هستند. اما، این دو روش که بر اساس تیتراسیون بنا شده و اغلب از محدوده تکرار پذیری (Repeatability) و تجدید پذیری (Reproducibility) وسیعی برخوردارند (جداول 3 و 4 را ببینید)، به نقل و انتقال حجم بالایی از نمونه نیاز داشته و این اغلب موجب اشتباهاتی در گزارش دهی (اغلب در اثر اشتباه در فرآیند نقل و انتقال نمونه) می شوند. از دیگر سو، این تست ها گران بوده و اغلب بسیار کند هستند. بطوریکه گاه تا رسیدن جواب آزمایش قبلی، به آزمون جدیدی (با توجه به شرایط و وضعیت تجهیز) نیاز است! همین محدوده باز تکرار پذیری تجدید پذیری این آزمون ها است که موجب آن می شود که نتایج اندازه گیری AN از یک آزمایشگاه تا لابراتوار دیگر متفاوت باشد!

جدول 3: حد تکرار پذیری استاندارد ASTM D974

جدول 4: حد تجدید پذیری استاندارد ASTM D974

به دلایل فوق، استفاده از روش های استاندارد اندازه گیری AN (و BN) توسط بسیاری از آنالیزور های روغن محدود شده و نمی تواند بعنوان یک تست روتین در برنامه CM گنجانده شود. به منظور رفع این مشکل، روش های تست AN براساس ترکیبی از دو روش PLS-FTIR (مخفف: Partial Least Square & Fourier Transform Infra-Red) یا Stoichiometric-FTIR توسعه یافته اند که دقت بهتری نسبت به روش های استاندارد دارند. چراکه در این روش ها، مقدار AN یا BN با توسل به اندازه گیری مستقیم طیف روغن رقیق نشده با حلال تخمین زده می شود. جدول 5 مقایسه ای از چند روش را ارائه می دهد.

جدول 5: مقایسه ای از روش های اندازه گیری AN

بطور کلی، روش FTIR روشی مبتنی بر طیف نگاری کمّی (Quantitative) است که براساس استاندارد ASTM D7418 انجام شده و یکی از مناسبترین، سریعترین، و ارزانترین راه ها بمنظور ثبت و پیگیری تغییرات حاصله در بسیاری از پارامتر های عملکردی روغن، اعم از رطوبت، گلیکول، دوده، اکسیداسیون، ادتیو های آنتی اکسیدان، و ضد سایش (Anti-Wear) به شمار می رود. این روش دارای آپشن های مختلفی برای کالیبراسیون است که در جدول 6 خلاصه ای از آنها را می بینید.

جدول 6: انواع روش های کالیبراسیون آزمون AN و BN با توسل به FTIR

شکل 3: نمونه ای از تجهیزات آزمایشگاهی اندازه گیری AN و BN براساس روش FTIR

جداول 7 و 8، به ترتیب، مقایسه ای از برخی پارامتر های عملکردی آزمون تعیین AN نمونه روغن را براساس دو روش استاندارد ASTM و FTIR، و شاخص تجدید پذیری این دو روش آزمون را برای عدد اسیدی (AN) نشان می دهند.

جدول 7: مقایسه ای از برخی پارامتر های عملکردی آزمون AN روغن در دو روش ASTM و FTIR

جدول 8: مقایسه ای از تجدید پذیری آزمون AN به دو روش ASTM و FTIR

همین داستان، در مورد عدد قلیایی یا BN (Base Number) نمونه روغن نیز تکرار می شود. البته، باید دانست که عدد قلیایی روغن بیشتر در مورد روغن های موتور کاربرد دارد. چراکه وجود سولفور (گوگرد) در سوخت های بنزین، گازوییل، و... و جذب آن به جریان روغن (پس از احتراق) می تواند منجر به اسیدی شدن جریان روغن شود. اما، در این خصوص، انواع ادتیو های ضد اسیدی در ساختار این تیپ از روغن ها وجود دارد. لذا، در مورد روغن های موتوری بیشتر مهم است که عدد قلیایی روغن (BN) اندازه گیری شود تا عدد اسیدی (AN). روش های اندازه گیری عدد قلیایی روغن در جدول 9 فهرست شده است. جدول 10 نیز شامل

جدول 9: جدول 5: مقایسه ای از روش های اندازه گیری BN

جداول 10 و 11 نیز، به ترتیب، مقایسه ای از برخی پارامتر های عملکردی آزمون تعیین BN نمونه روغن را براساس دو روش استاندارد ASTM و FTIR، و شاخص تجدید پذیری این دو روش آزمون را برای عدد قلیایی (BN) نشان می دهند.

جدول 10: مقایسه ای از برخی پارامتر های عملکردی آزمون BN روغن در دو روش ASTM و FTIR

جدول 11: مقایسه ای از تجدید پذیری آزمون BN به دو روش ASTM و FTIR

عدم تعادل جرمی ماشین آلات

با درود فراوان

هدف از این پست، ارائه مقدماتی در زمینه عدم تعادل جرمی ماشین آلات دوار در صنایع مختلف است. با تشکر از آقای مهندس صیدکرمی، از مخاطبین محترم این وبلاگ، بدلیل ارسال این مطلب.

به عدم توزیع یکنواخت جرم روتور حول محور گردش ان غالبا عدم تعادل یا Unbalance می گویند.

نابالانسی (عدم تعادل) جرمی

علیرغم هر تعریفی که شما برای عدم تعادل بکار ببرید،عدم تعادل بیش از حد باعث ارتعاشات روتور و برینگ های آن می شود. عدم تعادل میتواند نیرو هایی را بوجودآورد که برای طول عمر ماشین و قطعات مختلف ان، روتور و برینگ ها و سازه های مربوطه مضر است.

علل وجود عدم تعادل

1. اشکالات ریخته گری

روتور های ریخته شده، مانند پروانه های پمپ و پولی های بزرگ، بعضا دارای حفره ها یا Sand Trap های ناشی از پروسه ریخته گری هستند. این حفره ها درون توده فلزی بوده و قابل رویت نیستند. اما، می توانند نابالانسی زیادی ایجاد کنند.

نمایی از فرآیند ریخته گری

2. خارج از مرکز بودن(eccentricity)

خارج از مرکز بودن وقتی به وجود می آید که مرکز هندسی قطعه با مرکز دوران ان یکی نیست. روتور ممکن است خود کاملا round  باشد ولی مرکز دوران off-center باشد.

خروج از مرکز

3.  تغییر شکل (distortion )

ممکن است قطعه ای در زمان ساخت بخوبی بالانس باشد ولی در حین کار به دلایل مختلف شکل آن به هم بخورد. دلایل متداول چنین تغییر شکلهایی تنش زدایی  (stress relief) و تغییر شکل گرمایی Thermal distortion است.

تغییر شکل

4. تلرانس ها ( Clearance )

یکی از متداولترین عوامل ایجاد  نابالانسی جمع شدن تلرانس ها  در زمان مونتاژ  ماشین است.

در این مورد مثلا قطر پولی از قطر شفت بزرگتر است و وقتی جای خار با استفاده از  setscrew برای محکم کردن ان روی شافت استفاده می شود مرکز وزنی پولی به یک طرف مرکز شافت منتقل خواهد شد. طبیعتا این ایجاد عدم تعادل وزنی خواهد کرد.

تلرانس کلرانس

5.  خار و جای خار

متاسفانه استاندارد مشخص و یکنواختی مربوط به استفاده از کلید در زمان تست قطعات و بالانس وجود ندارد. سازنده ای ممکن است محصول خود را با کلید کامل، نیمه کلید و یا حتی شاید بدون کلید بالانس کند، بنابراین اگر یک سازنده پولی، پولی را بدون کلید بالانس کند، و یا سازنده موتور، موتور خود را بدون کلید بالانس کند، بعد از اتصال دو قسمت، عدم تعادل بوجود خواهد آمد.

خار و جای خار

6. خوردگی و سایش

بسیاری از روتورها در محیطهایی کار میکنند که باعث خوردگی یا سایش انها می شود. وقتی خوردگی یا سایش یکنواخت نباشد، عدم تعادل ایجاد می شود.

Erosional Corrosion

7. تشکیل رسوبات

تشکیل غیر یکنواخت رسوبات روی قسمتهای مختلف روتور ایجاد عدم تعادل میکند. اگر چه معمولا رسوب گذاری به مرور زمان انجام می شود ولی کنده شدن یک تکه رسوب میتواند ایجاد عدم تعادل ناگهانی کند.

تشکیل رسوبات

عیوب متداول ماشین آلات و شناسایی آنها از طریق منحنی های FFT:

یکی از متداولترین و شایع ترین علل ارتعاشات ماشین آلات ناشی از نابالانسی است که از انواع متداولی دارد و ذیلا به شرح آن پرداخته می شود:

1. نابالانسی جرمی

متداولترین نوع نابالانسی می باشد که معمولا به دلیل عدم توزیع یکنواخت جرم در اطراف محور دستگاه ها و ماشین آلات بوجود می آید و تفاوت آن با دیگر نابالانسی ها این است که با کم یا زیاد کردن جرم روی روتور قابل اصلاح است. این تیپ از نابالانسی خود به سه نوع زیر تقسیم بندی می شود:

الف)  نابالانسی استاتیکی  Static unbalance

اگر قسمت سنگین طوری قرار گرفته باشد که باعث جابجایی موازی محورهای مرکز جرم نسبت به مرکز دوران شود به آن نابالانسی استاتیکی گفته می شود. این نوع نابالانسی معمولا با اضافه نمودن جرم در یک صفحه قابل تصحیح است.  در این نوع نابالانسی زاویه فاز یاتاقان های دو طرف ، در یک جهت با هم یکی بوده و ارتعاشات هم فازند.

نابالانسی استاتیک

ب) نابالانسی کوپله coupled unbalance

در این نوع نابالانسی نقاط سنگین طوری که پراکنده شده اند که در دو صفحه کاملا مخالف اما در شعاعهای یکسان قرار دارند که در این حالت محور مرکز جرم روتور نسبت به محور دوران نا موازی بوده و ان را در مرکز روتور قطع می کند. این نوع نابالانسی با اضافه کردن جرم در دو صفحه جداگانه قابل تصحیح است.

در این نوع نا بالانسی زاویه فاز یاتاقان دو طرف، در یک جهت با هم  به اندازه 180 درجه اختلاف زاویه فاز دارند.

نابالانسی کوپله

ج) نابالانسی دینامیکی  dynamic unbalance

این نوع نابالانسی یک حالت عمومی است که به دلیل مشکلات ناشی از ساخت روی تمامی روتورها به صورت ترکیبی از دو نوع نابالانسی استاتیکی و کوپله وجود دارد که در این حالت هم مرکز جرم نسبت به محور دوران ناموازی است و هم این محور از مرکز جرم روتور عبور نمی کند.

زاویه فاز  دو طرف یاتاقانها  در این تیپ از نابالانسی با هم رابطه مستقیمی ندارند.

نابالانسی دینامیک

2. نابالانسی هیدرولیکی و ایرودینامیکی

3. نابالانسی الکتریکی

رفتار ارتعاشی یک دستگاه نابالانس :

1. فرکانس ارتعاشات ایجاد شده روی یک برابر دور ماشین اتفاق می افتد 

2. دامنه ارتعاشات متناسب با میزان نابالانسی است یعنی هرچه مقدار نابالانسی بیشتر باشد دامنه ارتعاشات نیز افزایش می یابد.

3. میزان ارتعاشات درجهت  شعاعی (به خصوص در جهت افقی) بیشتر از جهت محوری است.

4. زاویه فاز یک یاتاقان نسبت به زمان تغییر نمیکند.

5. با 90 درجه جابجا شدن پیک آپ، روی یک یاتاقان زاویه فاز هم 90 درجه در همان جهت تغییر می کند.

6. تغییر جرم روی روتور امکان کاهش لرزش وجود دارد.

نمونه ای از منحنی FFT

نابالانسی فازی

نابالانسی کوپله

نکته اینکه در روتورهای Over Hung ممکن است ارتعاشات در جهات محوری و شعاعی وجود داشته باشد که زاویه فاز ارتعاشات در جهت محوری ممکن است ثابت باشد ولی در جهت شعاعی تغییر می کند و نابالانسی آنها از نوع ترکیب استاتیکی و کوپله است که با تغییر جرم قابل اصلاح است.

البته به این نکته نیز باید توجه نمود که ارتعاشات در فرکانس یک برابر دور تنها به دلیل نابالانسی جرمی نیست و مسایلی از قبیل خرابی برینگهای ژورنال Misalignment ,Eccentricity ,Bend Shaft نیز ارتعاشاتی روی یک برابر دور ایجاد می کنند که برای تشخیص و تمییز دادن انها از یکدیگر باید از روشهای دیگر آنالیز ارتعاشات مثل آنالیز زاویه فاز بهره گرفت.

خرابی های متداول در برینگ ها و علل آنها

با درود و احترام

هدف از این پست که با تلاش جناب آقای مهندس صیدکرمی،  از مخاطبین محترم این وبلاگ،  تهیه و بدست بنده رسیده است،  معرفی اجمالی انواع مکانیزم های خرابی در برینگ ها و علل وقوع آنها می باشد.

خستگی سطحی یا Surface fatigue

خستگی سطحی ناشی از مسائل روغنکاری کم، ویسکوزیته کم و از بین رفتن و قطع فیلم روغن می باشد. در ابتدا سطح برینگ به نظر یخ زده  (frosted)می آید ولی بعد پوسته ها ور آمده و ترک خوردگی ایجاد می شود اگرچه پوسته کردن به شدت spalling نیست. با پیشرفت آرام خستگی سطحی،  برینگ حالت rough پیدا کرده، داغ شده و ایجاد سر وصدا می کند. از این مشکل با تمیز نگهداشتن و روغنکاری کافی برینگ می توان جلوگیری کرد یا حداقل آن را برای  مدت طولانی به تاخیر انداخت.

خستگی سطحی

خستگی سطحی

Spalling

اسپالینگ یا پوسته کردن عمیق و شدید  مشابه خستگی سطحی است؛ ولی بر خلاف خستگی،  spalling ممکن است رسیدن برینگ به پایان عمر خستگی (fatigue life) خود را بیان کند. مشخصه اسپالینگ ترکهای عمیق و پوسته کردن کنس برینگ است. این نشانه ها وقتی ظاهر می شوند که ترکها که از ترکیبات غیر فلزی فولاد برینگ شروع می شوند به طرف سطح پیش روی می کنند.

اسپالینگ زودرس غالبا از نصب شدن بد روی شافت، پیچیدگی و یا بطور کلی کج و کولگی(distortion) محفظه برینگ و یا نصب ناصحیح اصولا شرایطی که تنشهای سیکلی بالا را باعث میشود ناشی میگردد.

اسپالینگ

اسپالینگ

Abrasion

در این مکانیزم، ماده ساینده از سطح برینگ فلز برداری کرده و سطح ناصاف غلتک ها را از بین می برد. بسته به نوع ماده سایندهAbrasive ، سطوح یک ظاهر خاکستری مات پیدا کرده و یا به صورت ایینه پولیش میشوند. برینگ در نهایت بدلیل بهم خوردن ابعاد هندسی دچار یک خرابی کلی میشود. دلیل همیشگی Abrasion وجود مواد ساینده و  dirt  است که هنگام نصب یا از طریق نشت بندهای معیوب و یا روغن کثیف وارد برینگ میشود. بنابراین موقع نصب قبل از گریسکاری و یا روغنکاری باید قطعات مختلف را با پارچه تمییزی پاک کرد و محل کار و دستها را پاکیزه نگه داشت. نشت بندهای سالم و قابل شستشو و روغن تمیز باعث جلوگیری از آلودگی بعد از نصب می شود.

Abrasion

خوردگی اتمسفریکAtmospheric corrosion :

عامل خوردگی اتمسفریک در برینگها رطوبت است. هوا می تواند رطوبت وارد برینگ کرده و در نتیجه وقتی هوا سرد میشود رطوبت روی سطوح برینگ می نشیند و باعث خوردگی می شود. رطوبت معمولا در محل تماس غلطکها با برینگ،  جایی که غلتک روغن یا گریس را از محل تماس به بیرون می راند، به فلز حمله می کند.

از خوردگی اتمسفریک با بکار بردن نشت بندهای مناسب گریس و روغنکاری متناوب برینگها می توان جلوگیری کرد.

خوردگی اتمسفریک

Fretting

فرتینگ روی سطوحی که در تماس با یکدیگر هستند پیش می آید.فرتینگ بسیار شبیه زنگ زدگی بنظر می آید. علت فرتینگ حرکت دو سطح (حتی به میزان میکروسکوپی) تحت بار نسبت به یکدیگر است. ذرات سائیده شده اگر  هوا موجود نبوده باشد سیاه میشوند و اگر هوا در برینگ موجود بوده باشد قرمز خواهند شد. فرتینگ می تواند باعث لق شدن race داخلی برینگ روی shaft  شود،  از طرف دیگر ممکن است بگونه ای باعث سفت شدن ان روی shaft شود که دیگر نتوان انرا خارج کرد. فرتینگ می تواند باعث شکستن raceنیز بشود. از فرتینگ می توان با رعایت تلرانسهای سازنده هنگام نصب جلوگیری کرد.

فرتینگ

برینلینگ واقعی true brinelling :

باعث فرو رفتگی ها در race ها میشود. این فرورفتگیها تغییر شکل های پلاستیک فلز بوده و اثر این مارکها همچنان دندانه ها مشهود خواهد بود. این مسئله می تواند ناشی از بارهای استاتیکی زیاد و یا بارهای ضربه ای،  نصب نامناسب و شوک های مکانیکی نظیر حالتی که ماشین به زمین بیافتد می باشد.

جلوگیری از برینلینگ واقعی ناشی از نصب می تواند با اعمال فشار، در هنگام نصب،  تنها به قطعه ای که باید پرس شود صورت گیرد. اگر از بارهای ضربه ای نتوان پرهیز کرد،  در این صورت باید از برینگهایی استفاده کرد که تحمل بارهای استاتیکی بالاتری دارند.

برینلینگ واقعی

برینلینگ واقعی

برینلینگ واقعی

Electrical damage

صدمات الکتریکی غالبا در اشکال منظم روی race ها و سطوح غلطکها به علت عبور جریان الکتریکی از برینگ صورت میگیرد. جریان الکتریکی همچنین می تواند باعث Pitting نامنظم هم بشود. رایج ترین دلیل صدمات الکتریکی به برینگها عبارتند از الکتریسیته ساکنی که بوسیله تسمه نقاله (Conveyor belts) ایجاد می شود و جریانات الکتریکی ناشی از بی دقتی در ست آپ های جوشکاری.  بنابراین تسمه نقاله ها باید با سیستمهای اتصال به زمین Grounding تجهیز شوند و وسایل جوشکاری هم بین محل جوش و نزدیکترین برینگ اتصال به Ground شوند.

صدمات الکتریکی

Smearing

اسمیرینگ نتیجه برداشت فلز از یک سطح و نشست آن بر روی سطح دیگر است. Smearing نتیجه لیز خوردن هایی است که تحت بارهای شدید با روغنکاری ناکافی پیش می آید. در بعضی موارد انتهای غلطکهای استوانه ای حالت Smearing را نشان میدهد که این نشاندهنده ان است که به برینگ بارهای thrust از نوعی که برینگ برای تحمل ان طراحی نشده وارد می شود.

اسمیرینگ همچنین بدلیل روغنکاری ناکافی بوجود می آید.

اسمیرینگ

Scoring

اسکورینگ یک سایش abrasive است که فرم شیارهای عمیق را در raceها و غلطکها میگیرد. شیارها مراکز تنشی را هم ایجاد می کنند که در نهایت باعث خستگی سطحی میشود.

اسکورینگ به وسیله ذرات نسبتا بزرگی در برینگ جا گرفته و بوسیله غلطکها دور race ها گردانده میشود ایجاد میگردد. از اسکورینگ مثل سایر مسائل ناشی از آلودگی با رعایت پاکیزگی و استفاده از نشت بندهای مناسب جلوگیری میشود.

اسکورینگ

Retainer Failures

شکستگی Retainer  (یا cage نگهدارنده ساچمه ها) غالبا باعث خرابی کلی برینگ میشود به گونه ای که حقیقت امر که retainer عامل خرابی بوده سر پوشیده باقی می ماند. رایج ترین دلیل شکستگی retainer حرکت زیگزاگ ساچمه ها ناشی از Misalignment  است که باعث پیچ و تاب خوردن متناوب retainer  میشود.

به علاوه آلودگی و یا روانکاری نا کافی هم می تواند باعث این خرابی بشود.

شکستگی Retainer

انتخاب روغن هیدرولیک

با درود و احترام

هدف از این پست، پاسخ به سوال مطرح شده از طرف چند تن از مخاطبان محترم این وبلاگ، درباره انتخاب روغن هیدرولیک مناسب با شرایط کاری مدار هیدرولیک، است.

شرح سوال: معیار مناسب برای انتخاب ویسکوزیته مناسب برای یک روغن هیدرولیک چیست؟

پاسخ به این سوال از دو بخش تشکیل شده است: مقدمه ای بر روغن های هیدرولیک، و معیار های انتخاب روغن هیدرولیک

الف) مقدمه ای بر روغن های هیدرولیک

انتخاب روغن مناسب برای سیستم های عملکردی گوناگون، تابع شرایط عملکردی آنها، شرایط محیطی، پروتکل های تعمیر و نگهداری، و برخی عوامل دیگر، از جمله مشخصات عملکردی زیر مجموعه های درگیر با آن روغن (یا به بیان کلی تر: روانکار) است. در مورد روغن های هیدرولیک، علاوه بر مشخصات عمومی روغن (اعم از خواص مکانیکی، خوردگی، و...)، مشخصات دیگری مانند توانایی انتقال حرارت، توانایی انتقال نیرو، و در برخی کاربری ها، توانایی روغنکاری نیز در انتخاب دخیل می شود. تاثیر این عوامل آنچنان عمیق و گسترده است که عملا شاهد ساختار های شیمیایی بسیار متنوعی در انواع روغن های هیدرولیک (بسته به کاربرد، نوع سیستم، نوع مدار، حساسیت عملکردی، و...) هستیم: از روغن های کاملا سینتتیک (بمنظور مقابله با نوسانات شدید دمایی و فشاری) گرفته تا سیالات هیدرولیک آب پایه (که در بخش هایی که ریسک حریق بالایی داشته باشند، کاربرد دارد). در اینجا، روغن های هیدرولیک به سه دسته اصلی تقسیم بندی می شوند: روغن های هیدرولیک سینتتیک، روغن های هیدرولیک نفتی (مینرال)، و مایعات هیدرولیک غیر نفتی.

روغن های هیدرولیک سینتتیک یا مصنوعی حاصل به هم پیوستن دقیق و از پیش طراحی شده زنجیره های متفاوتی (بنا به نوع انتظاری از خواص محصول داریم) از ملکول های هیدروکربنیک، هیدروکسیلیک، و ادتیو های شیمیایی هستند که اصطلاحا طی فرآیندی بنام پلیمریزاسیون ملکولی در کنار یکدیگر قرار گرفته و تشکیل سیستمی نسبتا پیچیده و پایدار از پیوند های شیمیایی (کوالانسی، هیدروژنی، و واندروالسی) را می دهند. بدلیل همین پایداری ساختاری، روغن های سینتتیک برای کاربرد هایی که مستلزم تحمل نوسانات شدید در دمای عملکردی (بخوانید: شوک حرارتی)، و یا فشار های بالا (چه دیفرانسیل، و چه دینامیک) هستند، انتخاب مناسبی هستند. البته، باید توجه داشت که بسته به پیچیدگی فرآیند تلفیق زنجیره های ملکولی، قیمت این تیپ از روغن ها می تواند گرانتر از انواع مینرال، یا حتی بسیار گرانتر باشد! اما، قیمت بالاتر همه ماجرا نیست! چراکه روغن های سینتتیک اغلب سمی بوده و برای سلامت انسان مضر هستند (تا آنجا که در قرار گیری بیش از نیم ساعت در معرض بخارات برخی گرید های روغن هیدرولیک سینتتیک توصیه نمی شود) و از سوی دیگر، ساختار شیمیایی حاصل از فرآیند (های) پلیمریزاسیون می تواند منجر به خورنده شدن یا ناسازگاری شیمیایی این روغن ها با برخی درزگیر ها و پکینگ ها شود. بعنوان مثال، بیشتر روغن های هیدرولیک سینتتیک با پلی وینیل کلراید سازگاری نداشته و منجر به تردی و  شکنندگی (اثری بنام کهنه شدگی یا Ageing) در آن می شوند.

روغن های هیدرولیک پایه نفتی یا مینرال حاصل فرآیند پالایش نفت خام و سپس افزودن برخی ادتیو های شیمیایی بهبود دهنده خواصی مانند ضد سایش (Anti-Wear)، مقاومت در برابر اکسیداسیون، واکنش دهی شیمیایی با قطعات فلزی و پلیمری، و بهبود یا پایداری شاخص ویسکوزیته (Viscosity Index) است. روغن های هیدرولیک پایه نفتی انتخاب خوب و قابل مقایسه ای در برابر انواع سینتتیک، به شرط استفاده از ادتیو های درست و کافی در ساختار شیمیایی آنها، هستند. بویژه اینکه، قیمت پایینتری نیز دارند.

مایعات هیدرولیک غیرنفتی، از جمله سیالات تراکم ناپذیری هستند که در مدارات هیدرولیک، بویژه با الزام مقاومت در برابر آتش سوزی، کاربرد دارند. از دیدگاه هزینه ای، مایعات هیدرولیک غیرنفتی در جایگاهی مابین انواع نفتی و سینتتیک قرار می گیرند. ساختار شیمیایی این دسته از مایعات هیدرولیک می تواند از محلول های گلیکول یا حتی آب تشکیل شده باشد. یکی از نقاط ضعف عمده این دسته از مایعات، عدم محافظت لازم در برابر خوردگی و در عین حال، تمایل به سایش است.

ب) معیار های انتخاب روغن هیدرولیک

شکل 1، نمایی شماتیک و رنگی را از یک مدار هیدرولیک نشان می دهد. در این شکل، بیشترین لاین فشار با رنگ قرمز، فشار متوسط با رنگ آبی، و کمترین فشار با رنگ سبز نشان داده شده اند.

همانطور که در شکل 1 مشهود است، بیشترین فشاری که روغن هیدرولیک باید تحمل کند، در لاین قبل از پمپ اصلی مدار (موسوم به لاین مکش) است. البته، وجود فیلتر در بسیاری از مدارات هیدرولیک در لاین مکش، مزید علت نیز هست. بدین ترتیب، نوع و مکانیزم پمپ (های) مکش تاثیر بسزایی در انتخاب نوع و گرید روغن هیدرولیک دارد. بطور کلی، سه مکانیزم در پمپ های هیدرولیک رایج است: مکانیزم تیغه ای (Vane Pumps)، پیستونی (Piston Pump)، و چرخدنده ای (Gear Pump).

در این میان، پمپ هایی که از چرخنده در ساختار خود استفاده می کنند، می توانند چرخدنده را در داخل یک پوسته یا خارج آن بکار گیرند که البته این موضوع کاملا بستگی به نظر طراح و قابلیت های عملکردی مورد انتظار از آن پمپ دارد.

در ساختار پمپ های تیغه ای، همانطور که از نام آنها پیداست، یک روتور قرار دارد که وظیفه چرخاندن تیغه های نصب شده روی یک شفت را بصورت غیرهم مرکز بعهده دارد. القای فشار به روغن در محفظه بسته ای (بعنوان حجم کنترل) صورت می گیرد که تیغه های روتور در آن با سرعت نسبتا بالایی در حال چرخیدن هستند. این دسته از پمپ های هیدرولیک از قیمت بالاتر و حساسیت عملکردی بیشتری نسبت به انواع دیگر برخوردار هستند. اما، از سوی دیگر، جریان بسیار یکنواخت و قابل کنترلی را در مقایسه با انواع دیگر فراهم می آورند. پمپ های تیغه ای معمولا به ویسکوزیته ای بین 14~160 cSt در بازه دمایی عملکردی معمول روغن نیاز دارند. شکل 2 شماتیکی از ساختار این دسته از پمپ های هیدرولیک را نشان داده است.

شکل 1: نمای شماتیکی از یک مدار هیدرولیک

شکل 2: شماتیکی از ساختار یک پمپ تیغه ای هیدرولیک

پمپ های هیدرولیک پیستونی یکی از رایجترین مکانیزم های انتخابی در بین طراحان مدارات هیدرولیک بوده و از قیمت پایینتر و دوام بیشتری نسبت به انواع تیغه ای برخوردارند. یکی از مزایای این دسته از پمپ ها، دستیابی به فشار های تامین هیدرولیک بالا تا 6000 psi است. بازه ویسکوزیته معمول برای روغن ورودی به این پمپ ها 15~160 cSt در بازه دمایی متعارف است. شکل 3 شماتیکی از ساختار معمول در این پمپ ها را نشان می دهد.

شکل 3: شماتیکی از ساختار یک پمپ پیستونی

پمپ های هیدرولیک چرخدنده ای کمترین بازدهی تولید فشار هیدرولیک را نسبت به دو نوع قبلی دارند. اما، عدم حساسیت به ذرات معلق و نوع روغن هیدرولیک آنها را به گزینه قابل قبولی در میان طراحان مدارات هیدرولیک بدل ساخته است. پمپ های چرخدنده ای روغن را با گیر انداختن در فضای بین دو دندانه چرخدنده تحت فشار گذاشته و سپس رها سازی آن در مدار تامین می کنند. چنین مکانیزمی در دو حالت چرخدنده داخلی (شکل 4) و خارجی (شکل 5) وجود دارد.

شکل 4: شماتیکی از ساختار یک پمپ چرخدنده داخلی

شکل 5: شماتیکی از ساختار یک پمپ چرخدنده خارجی

پمپ های هیدرولیکی که از مکانیزم چرخدنده داخلی بهره می برند، بازه وسیعی از ویسکوزیته (تا 2200 cSt) را پذیرا بوده و فشار های بالایی از 3000 تا 3500 psi را تامین می کنند.

پمپ های چرخدنده خارجی، اما، بازدهی کمتری داشته، ولی در عوض قیمت پایینتر، هزینه نگهداری و تعمیرات کمتر داشته و جریان یکنواخت تری را تامین می کنند. از نظر فشار تامین، بازه فشار این نوع از پمپ ها کاملا با نوع چرخدنده داخلی یکسان است. اما، ویسکوزیته روغن ورودی به آنها به 300 cSt محدود می شود.

با توجه به مواردی که گفته شد، جدول 1 می تواند بعنوان معیاری برای انتخاب گرید ویسکوزیته سینماتیک روغن هیدرولیک، با توجه به سه عامل مکانیزم پمپ، دما، و فشار، مورد استفاده قرار گیرد.

جدول 1: راهنمای انتخاب روغن هیدرولیک براساس نوع پمپ، حداکثر فشار، و دما

برگزاری دوره آنالیز روغن ماشین آلات صنعتی در اراک

برگزاری دوره آنالیز روغن ماشین آلات صنعتی در سه سطح مقدماتی، متوسط، و پیشرفته در اراک