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

تشخیص آلودگی روغن با هوا و آب

هدف از این پست، تشخیص روند آلودگی روغن روانکار طی فرآیند آنالیز روغن است. در طی فرآیند آنالیز روغن های روانکار، اعم از موتور، هیدرولیک، توربینی، کمپرسور، و... آلودگی های متنوع و گوناگونی در جریان عملکرد روغن در مدار وارد شده و گاه قادر به تغییر مشخصات سینماتیک و دینامیک روغن خواهند بود. برخی از این آلودگی ها، با توسل به روش های معمول آنالیز روغن قابل تشخیص هستند. اما، برخی از آنها که در این پست بدانها پرداخته می شود (و شامل دو مورد آلودگی جریان روغن به هوا و آب می شود)، با روش های معمول و رایج آنالیز روغن قابل تشخیص نبوده و گاه از چشمان تکنسین های آزمایشگاه یا مفسر گزارش آنالیز پنهان می مانند.

الف) آلودگی جریان روغن با هوا

یکی از آلودگی های رایج در جریان انواع روغن های روانکار، آلودگی ناشی از ترکیب با هوا می باشد. بسیاری از کارشناسان و مفسرین گزارش های آنالیز روغن بیشتر توجه خود را معطوف آزمون های شمارش ذرات ناشی از فرسایش (سوده شماری) و اندازه گیری رطوبت حاضر در نمونه روغن می کنند. حال آنکه آلودگی های ناشی از تشکیل محصولات حاصل از ورود هوا به جریان روغن می تواند اهمیتی بیش از این موارد در تخریب ساختار شیمیایی روغن داشته باشد. آلودگی ناشی از ورود هوا به جریان روغن بیش از آنکه مشخصه ای کمّی باشد، مشخصه ای کیفی بوده و به چهار حالت ممکن در جریان روغن بروز می کند: محلول، شناور، آزاد، و فوم که در ذیل به هر یک پرداخته می شود:

• هوای محلول: در مورد روغن های مینرال یا معدنی، انحلال هوا باندازه 10 درصد وزنی روغن قابل تحمل و معمول در نظر گرفته می شود. انحلال هوا بیش از این مقدار، بویژه در مدار های تحت فشار روغن، می تواند منجر به اکسیداسیون زودهنگام و تقلیل اثر ادتیو های حاضر در ترکیب شیمیایی روغن خواهد شد.

• هوای شناور: این حالت از آلودگی با ورود حباب های میکروسکوپیک و ناپایداری از هوا به جریان روغن شناخته می شود که در نهایت منجر به حالتی با عنوان «ابری شدن» یا Clouding در جریان روغن خواهد شد. شناوری هوا در جریان روغن می تواند تاثیر مستقیمی بر خواص مکانیکی آن، اعم از تراکم پذیری، انتقال حرارت، استحکام فیلم، مقاومت به اکسیداسیون، کاویتاسیون، و تشکیل وارنیش (میکرودیزلینگ) داشته باشد. وقتی نمونه روغنی با این مشخصات روی دستگاه کانتر قرار داده می شود، حباب های شناور هوا به سطح آن می آیند. همین حالت نیز برای روغنی که در مخزن جمع شده است نیز اتفاق می افتد. در واقع، با سکون روغن در هر بخش از مدار، بخشی از حباب های ناپایدار هوا روی سطح آن قرار خواهند گرفت.

• هوای آزاد: این مرحله پس از شناوری هوا محسوب می شود که ناشی از تجمع هوا در اثر بالا آمدن حباب های کوچک و ناپایدار هوا در یک گوشه ساکن از مدار و به هم پیوستن آنها می باشد. هوای آزاد می تواند منجر به عیوبی چون خوردگی، کاهش تراکم پذیری هیدرولیک، قفل بخار (تاخیر در تامین فشار روغن)، و از دست رفتن مقطعی کنترل فشار هیدرولیک شود.

• فوم (کف): این حالت از آلودگی جریان روغن به هوا زمانی رخ می دهد که حداقل 30 درصد حجم موثر روغن در مدار با هوا پر شده باشد. تشکیل فوم بیشتر در مناطقی مانند سطح جریان آزاد در مخزن روغن رخ می دهد. اولین و مهمترین اثر فوم یا کف کردن روغن را می توان در تخریب تراکم پذیری آن دانست. البته، بنا به نوع روغن و طراحی مدار، عیوبی چون خوردگی، قفل بخار (تاخیر در تامین فشار روغن)، و از دست رفتن مقطعی کنترل فشار هیدرولیک را نیز می توان به مورد فوق اضافه کرد.

هرچند تمامی حالات چهارگانه ورود هوا به جریان روغن خطرناک و مضر محسوب می شود، اما، در این میان، به عقیده قاطبه کارشناسان، شناوری هوا خطرناک ترین پتانسیل خرابی ناشی از ورود هوا به جریان روغن قلمداد می شود. چراکه تشکیل میکرو حباب های هوا و شناور شدن آن در جریان روغن می تواند نقطه شروعی برای عیوبی چون تشکیل فوم، اکسیداسیون، کاویتاسیون پمپ روغن، تشکیل وارنیش، رفتار های غیرقابل پیش بینی و نامنظم هیدرولیک، و حتی اوورهیتینگ (فرا گرمایش) باشد. اما، برای اندازه گیری میزان ورود هوا و آلوده شدن جریان روغن به هوا چه ابزار/ابزار هایی موجود است؟ بمنظور اندازه گیری میزان ورود هوا و آلاینده های همراه آن به جریان روغن، روش های متعدد و متنوعی موجود است. یکی از این روش های مرسوم، استفاده از ادوات آزمایشگاهی بمنظور پی بردن به وجود توده ای از هوا در خطوط هیدرولیک است. در این روش، در حجم مشخص و تحت کنترلی از روغن، خلا وارد می شود تا حباب های ریز هوای شناور در روغن و آن میزان از هوای محلول به تدریج از روغن جدا شود. سپس، حجم روغن باقی مانده پس از جداسازی هوا با میزان حجم اولیه مقایسه می گردد. از جمله سایر روش های مرسوم در این زمینه، اندازه گیری آنلاین ورود هوا به مجاری و خطوط هیدرولیک (یا بطور کلی: عبور روغن) بوده و به Online Monitoring معروف است. اساس این روش بر بکارگیری اشعه X استوار است. بدین ترتیب که جریان روغن عبوری از خطوط هیدرولیک در ایستگاه هایی وارد یک محفظه یا دهلیز شده و با توجه به شکل هندسی دهلیز و ورودی و خروجی آن، جریان سیرکوله ای از روغن (معمولا با فشار یک بار و دمای 20°C) تشکیل می شود. همزمان، این دهلیز تحت تابش اشعه X است و اندازه گیری های لازم با توسل به نرم افزار های آنالیز و تفسیر عددی انجام پذیرفته و بصورت آنلاین گزارش می شود. سومین روش مرسوم که بیشتر در محیط های صنعتی و کارگاهی کاربرد دارد. استفاده از پیستون بمنظور سنجش میزان هوا گیری روغن تحت فشار است. اساس این روش که شماتیکی از آن در شکل 1 نشان داده شده است، بر تغییرات فشار پاسخ دریافتی از سوی جریان تراکم ناپذیر روغن استوار است.

شکل 1: نمایی شماتیک از نحوه عملکرد پیستون تراکم سنجی روغن

علاوه بر روش های مبتنی بر ابزار های اندازه گیری، روش های استانداردی نیز بمنظور اطمینان از صحت و سلامت نمونه روغن از دیدگاه آلودگی به هوا تدوین شده است که جزییات هر یک در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1: روش های آزمون استاندارد برای اطمینان از عدم آلودگی روغن به هوا

همانطور که در جدول 1 نیز مشاهده می شود، راهکار های تشخیص نفوذ هوا به جریان روغن اغلب مستلزم تست های پیچیده و زمانبر است. سوالی که اکنون ممکن است ذهن خواننده را به خود مشغول کند آن است که چطور می توان از طریق آنالیز روغن، به نفوذ هوا در مدار روغن و آلودگی ناشی از آن پی برد ؟

پاسخ در جدول 2 خلاصه شده است. بدین ترتیب که با توسل به دو تست زمان آزاد سازی حباب های هوا و تمایل به تشکیل یا پایداری فوم براساس استاندارد های نشان داده شده در جدول 2 می توان به نتایج ملموسی رسید.

جدول 2: نحوه تشخیص نفوذ هوا و مخلوط شدن آن با روغن از طریق آنالیز روغن

بر این اساس، کارشناس آنالیز می تواند با ارسال نمونه روغن مشکوک (با توجه به نوع مشکل در جدول 2) به آزمایشگاه ذیصلاح، تست های مندرج در جدول 2 را درخواست نموده و نتایج واصله را با نتایج حاصل از همین تست ها روی روغن نو مقایسه نماید. از دیگر راه های تشخیص مشکل نفوذ و اختلاط هوا با جریان روغن می توان به افزایش سطح نیتروژن (ازت) به تنهایی در نتایج آنالیز اشاره کرد. بطور کلی، در آنالیز عناصر شیمیایی که به Elemental Analysis معروف بوده و سطوح متفاوتی دارد، گاهی اوقات، افزایش ناگهانی یک عنصر خاص که در برخی از متون مرجع مهندسی از آن با عنوان تخصصی Single Rise یاد می شود، می تواند معانی زیادی برای مفسر گزارش آنالیز داشته باشد. گفتیم که یکی از اثرات ورود هوا به جریان روغن و انحلال هوا در روغن، تشکیل وارنیش یا میکرودیزلینگ است. شماتیکی از میکرودیزلینگ در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2: شماتیکی از فرآیند تشکیل وارنیش (میکرودیزلینگ)

عبارت میکرودیزلینگ از آنجا ناشی می شود که حباب های تحت فشار و داغ هوا در جریان روغن وارد شده و سطح داغ آنها با محیط روغن اطراف واکنش شیمیایی می دهد که در نهایت منجر به تشکیل لایه های نازکی (فیلم) غنی از کربن خواهد شد که با تجمع روی هم به تدریج تشکیل وارنیش سیاه رنگ (بسته به ترکیب شیمیایی روغن و نوع آن، گاه به رنگ زیتونی و گاه به رنگ بنفش انگوری نیز ممکن است ظاهر گردد) می دهد.

راه تشخیصی که در آنالیز عناصر روغن خود را بصورت Single Rise نشان می دهد، افزایش ناگهانی عنصر نیتروژن است. علت این Single Rise شدن عنصر نیتروژن نیز آن است که حدود 80 درصد هوا از این گاز تشکیل شده است.

از سوی دیگر، عمر عملکرد بدون نقص روغن (برحسب ساعت) تحت اثر گرما نیز با ورود هوا و انحلال آن در جریان روغن کاهش می یابد. به نمودار نوعی شکل 3 توجه کنید.

شکل 3: نمودار نوعی کاهش عمر عملکرد روغن تحت اثر حرارت بدلیل میکرودیزلینگ

البته، برخی منابع افزایش عدد اسیدیته کل یا TAN نمونه روغن را نیز دلیلی بر ورود هوا به جریان روغن تعبیر می کنند. اما، به عقیده نویسنده و با تکیه بر تجربه شخصی، افزایش سطح TAN، به تنهایی دلیل محکمی برای این نتیجه گیری نیست! چراکه کاهش یا افزایش سطح TAN (بویژه در مورد روغن های توربینی، Gear Oil ها، و روغن های هیدرولیک) تابع عوامل متعددی است و تنها نمی توان افزایش یا کاهش TAN را نشانه ای از انحلال هوا در جریان روغن دانست.

ب) آلودگی جریان روغن به آب

یکی از رایجترین راه های آلوده شدن جریان روغن و تغییر خواص آن (اعم از شیمیایی و فیزیکی)، ورود آب به جریان روغن است. اختلاط آب با جریان روغن شامل سه حالت است که جزییات آن در پستی با عنوان «خورندگی بخار روغن» شرح داده شده است. لذا، به جهت اجتناب از اطاله کلام، مراجعه به پست فوق توصیه می شود.

اما بعد، در سازه ها و سیستم های مهندسی آب با انواع متفاوت و اهداف متنوعی مورد استفاده قرار می گیرد که از آن جمله می توان به آب کولینگ، آب مقطر، آب دیونیزه، آب شهری، آب چاه، و... اشاره کرد که هریک از دیدگاه آنالیز عناصر شیمیایی اثرات خود را روی برنامه آنالیز روغن یا بطور عمومی تر: برنامه پایش وضعیت (CM) می گذارند. بعنوان مثال، استفاده از آب چاه بمنظور خنک کاری یک دیزل ژنراتور یا لکوموتیو (در صورت ورود آن به مدار روغن) موجب Single Rise شدن عناصری چون منیزیم یا کلسیم در نتایج آنالیز روغن خواهد شد. همین مثال را می توان در مورد عناصر سدیم و بور، درصورت ورود جریان آب کولینگ به مدار روغن، ارائه کرد.

ولی، بصورت عمومی و در حالت عادی، اختلاط دو فازی (از دیدگاه دانسیته) ناشی از ورود آب به روغن را براحتی می توان با تست های روتینی مانند Crackle Test، تیتراسیون کلسیم-هیبرید یا Karl-Fischer تشخیص داد. از دیدگاه مکانیک سیالات، ورود آب به روغن با افزایش فشار خروج روغن از فیلتر ارتباط مستقیم داشته و گاه می توان با مشاهده افزایش یا کاهش ناگهانی ویسکوزیته دینامیک به وجود آب (حتی در مقادیر اندک) در روغن پی برد.

اما، آنچه که گاه از دید مفسر گزارش آنالیز روغن دور می ماند، حالتی است که با عنوان «پریدن آب» از آن یاد می شود. این حالت زمانی رخ می دهد که دمای عملکردی روغن بیش از 60°C بوده و در سیستمی بسته و تحت فشار کار کند. مثالی که در مدار روغن موتور های درونسوز و مدار روانکاری توربین ها بسیار رایج است. روند کار نیز بدین ترتیب است که آب (یا حتی بخار آن) به میزانی کمتر از 10 درصد حجمی وارد جریان روغن شده و در اثر اعمال فشار درون سیستم و حرارت آن، به تدریج صورت فیزیکی خود را از دست می دهد. اما، مشکل از جایی شروع می شود که این حجم از آب (یا رطوبت) قبل از ترک سیستم روغنرسانی اثرات مخرب خود را برجای می گذارد که در تست های معمول آنالیز روغن قابل مشاهده نبوده و گاه تا چندین ماه در سیستم باقی می مانند.

روش های تشخیص ورود و سپس پریدن آب از سیستم روغنرسانی، آنالیز عناصر شیمیایی است که بسته به نوع آب بکار رفته بمنظور خنک سازی ماشین حرارتی، می تواند بشدت متنوع باشد. اما، بعنوان یک قانون کلی، رفتار هارمونیک چهار عنصر کلسیم، منیزیم، بور، و سدیم به معنای مستقیم ورود آب کولینگ یا آب چاه به جریان روغن است.

#روغن #آنالیز #آلودگی #هوا #آب #احمدرضا_امینیان

محاسبه شارژ اولیه گریس

با درود فراوان

هدف از این پست، آشنایی با نحوه محاسبه مقدار اولیه شارژ گریس در ماشین آلات، بویژه موتور های الکتریکی، است. زمانیکه یک برینگ یا مجموعه ای از برینگ ها برای اولین بار در جای خود قرار گرفته و اصطلاحا در سرویس قرار می گیرند، یک مقدار اولیه برای حجمی از گریس که قرار است در فضای داخلی برینگ و هوزینگ آن قرار گیرد، باید محاسبه شود. بصورت تجربی، حجم اولیه گریس که به Initial Fill Volume معروف است، بین یک سوم تا دو سوم حجم داخلی خالص برینگ باید باشد. اما، ابتدا باید حجم داخلی خالص برینگ محاسبه شود.

مقدار حجم اولیه گریس بستگی کامل به سرعت چرخش شفت دارد. بدین ترتیب که هرچه سرعت چرخش (دور) شفت بالاتر باشد، مقدار حجم شارژ اولیه گریس کمتر می شود. حجم داخلی خالص برینگ با توسل به رابطه زیر محاسبه می شود:

در رابطه فوق،

V= حجم اولیه، برحسب سی سی

Pi= عدد پی برابر 3.14

W= پهنای برینگ، برحسب میلیمتر

OD= قطر خارجی برینگ، برحسب میلیمتر

ID= قطر داخلی برینگ، برحسب میلیمتر

G= وزن برینگ، برحسب کیلوگرم

علاوه بر این، شارژ اولیه گریس باید تا لبه خارجی برینگ (معروف به Outer Race) انجام شود. اینکار، که گاه با بیرون زدگی اندکی از گریس همراه است، باعث می شود که با چرخش و گرم شدن تدریجی برینگ، مقداری از گریس ماسیده در لبه های برینگ بصورت مخزنی رزرو عمل کرده و به تدریج جایگزین گریس از دست رفته شود.

تشخیص روغن کمپرسور اصل از تقلبی

با درود فراوان

هدف از این پست پاسخ به سوالی است که از سوی یکی از مخاطبین محترم این وبلاگ درباره تشخیص تقلبی یا اصلی بودن یک روغن کمپرسور مطرح شده است.

شرح سوال: در مورد این دو بشکه روغن (شکل های زیر)، می خواستم بدانم کدامیک اصلی و کدام تقلبی است؟ و آیا امکان این هست که بتوان روغن اصلی و تقلبی را از هم تشخیص داد؟ آیا روش خاصی وجود دارد؟ لطفا راهنمایی بفرمایید.

شکل 1

شکل 2

پاسخ به این سوال از سه بخش تشکیل شده است: شناخت روغن Shell Corena S2 R، آنالیز اطلاعات برچسب بشکه ها، و نتیجه گیری

الف) شناخت روغن Shell Corena S2 R

با مراجعه به وبسایت کمپانی شل و توزیع کنندگان محصولات تحت لایسنس آن در عربستان سعودی، آلمان، روسیه، کره جنوبی، و سنگاپور مشخص می گردد که این روغن از نوع مینرال و با ادتیو های ضد سایش و مقاوم به شوک حرارتی بوده و مخصوص روانکاری کمپرسور های هوا (با مکانیزم های Rotary vane، و Screw) و پمپ های Rotary Vacuum می باشد. حد تحمل فشار این روغن 15 bar بوده و از دمای 100°C به بعد شروع به از هم پاشیدن ساختار شیمیایی می کند. حد تعویض استاندارد آن نیز 4000 ساعت می باشد. البته، در شرایط آب و هوایی گرم و مرطوب، این حد تعویض استاندارد کوتاهتر خواهد بود که بنا به نظر مالک تجهیز تعیین می شود. نمودار واکنش حرارتی این روغن در دو گرید VG 46 & 68 در شکل 3 نشان داده شده است (منبع: Shell).

شکل 3

نمودار شکل 3 برای بازه دمایی -20~110°C و در مقیاس لگاریتمیک (پایه 10) ترسیم شده است. اما، برای روغنی که مورد سوال شما است، یعنی گرید VG 68، نویسنده اقدام به استخراج اعداد ویسکوزیته سینماتیک در دما های صفر، 40، 100، و 110 درجه سلسیوس نموده و نتایج آنالیز عددی انجام شده را در شکل 4 نمایش داده است:

شکل 4

نمودار شکل 4 در مقیاس لگاریتمیک نیست و با توسل به نرم افزار Microsoft Excel®  رسم شده است. این نمودار، واکنش روغن Shell Corena S2 R 68 را به تغییرات دمای عملکردی از 0~110°C را نشان می دهد که با ضابطه چند جمله ای درجه سوم y=-0.0019x³+0.4932x²-39.943x+1000 نمو می کند (خطا: صفر). در این ضابطه، y نماینده ویسکوزیته سینماتیک و x نشان دهنده دمای عملکردی است. بنابراین، هر روغنی که با عنوان Shell Corena S2 R 68 به شرکت شما فروخته می شود باید از رفتار حرارتی مطابق ضابطه بدست آمده در شکل 4 تبعیت کند.

ب) آنالیز اطلاعات برچسب بشکه ها

برچسب بشکه های تحویلی به شرکت شما که در شکل های 1 و 2 نشان داده شده است، به ترتیب حاوی اطلاعات زیر است:

• نام روغن (در هر دو برچسب یکی است)

• گرید روغن (در هر دو برچسب یکی است)

• کمپانی صاحب امتیاز (در هر دو برچسب یکی است)

• کشور تولید کننده محصول (در شکل 1، سازنده سنگاپور و در شکل 2، تولید کننده آلمان معرفی شده اند)

• هولوگرام محصول به همراه بارکد و شماره Batch No. (در شکل 1، فقط بارکد ارائه شده است)

• استاندارد تطابقی مشخصات روغن: ISO 6743-3A-DAH (در شکل 1، مشهود نیست)

با یک سرچ ساده در اینترنت می توان دید که کمپانی شل در سنگاپور دارای دو پالایشگاه تولید انواع روغن است که روغن کمپرسور نیز یکی از این محصولات بوده و یکی از این پالایشگاه ها هفتمین پالایشگاه بزرگ جهان است. اما، از سوی دیگر، کمپانی شل در سراسر آلمان دارای سه پالایشگاه است که بیشتر به تولید انواع روغن های موتور و برخی گرید های توربینی مشغولند. بنابراین، به دلایل زیر می توان احتمال تقلبی بودن روغنی که برچسب آن در شکل 1 نشان داده شده است (یعنی روغن سنگاپوری) را بیشتر دانست:

• در برچسب ادعای ساخت روغن آمده است، حال آنکه از ارائه اطلاعاتی مانند استاندارد تطابقی، برچسب هولوگرام، و از همه مهمتر، Batch No. خودداری شده است.

• در روغن شکل 2 بدرستی اعلام شده است که این روغن در آلمان بسته بندی شده و تولید نشده است. در عین حال، اطلاعات کاملی برای شناسایی و ردیابی محصول ارائه شده است.

اما، باید توجه داشت که مواردی که در فوق بیان شد، تنها با مشاهده برچسب است و در صورتیکه تمایل به آنالیز داشته باشید، بهتر است مطابق روند زیر پیش بروید:

• نمونه هر دو روغن را به آزمایشگاه فرستاده و رفتار حرارتی روغن را در دما های شکل 4 درخواست کنید. سپس، بای آنالیز عددی در هر نرم افزار مخصوص اینکار (اعم از MATLAB، Excel، و...) اقدام به استخراج ضابطه نمو تابع رفتار حرارتی نمایید. ضابطه استخراج شده باید به رفتار نشان داده شده در شکل 4 نزدیک باشد. در استخراج ضابطه میزان رشد خطا را در نظر داشته باشید.

• یکی از مواردیکه روغن های کمپرسور با آن مشخص می شوند، عمر تعویض روغن بالا است. این حد در مورد روغن Shell Corena S2 R68 براساس متد تست Shell Hydrovane  که در دمای 120 درجه سلسیوس انجام می شود، برابر با 800 ساعت است. اطلاعات بیشتر در مورد این تست در مقایسه با گرید S3 R68 در شکل 5 نشان داده شده است.

  

شکل 5 (منبع: شل)

• از دیگر مشخصه های مهم روغن کمپرسور اصلی Shell Corena S2 R68، مقاومت به اکسیداسیون بالا است که براساس استاندارد ASTM D2272 انجام می شود. حد این تست در استاندارد یاد شده برابر با 250 دقیقه می باشد. به شکل 6 توجه بفرمایید.

  

  شکل 6 (منبع: شل)

• مشخصه دیگری که در روغن های کمپرسور و پمپ حیاتی تلقی می شود، زمان آزاد سازی حباب های هوا است که بیشتر در جلوگیری از بروز عیوبی چون کاویتاسیون در سیستم های روغنرسانی جلوگیری می کند. این تست براساس استاندارد ASTM D3427 انجام شده و حد پذیرش روغن Shell Corena S2 R68 برابر 7 دقیقه است. اطلاعات بیشتر در شکل 7 موجود است.

  

  شکل 7 (منبع: شل)

• بعنوان آخرین مشخصه مهم، کیفیت روغن های کمپرسور و بسیاری دیگر از روغن های روانکار با عدم تمایل آنها به پذیرش آب (یا بطور کلی: رطوبت) شناخته می شود. معیار این مشخصه کیفی، زمان جدا شدن آب از روغن است که براساس استاندارد ASTM D1401 انجام شده و حد پذیرش در مورد روغن Shell Corena S2 R68 برابر 40 دقیقه است. مقایسه این روغن با گرید S3 R68 را می توان در شکل 8 مشاهده کرد.

  

  شکل 8 (منبع: شل)

ج) نتیجه گیری

با توجه به مواردیکه در بند های «الف» و «ب» این پست عنوان شد، احتمال اینکه بشکه روغن سنگاپوری تقلبی باشد، بیشتر است. اما، جهت اطمینان بیشتر، می توانید موارد مندرج در بند «ب» این پست را بکار بسته و از آزمایشگاه معتمد سازمان یا شرکت خود درخواست نمایید.