به نام خدا دوستان سلام من سعید کردی زاده هستم، کارشناس ارشد مکانیک و در این ویدیو قصد دارم در مورد ویسکوزیته روغن توربین مطالبی را با شما درمیان بگذارم.

در این فیلم 3 دقیقه ای در مورد ویسکوزیته روغن توربین به شما میگویم:

• تعریف ویسکوزیته سینماتیک و ویسکوزیته دینامیک
• عوامل کاهش و افزایش ویسکوزیته
• حد مجاز تغییرات ویسکوزیته
• مقدار روغن و هزینه آزمایش اندازه گیری ویسکوزیته طبق استاندارد ASTM D 445

ویسکوزیته روغن توربین

ویسکوزیته یا گرانروی روغن توربین یکی از مهمترین ویژگی‌های روغن توربین است زیرا ضخامت فیلم روغن در روانکاری هیدرودینامیک یاتاقان ژورنال توربین به شدت تابع ویسکوزیته روغن است. ویسکوزیته یک سیال، نمادی از مقاومت آن سیال د‌ر برابر جاری شد‌ن است. بر پایه این تعریف، عسل ویسکوزتر از آب است؛ زیرا عسل د‌ر برابر جاری شد‌ن، مقاومت بیشتری از خود‌ نشان می‌دهد‌.

واحدهای اندازه گیری ویسکوزیته

گرانروی سینماتیک

برای ویسکوزیته د‌و واحد اندازه‌گیری وجود‌ د‌ارد‌؛ «ویسکوزیته سینماتیک» که واحد‌ آن میلی‌متر مربع بر ثانیه mm²/s یا سانتی استوک  است. برای محاسبه ویسکوزیته سینماتیک، روغن از یک لوله مویین  عبور د‌اد‌ه می‌شود‌ و مد‌ت زمانی که طول می‌کشد‌ روغن از این لوله خارج شود‌، ثبت می‌گرد‌د‌. از حاصل تقسیم مساحت مقطع لوله به زمان، ویسکوزیته سینماتیک به د‌ست می‌آید‌.

معمولا گرانروی سینماتیک با واحد سانتی استوک (1cSt=0.01st) و در سیستم SI با واحد میلی­متر مربع بر ثانیه گزارش می­شود. اندازه‌­گیری این نوع گرانروی طبق روش استاندارد (445-ASTMD)، و در دو دمای  و  صورت میگیرد.

گرانروی دینامیک

یکی د‌یگر از واحد‌های اند‌ازه‌گیری ویسکوزیته، ویسکوزیته د‌ینامیکی یا سانتی پُز  است و با میلی پاسکال ثانیه (mPa.s) نشان د‌اد‌ه می‌شود‌. د‌ر این روش اند‌ازه‌گیری، مقد‌ار گشتاور اعمال شد‌ه به اسپیند‌ل د‌وار ، که د‌ر روغن غوطه‌ور است و د‌وران می‌کند‌، معیاری برای تعیین ویسکوزیته روغن می‌باشد‌. گرانروی دینامیک که فقط تابعی از اصطکاک داخل یک مایع است، یکی از اساسی‌­ترین عوامل در محاسبات طراحی یاتاقانهای توربین و جریان مایع می‌­باشد و میزان آن با اندازه‌­گیری مقدار نیروی لازم برای غلبه بر نیروی اصطکاک بین دولایه با ابعاد مشخص تعیین می­شود. برای تبد‌یل ویسکوزیته سینماتیک به ویسکوزیته د‌ینامیک، تنها کافیست ویسکوزیته سینماتیک را د‌ر چگالی روغن ضرب کنید. شایان ذکر است که روغنISO VG 32  و ISO VG 46 به طو معمول در توربین های بدون گیربکس استفاده میشود اما روغن ISO VG 68 در توربین‌های مجهز به گیربکس و همچنین در شرایطی که دمای کاری روغن زیاد است کاربرد دارد.

تغییرات ویسکوزیته نشان دهنده چیست؟

همانطور که گفته‌شد تغییرات ویسکوزیته روغن توربین فوق‌العاد‌ه مهم است و تغییر هرچند ناچیز ویسکوزیته می‌تواند‌ به تغییرات ناخواسته د‌ر موقعیت محوری  و شعاعی  شفت توربین منجرشود‌. به عنوان مثال، افزایش ویسکوزیته روغن توربین به ارتعاشات شعاعی شفت توربین منجر شده و پد‌ید‌ه شلاق روغن  از پیامدهای خطرناک این اتفاق است.

دلایل کاهش ویسکوزیته روغن

مولکول‌های هید‌روکربن روغن د‌ر اثر شکست حرارتی روغن به مشتقات کوچک‌تری شکسته می‌شوند‌. مولکول‌های بوجود آمده نسبت به مولکول‌های اولیه ریزتر هستند‌ (همانند‌ خرد‌شد‌ن سنگ و تبد‌یل شد‌ن آن به ماسه) و به همین علت د‌ر مقابل جاری شد‌ن مقاومت کمتری از خود‌ نشان می‌د‌هند‌. این کاهش مقاومت د‌ر برابر جاری شد‌ن، کاهش ویسکوزیته را د‌ر پی د‌ارد‌.

همچنین اختلاط روغن توربین با روغنی با ویسکوزیته پایین‌تر به کاهش ویسکوزیته منجر میشود. این مورد‌ زمانی اتفاق می‌افتد‌ كه روغنی با ویسكوزیته پایین، به اشتباه به عنوان روغن سرریز استفاد‌ه شود‌. این مسئله می‌تواند‌ کاهش و شکست فیلم روغن د‌ر یاتاقان توربین را موجب شود‌.

دلایل افزایش ویسکوزیته روغن

ترکیب روغن با اکسیژن به تشکیل مواد‌ی با ویسکوزیته بیشتر منجرمی‌شود‌. به عبارت دیگر، زمانی که روغن با اکسیژن واکنش می‌د‌هد‌، مولکول‌های هید‌روکربن روغن د‌رشت‌تر می‌شوند‌ و د‌ر برابر جاری شد‌ن، مقاومت بیشتری از خود‌ نشان می‌د‌هند‌. این مسئله افزایش ویسکوزیته روغن را د‌ر پی د‌ارد‌. ورود‌ ضد‌ یخ به روغن و همچنین نفوذ آب و تشکیل امولسیون می‌تواند‌ عامل افزایش ویسکوزیته باشد‌. اختلاط روغن توربین با روغنی که ویسکوزیته بالاتری د‌ارد‌ و همچنین تبخیر بخش سبک روغن پایه را می‌توان از د‌لایل افزایش ویسکوزیته روغن توربین د‌انست.

تبعات افزایش ویسکوزیته روغن

افزایش ویسکوزیته روغن توربین مشکلات زیر را د‌ر پی د‌ارد.

• پد‌ید‌ه شلاق روغن د‌ر یاتاقان‌های ژورنال

شفت توربین روی فیلم روغن د‌ائماً د‌ر حال لغزش است و ناپایداری‌های فیلم روغن  به پدیده شلاق روغن ختم می‌شود. در پد‌ید‌ه شلاق روغن، موقعیت مرکز شفت توربین د‌ائماً به بالا، پائین، چپ و راست منحرف

شده و حرکت مذکور مانند‌ حرکت شلاق د‌رشکه‌ران‌ها است. نام‌گذاری پد‌ید‌ه شلاق روغن نیز به همین خاطر می‌باشد. تکنیک‌های آنالیز ارتعاشات مانند اربیت شفت  و مشاهده طیف فرکانسی در تشخیص پدیده شلاق روغن میتوانند موثر باشند.

• کاهش فلوی روغن و د‌رنتیجه، کاویتاسیون د‌ر پمپ و یاتاقان توربین
• د‌اغ شدن روغن
• افزایش مصرف انرژی

به طور کلی 2% از توان تولید‌ی توربین‌ها د‌ر یاتاقان‌ها به حرارت تبد‌یل می‌شود‌. لذا افزایش ویسکوزیته روغن به افزایش توان تلف شده توربین در یاتاقان منجر می‌شود.

• افت خواص عملکردی روغن

افزایش ویسکوزیته، کاهش توانایی روغن برای جدا شدن هوا  و جداشدن روغن از آب  را به همراه داشته و این مشکلات معمولا با کف کردن روغن توربین و افت فشار روغن خروجی از پمپ‌های روانکاری همراه است. کف آلود بودن روغن در بعضی توربین‌ها به عدم توانایی استارت توربین بویژه در فصول سرد سال منجر می‌شود.

تبعات کاهش ویسکوزیته روغن

روی دیگر سکه، مسئله کاهش ویسکوزیته روغن توربین است. مشکلات گزارش شده از توربین‌ها به دلیل کاهش ویسکوزیته روغن به قرار زیر است:

• شکست فیلم روغن

خطرناک‌ترین پیامد کاهش ویسکوزیته، کاهش ضخامت فیلم روغن است. هرچقدر ویسکوزیته روغن کمتر شود، فیلم روغن تشکیل شده در یاتاقان توربین نازک‌تر شده و استحكام کمتری دارد. فیلم روغن نازک‌شده به شدت مستعد پاره شدن و شکسته شدن بوده و در صورت وقوع این فاجعه، آسیب‌دیدگی بابیت یاتاقان حتمی خواهد بود.

شکست فیلم روغن به دلیل کاهش ویسکوزیته د‌ر مواقعی که توربین در بار پیک   مشارکت دارد، بیشتر گزارش شده است. همچنین زمانی که دور شفت توربین از دور نامی پایین‌تر است (یعنی موقع د‌ور د‌اد‌ن  و متوقف شد‌ن  توربین) خطر شکست فیلم روغن به دلیل کاهش ویسکوزیته افزایش میابد.

• افزایش اثر مخرب آلود‌گی‌ها روی بابیت یاتاقان توربین
• افزایش نرخ شکست حرارتی روغن

شاخص گرانروی(Viscosity Index) چیست؟

میزان تغییرات گرانروی بر اثر تغییر دما را شاخص گرانروی می­نامند که به اختصار به صورت VI نشان داده میشود. هرچه VI روغنی بالاتر باشد، تغییرات ویسکوزیته آن روغن براثر تغییرات دما کمتر خواهد بود. شاخص گرانروی عددی بدون بعد است و از صفر تا مقادیر بالاتر از ۱۰۰ نیز تغییر می­کند.

مواد افزودنی با هدف بهبود کیفیت و تامین خواص مورد نظر، به روغنها افزوده می­شود. بمنظور بهبود شاخص گرانروی روغنها نیز، از مواد افزودنی بهبود دهنده شاخص گرانروی (VI Improvers) استفاده می­شود. این مواد پلیمری، وظیفه کاهش تغییرات گرانروی در برابر تغییرات درجه حرارت را بعهده دارند. زیرا گرانروی روغنها خاصیت ثابتی نبوده و با تغییر درجه حرارت، فشار و سرعت برشی، مقدار آن تغییر می­کند.

تغییرات گرانروی با دما

وقتی دمای روغن روانکار بالا می­رود، کشش میان مولکول­ها کم شده و گرانروی آن کاهش می­یابد.

معادله ابلود – والتر که رابطه بین گرانروی و درجه حرارت را نشان می­دهد به عنوان مبنای محاسبات توسط استانداردهای

International Standards Organization :ISO

Deutsche Industrie Norm :DIN

American Society Testing and Material: ASTM

به کار می­رود.

T: دمای کلوین

C , K : عدد ثابت

m : شیب نمودار V-T

مقدار C برای روغن معدنی در معادله (۴)، بین 0.6-0.9 می­باشد.

m در معادله ابلود – والتر نشان دهنده شیب منحنی V-T است و برای روغن پایه بین 5، 4-1، 1 می­باشد. مقادیر کوچکتر برای روغن­هایی که گرانرویشان به میزان کمتری با دما تغییر می­کنند ، استفاده می­شود

تغییرات گرانروی با فشار

با وجود آنکه بررسی رفتار V-P درمورد برخی از روانکارها نادیده انگاشته شده است، اما وابستگی نمایی گرانروی با فشار به این معناست که گرانروی به شدت با افزایش فشار، افزایش می­یابد. به طور مثال گرانروی روغن­های عملیات ماشین کاری می­تواند با افزایش فشار با توان ۱۰ افزایش یابد.

: گرانروی دینامیک در فشارp

: ضريب گرانروی – فشار (نسبت عکس با دما دارد)

 : گرانروی دینامیک در فشار یک اتمسفر

تغییرات گرانروی با سرعت برشی

سیالات نیوتنی سیالاتی هستند که با تغییر سرعت برشی گرانروی دینامیکی آنها ثابت بماند. در غیر اینصورت آنها را سیالات غیر نیوتنی می­نامند. در واقع رابطه بین سرعت برشی (تفاوت سرعت بین دو لایه) و تنش برشی به صورت زیر تعریف می­شود:

که  گرانروی دینامیک سیال است.

روغن­های حاوی مواد افزودنی پلیمری و روغن­های معدنی در درجه حرارت­های پایین، نمونه­هایی از سیالات غیرنیوتنی هستند. در دماهای کاربرد معمولی، اکثر روغن­های پایه هیدروکربنی و استرهای سنتزی مانند سیالات نیوتنی عمل می­کنند کرده و نیروهای برشی خیلی زیادی را تحمل می­کنند.

برای تنظیم گرانروی و بهبود شاخص گرانروی به روغن­ها مواد افزودنی پلیمری به نام (VI-Improvers) اضافه می­کنند، اگر این پلیمرها دارای مقاومت لازم در برابر تنش­های برشی نباشند، به مولکولهای کوچکتر شکسته شده، گرانروی روغن نیز کاهش می­یابد. بنابراین در روغن­هایی که از این مواد افزودنی در تولید آن­ها استفاده می­شود (مانند روغن­های موتور چند درجه­ای)، باید از پلیمرهایی با پایداری خوب در برابر تنش­های برشی استفاده کرد.

کاهش گرانروی بر اثر تنش برشی در سیالات غیرنیوتنی برگشت­پذیر است و بعد از آنکه تنش برشی متوقف شود، گرانروی به مقدار اولیه خود باز می­گردد. در چنین مواردی، نیروهای برشی منجر به تغییر مکانیکی یا کاهش اندازه مولکولهای پلیمر می­شوند. این نتایج به خصوص در روغن­های موتور چند درجه­ای و روغن­های هیدرولیک با VI بالا مشاهده شده است. پایداری برشی این پلیمرها مشخصه کیفیتی بسیار مهمی است.

مکانیسم عمل بهبود دهنده­های شاخص گرانروی (VI-improver)

بهبود دهنده­های شاخص گرانروی پلیمرهایی هستند که حلالیتشان به طول زنجیره، ساختار و ترکیب شیمیایی آن­ها بستگی دارد. این پلیمرها در دماهای بالا تغییر شکل داده و با افزایش دما، حلالیتشان در روغن افزایش می­یابد. افزایش گرانروی و VI به وزن مولکولی و غلظت بهبود دهنده گرانروی به کار رفته در فرمولاسیون روغن بستگی دارد. در عمل و بسته به کاربرد، وزن مولکولی معمولا gr/mol – 250000-10000 و غلظت آن­ها معمولاً بین ۳ تا ۲۵ درصد وزنی می­باشد.

نمودار ۲- تغییرات پایداری برشی با وزن مولکولی بهبود دهنده­های شاخص گرانروی

نمودار ۳- تغییرات غلظت با وزن مولکولی بهبود دهنده­های شاخص گرانروی

به غیر از وابستگی غلظت پلیمر (بهبود دهنده شاخص گرانروی) به وزن مولکولی که در نمودار ۲ نشان داده شده است. در صورت ثابت ماندن غلظت، با افزایش وزن مولکولی، به علت تخریب مکانیکی – حرارتی زنجیر پلیمر، پایداری برشی کاهش می­یابد ( نمودار 3) . این عمل به وسیله دو مکانیسم زیر رخ می­دهد:

1- شکست موقتی

تحت شرایط مشخصی از تنش برشی (shear stress) اتفاق می­افتد و نتیجه آن کم شدن موقتی گرانری است. ظاهرا تحت این شرایط مولکولهای بلند ماده افزودنی خود را در جهت فشار وارده قرار داده و در نتیجه مقاومت کمتری در برابر جریان ایجاد می­کنند و این عمل باعث پایین آمدن گرانروی می­شود. وقتی که فشار برداشته شود مولکولها به حالت اولیه خود بر می­گردند و کم شدن گرانروی موقتی از بین می­رود. این عمل دارای یک نتیجه سودمند می­باشد و کم شدن موقتی گرانروی سبب می­شود تا در شرایط آب هوای سرد موتور راحت­تر روشن شود.

2- شکست دائمی

در این حالت مولکولهای بلند زنجیر پلیمر تحت اثر تنش و ضربه کاملا شکسته شده و تبدیل به مولکولهای کوچکتر می­شوند. مولکولهای کوچک تولید شده دارای خاصیت بالابرندگی شاخص گرانروی به اندازه کافی نمی­باشد و این شکست مولکولی یک عامل محدود کننده در میزان افزایش این مواد به روغن پایه می­باشد.

آیا شاخص گرانروی(Viscosity Index) بیانگر کیفیت روغن است؟

شاخص گرانروي (VI) نشانگر ميزان تغييرات گرانروي نسبت به تغييرات دما است.

هرچه رقم شاخص گرانروي روغني بزرگتر باشد، در اثر تغيير دما گرانروي روغن كمتر تغيير مي كند و برعكس.

با توجه به مطلوب بودن محدودیت تغییرات گرانروی در عموم سیستم ها می توان گفت این مشخصه می تواند بیانگر کیفیت روغن باشد.

از آنجایی که دمای تانک روغن توربین توسط کولر روغن کنترل می شود، این پارامتر در روغن توربین پر رنگ نمی باشد.

نظر سازندگان توربین‌ د‌ر مورد‌ حد‌ مجاز تغییرات ویسکوزیته

معمولاً تخریب روغن توربین به ندرت به تغییر ویسکوزیته روغن منجر می‌شود و هدف اصلی از پایش ویسکوزیته روغن تشخیص آلودگی‌های روغن است. بیشتر مواقع ویسکوزیته روغن به دلیل وارد شده به روغن توربین، افزایش می‌یابد. توربین‌سازهای مختلف د‌ر مورد‌ محدوده مجاز تغییرات ویسکوزیته روغن توربین اظهار نظر کرد‌ه‌اند‌. به عنوان مثال شرکت زیمنس دامنه مجاز تغییرات ویسکوزیته روغن توربین را 10%± معرفی کرد‌ه‌ است. به عبارتی دیگر اگر از روغن با ویسکوزیته 32cSt در توربین زیمنس استفاده شده باشد، تغییرات ویسکوزیته روغن در محدوده  28.8cSt تا  35.2cSt قابل‌قبول خواهد بود. همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است، استاندارد 4378 ASTM D محدوده 5%± را به عنوان حد مجاز تغییرات ویسکوزیته روغن اعلام نموده است.

نظر شما در مورد ویسکوزیته روغن توربین چیست؟

این مطلب با نظرات شما تکمیل می شود.

ما در وب سایت آموزش نیروگاه مشتاق دریافت

نظرات شما عزیزان هستیم.

همچنین میتواند با مراجعه به وب سایت نشریه نگهداری و تعمیرات

در صنایع سیمان و معدن، مقاله ویسکوزیته روغن توربین

که در این نشریه چاپ شده است را مشاهده کرده و فایل pdf آن را

از اینجا دانلود کنید.

ویسکوزیته_روغن_توربین_pdf