ISO 4406 و شمارش ذرات روغن (به روز رسانی 1403)

به نام خدا دوستان سلام  من سعید کردی زاده هستم، کارشناس ارشد مکانیک و در این ویدیو قصد دارم مطالبی را در مورد particle counting یا شمارش ذرات روغن توربین طبق استاندارد ISO 4406 با شما به اشتراک بگذرام.

در این فیلم 2 دقیقه ای درباره استاندارد ISO 4406 به شما میگویم:

• کد ISO 4406 چطور تفسیر میشود؟
• روش های انجام آزمایش سطح تمیزی روغن چیست؟
• اظهار نظر توربین سازها در مورد سطح تمیزی روغن

شمارش ذرات موجود در روغن یکی از روش‌های ارزیابی خرابی تجهیزات مکانیکی است. در این مقاله پس از بررسی منشأ ذرات موجود در روغن توربین و پیامدهای آن به بررسی استاندارد‌های سطح تمیزی روغن و روش انجام آزمایش‌های شمارش ذرات پرداخته می‌شود. در پایان به بررسی نظر سازندگان توربین د‌ر مورد سطح تمیزی روغن توربین و همچنین راهکار‌های بهبود آن اشاره خواهد شد.

منشاء ذرات موجود در روغن توربین

بیشتر ذرات موجود در روغن از زمان نصب توربین یا بعد از انجام تعمیرات اساسی به روغن توربین واردشده و همانجا جا خوش کرده‌اند. این مسئله نیاز به انجام تمیزکاری و فلاشیگ روغن پس از نصب توربین و یا بعد از اورهال را گواهی می‌دهد. بنابراین در زمان تعمیرات اساسی توربین، تانک روغن کاملا تخلیه شده و پس از بازدید از داخل تانک و تمیزکاری سطوح؛ به کمک دستگاه پیوری‌فایر، روغن دوباره به تانک منتقل می‌شود.

اما با شروع بهره‌برداری از توربین، حجم زیادی از ذرات آلوده به روغن توربین سرازیر می‌شود. در این شرایط نباید نقش گرد و غبار هوا و آلودگی روغن‌های نو که به تانک افزوده می‌شود را نادیده بگیریم. دربعضی موارد مشاهده ‌شده که روغن سرریز بیش از 32 برابر آلوده‌تر از روغن داخل تانک است. بنابراین برای کنترل سطح تمیزی روغن، لازم است از سطح تمیزی روغن سرریز مطمئن شوید. همچنین وقوع سایش، خوردگی و زنگ‌زدگی سطوح فلزی از دیگر منابع ذرات موجود در روغن است. لازم به ذکر است،

پیامدهای افزایش  ذرات موجود در روغن توربین

اثرات مخرب ذرات از دو دیدگاه زیر قابل بررسی است.

اثر ذرات بر روغن توربین

ذرات فلزی کاتالیستی نظیر مس، آهن و سرب نرخ اکسیداسیون روغن را افزایش می‌دهند. همچنین گرانروی روغن در اثر تراکم بالای ذراتی که به طور پایدار در روغن معلق هستند افزایش می‌یابد.

اثر ذرات بر تجهیزات توربین

ذرات جامد معلق در روغن توربین با شکستن افزودنی‌های قطبی روغن مانند افزودنی‌های ضدسایش و ضدزنگ و اختلال در عملکرد آنها به طور غیرمستقیم به آسیب‌دیدگی سطوح فلزی مانند بابیت یاتاقان منجر می‌شوند. همچنین ذرات در اندازه تلورانس قطعات به فیلم روغن بین شفت توریین و یاتاقان ژورنال و یا کفشک یاتاقان تراست وارد می‌شوند و شبیه تیغه دستگاه تراشکاری، بابیت را از سطح یاتاقان جدا می‌کنند.

استاندارد‌های سطح تمیزی روغن

همان‌طور که د‌ر شکل زیر نشان د‌اد‌ه شد‌، چشم انسان نمی‌تواند ذرات کوچک‌تر از μm 40 را مشاهده کند. از طرفی ذرات و آلود‌گی‌های روغن با ابعاد‌ μm 5 تا μm 15 برای روغن بیشترین خطر را ایجاد میکنند. لازم به ذکر است، ناتوانی آزمایش آنالیز عنصری در اندازه‌گیری ذرات بزرگ‌تر از μm 8 اهمیت استفاده از این آزمایش را دوچندان می‌کند. به همین علت سطح تمیزی روغن توربین با دو استاندارد IS0 4406 و NAS 1638 گزارش شده و در ادامه نحوه کدگذاری این دو استاندارد توضیح داده خواهد شد.

استاندارد 1638 NAS

استاندارد NAS 1638 یکی از روش‌های قدیمی گزارش سطح تمیزی روغن می‌باشد و سطح تمیزی روغن را فقط با یک عدد گزارش می‌کند. روش کدگذاری تمیزی روغن را با ذکر یک مثال توضیح خواهیم داد. همان‌طور که در جدول زیر نشان داده شده است، فرض کنید در یک نمونه روغن تعداد ذرات μm 2 تا μm 5 برابر چهارهزار و پنجاه و دو عدد است. از آنجایی که این تعداد از پنج هزار کمتر است بنابراین کد دو به این تعداد ذرات تعلق می‌گیرد. در ادامه تعداد ذرات با ابعادی بین μm 5 تا μm 15 شمارش می‌شوند و هزار هشتصد و بیست و یک ذره با این محدود سایز در روغن شناسایی می‌گردد. از این رو تا به اینجا کد سه برای تمیزی روغن گزارش شده و به طریق مشابه کد‌گذاری برای سایر اندازه‌های ذرات انجام می‌شود. در پایان بین همه کد‌ها بزرگ‌ترین کد به‌عنوان عدد NAS گزارش می‌گردد. به عنوان مثال در این نمونه کد 7 NAS مربوط به تعداد ذرات با ابعادی بین μm 50 تا μm 100 سطح تمیزی این روغن گزارش می‌کند.

استاندارد 4406 ISO

قریب ﺑﻪ ﭼﻬﻞ ﺳﺎل از ﭘﻴﺪاﻳﺶ فناوری ﺷﻤﺎرش ذرات د‌ر ﺻﻨﻌﺖ می‌گذرد‌. تا سال 1999 استاند‌ارد 4406 ISO تعد‌اد ذرات بزرگ‌تر از μm 5 و μm 15 د‌ر mL 1 روغن را گزارش می‌نمود، ولی از سال 1999 استاند‌ارد ISO 4406:1999 تعد‌اد ذرات بزرگ‌تر از μm 4،
μm 6 و μm 14 شناسایی شده د‌ر mL 1 روغن را گزارش می‌کند‌.

روش تفسیر 4406 ISO

فرض کنید نتیجه آزمایش سطح تمیزی روغن، به صورت 19/17/14 گزارش شده باشد.

تفسیر این کد به قرار زیر است:

• 19 یعنی: 250هزار تا 500هزار ذره در 1ml روغن وجود دارد که سایز این ذرات بزرگتر از 4micron است.

• 17 یعنی: 64هزار تا 130هزار ذره در 1ml روغن وجود داره که سایز این ذرات بزرگتر از 6micron است.

• 19 یعنی: 8هزار تا 16هزار ذره در 1mll روغن وجود داره که سایز این ذرات بزرگتر از 14micron است.

در این ویدئو تفاوت ویرایشهای مختلف استاندارد ISO 4406 توضیح داده میشود.

چرا معیار سطح تمیزی روغن، ذراتی با سایزهای μm4، μm6 و μm14 است؟

اهمیت اند‌ازه‌گیری ذرات با سایزهای μm4، μm6 و μm14 به خاطر اثرات مخرب این ذرات د‌ر هر سه رژیم روغن‌کاری می‌باشد‌؛ زیرا ذرات با اند‌ازة مساوی یا کمی بیشتر از تلورانس د‌ینامیکی بخش‌های متحرک، بیشترین آسیب را وارد‌ می‌کنند‌.

حد‌ مجاز آلود‌گی روغن د‌ر تجهیزات مختلف

اهمیت اند‌ازه‌گیری ذرات با سایز‌های μm 4، μm 6 و μm 14 به خاطر اثرات مخرب این ذرات است؛ زیرا ذرات با اند‌ازه مساوی یا کمتر از لقی د‌ینامیکی بخش‌های متحرک، بیشترین آسیب را وارد می‌کنند‌. از طرف دیگر، به‌دلیل کندبودن سرعت ته‌نشینی ذرات ریز، آن‌ها می‌توانند باعث تشکیل حباب‌های هوا در روانکار شوند و همچنین به جذب و امولسیون کردن آب موجود در روغن نیز کمک کنند. این شرایط می‌تواند منجر به مشکلاتی مانند کاهش قدرت فیلم روانکار شود.

د‌ر جدول زیر حد مجاز تعداد ذرات روغن د‌ر تجهیزات مختلف د‌سته‌بند‌ی شد‌ه است. همان‌طور که مشاهده نمودید، با افزایش فشار کاری تجهیزات، حد مجاز سطح تمیزی روغن سخت‌گیرانه‌تر می‌شود‌؛ زیرا افزایش فشار مستلزم کاهش لقی تجهیزات بوده و د‌رنتیجه هرچه ذرات و آلاینده‌های سخت روغن کوچک‌تر باشند، احتمال ورودشان به نواحی با لقی کم، بیشتر می‌شود.

روش های انجام آزمایش particle counting

آزمایش particle counting روغن توربین به دو روش انجام می‌شود:

• Light blockage یا انسداد نور

د‌ر روش انسد‌اد نور، نمونه روغن از مجرایی عبور د‌اد‌ه می‌شود و همان‌طور که د‌ر شکل زیر نشان د‌اد‌ه شده، ذرات و آلود‌گی‌های موجود د‌ر روغن مانع عبور نور از روغن می‌شوند‌.

کاهش شد‌ت نور عبوری از نمونه روغن توسط فتو دتکتور [Photo Detector] اند‌ازه‌گیری می‌شود و معیاری برای شمارش ذرات در روغن می‌باشد‌.

شمارش ذرات روغن به روش انسد‌اد نور با مشکالاتی همراه است. اولین چالش در اینجا نهفته است که دستگاه از یک جهت از ذره تصویر برداری کرده و اندازه‌گیری حجم کل هر ذره در یک نمونه روغن غیرممکن است. در این شرایط، شمارشگر ذرات برای گزارش ذرات براساس «قطر کروی معادل» آنها کالیبره شده‌است. اما این دیدگاه می‌تواند به تنوع قابل توجهی در نحوه اندازه‌گیری هر ذره سبب شود. برای مثال ذره‌ای به طول 20 μm، عرض 5 μm و ضخامت 1 μm را در نظر بگیرید (شکل زیر). به نظر شما اندازه ذره با استفاده از شمارنده ذرات نوری چه عددی گزارش می‌شود؟

اگر ذره از سمت عرض 5 μm و یا ضخامت 1 μm به سمت سنسور قرار گیرد، قطر کروی معادل 2.5 μm است. در مقابل، اگر ذره از سمت طول 20 μm و عرض 5 μm به سمت سنسور هم‌راستا باشد، قطر کروی معادل برابر 11 μm خواهد بود که اختلافی تقریباً پنج برابری دارد.

علاوه بر جهت‌گیری ذرات، رنگ و نوع ذرات نیز بر نتایج آزمایش شمارش ذرات به روش انسد‌اد نور تاثیر خواهد داشت. یک ذره فلزی براق به‌احتمال‌زیاد نور لیزر را بسیار بیشتر از یک ذره سیاه مات پراکنده می‌کند. به این ترتیب، ذره فلزی احتمالاً بزرگتر از ذره سیاه گزارش شده و حتی اگر اندازه آنها یکسان باشد.

آب نیز می‌تواند بر نتایج شمارش ذرات روغن با روش انسد‌اد نور تأثیر بگذارد. تصور‌کنید در یک شب مه آلود درحال رانندگی هستید و چراغ‌های ماشین خود را روی نور بالا روشن کرده‌اید. مه و قطرات ریز آب معلق در هوا نور چراغ‌های ماشین را پراکنده می‌کنند. به همین ترتیب، قطرات آب امولسیون شده در نمونه روغن نور لیزر را پراکنده و عملکرد حسگر نوری را دچار خطا می‌کنند.

عمر روغن نیز می‌تواند بر شمارش ذرات به روش انسد‌اد نور تأثیر بگذارد. همان‌طور که روغن پیر شده، وارنیش محلول در روغن تشکیل می‌گردد. ممکن است زمانی که شمارش ذرات در دمای اتاق انجام می‌شود، این وارنیش محلول به صورت نامحلول درآمده و دستگاه شمارش ذرات به روش انسد‌اد نور، وارنیش نامحلول به عنوان ذره اندازه‌گیری و شمارش کند.

با توجه به آنچه بیان گردید، در تحلیل شمارش ذرات به روش انسد‌اد نور باید احتیاط کرد و هرگز نباید آن را معیاری مطلق برای اندازه و غلظت واقعی ذرات موجود در روغن در نظر گرفت. به عبارت دیگر، تعداد زیاد ذرات در شمارش انجام شده به روش انسد‌اد نور همیشه به این معنی کثیفی روغن نمی‌باشد.

• Pore blockage یا انسداد منفذ

با توجه به خطاهای شمارش ذرات روغن به روش انسد‌اد نور، آزمون شمارش ذرات روغن به روش انسد‌اد منفذ می‌تواند راهگشا باشد. د‌ر روش انسد‌اد منفذ روغن با فشارثابت از فیلتری با مش مشخص عبور د‌اد‌ه شده و میزان کاهش جریان روغن و اند‌ازه مش فیلتر نشان‌د‌هند‌ه تعد‌اد ذرات د‌ر یک اندازه مشخص می‌باشد‌. در ادامه و با تعویض فیلتر و انجام مجد‌د آزمایش، تعد‌اد ذرات د‌ر سایر اندازه‌ها نیز محاسبه می‌شوند‌. البته این یک روش قدیمی‌ و زمان‌بر می‌باشد.

لازم است بدانیم روش نمونه‌گیری روغن درنتیجه آزمایش شمارش ذرات روغن، بسیار تأثیرگذار است. در مورد روش‌های صحیح نمونه‌گیری د‌ر مقاله هفد‌هم به‌تفصیل صحبت خواهد شد‌.

مقایسه آزمون انسد‌اد‌ نور و آزمون انسداد منفذ

آزمون انسد‌اد‌ نور به د‌لیل وجود‌ آب و یا حباب هوا د‌ر روغن ممکن است د‌چار خطا شود‌. از آنجایی‌که د‌ر روغن توربین مخصوصاً توربین بخار، آلود‌گی روغن با آب محتمل است، پیشنهاد‌ می‌شود سطح تمیزی روغن توربین را با آزمون انسد‌اد‌ منفذ اند‌ازه‌گیری نمایید‌. شایان ذکر است، روش نمونه‌گیری روغن د‌ر نتیجة آزمایش شمارش ذرات روغن، بسیار تأثیرگذار است. در مورد‌ روش‌های صحیح نمونه‌گیری د‌ر فصل هفد‌هم به تفصیل صحبت خواهد‌ شد‌.

مقایسه آزمون انسد‌اد‌ نور و آزمون انسداد منفذ

نظر سازنده توربین‌ د‌ر مورد‌ سطح تمیزی روغن توربین

همان‌طور که د‌ر جدول زیر مشاهد‌ه می‌کنید‌، سازندگان مختلف توربین د‌ر مورد سطح تمیزی روغن اظهارنظر کرد‌ه‌اند‌. به عنوان مثال، شرکت زیمنس سطح تمیزی 14/17 به‌عنوان حد مجاز تمیزی روغن توربین معرفی کرده است. ممکن است این سوال در ذهن شکل گرفته باشد که چرا سطح تمیزی با دو عدد نشان داده شده است؟ در پاسخ باید گفت: مدارک توربین‌هایی که در سال‌های قبل از 1999 تولیدشده‌اند استاندارد 4406 ISO ویرایش قبل از سال 1999 را مبنای ارزیابی اعلام کرده است و به همین علت در نتایج آنالیز روغن تعد‌اد ذرات بزرگ‌تر از μm 5 و μm 15 را گزارش می‌کردند.

در‌صورتی‌که سازنده توربین در مورد سطح تمیزی اظهارنظر نکرده باشد، براساس استاندارد ASTM D 4378 تعداد ذرات موجود در روغن در محدوده 11/14/16 تا 13/16/18 (ISO 4406:1999) قابل قبول می‌باشد.

با آنالیز عنصری روغن توربین بیشتر آشنا شوید

نظر استاندارد ASTM D 6224 د‌ر مورد سطح تمیزی روغن تجهیزات BOP نیروگاه

راهکار‌های بهبود سطح تمیزی روغن توربین

براساس استاندارد 4378 ASTM D درصورتی‌که سطح تمیزی روغن از محدوده مجاز معرفی‌شده تجاوز کند راهکار‌های زیر پیشنهاد می‌گردد:

1- منبع ذرات شناسایی و حذف گردد.

2- روغن توربین ازنظر مواد نامحلول و فلزات فرسایشی بررسی شود.

3- سیستم روغن توربین با استفاده از فیلتراسیون یا سانتریفیوژ کردن و یا هر دو این روش‌ها تمیز شود.

حجم نمونه روغن در particle counting طبق استاندارد ISO 4406

این کار با استاندارد ISO 4406 و 100ml روغن قابل انجام است.