به نام خدا دوستان سلام من سعید کردی زاده هستم، کارشناس ارشد مکانیک. در این ویدیو قصد دارم در مورد خاصیت air release روغن یا جدا شدن هوا از روغن، مطالبی را با شما به اشتراک بگذارم.
- انواع حالات هوا در روغن
- نرخ air release روغن
- مشکلات وجود هوا در روغن
- اظهار نظر توربین سازها در مورد air release روغن توربین
اختلاط روغن توربین با هوا در تجهیزات مختلف سیستم روانکاری مانند یاتاقانها، پمپها و خط برگشت روغن به مخزن، اجتنابناپذیر است. این مسئله به تشکیل حبابهای ریز هوا که یکی از آلایندههای سیستم روانکاری روغن توربین است منجر میشود. در آغاز این مقاله انواع حالات هوا در روغن شرح داده میشود و در ادامه علتهای ورود هوا به روغن توربین بررسی میگردد. سپس به توضیح مشکلات روغن آلوده با هوا و همچنین ارزیابی توانایی رهاسازی هوای روغن توربین میپردازیم. در پایان نظر سازندگان توربین و استانداردها در مورد توانایی روغن در جدا شدن از هوا و راهکاری عملی در خصوص بهبود این خاصیت مورد بررسی قرار میگیرد.
انواع حالات هوا در روغن
هوای موجود در روغن توربین به چهار دسته هوای محلول[Dissolved Air] ، هوای شناور[Entrained Air]، هوای آزاد و کف[Foam] تقسیمبندی میشوند.
هوای محلول
هوا به مقداری ناچیزی در روغن توربین حل گردیده و هوای محلول نامیده میشود؛ به بیان دیگر، هوای محلول همان مولکولهای هوا هستند که بین مولکولهای هیدروکربن روغن قرار گرفتهاند. مقدار هوای محلول به دما و فشار روغن وابسته است. به عنوان مثال هرچقدر فشار روغن کاهش یابد، هوای کمتری در آن حل میشود.
هوای شناور
هرگاه مقدار هوای محلول در روغن توربین از میزان قابلیت حلشدن آن بیشتر باشد، حبابهای کوچک هوا بهصورت معلق و شناور در روغن تشکیل میشوند. این هوای حبسشده در آغاز با چشم قابل دیدن نیست، اما رفتهرفته رشد کرده و کدر شدن رنگ روغن را به همراه دارد و به همین علت معمولاً با آلودگی آب اشتباه گرفته میشود. لازم به ذکر است، هوای شناور در روغنها با ویسکوزیته بالا، پایدارتر است. همچنین مطابق با توضیحات ارائه فوق ، با کاهش فشار روغن هوای محلول به هوای شناور تبدیل میشود. این مسئله در ورودی پمپهای سیستم روانکاری پررنگ است. به همین علت پمپهای سیستم روانکاری توربین معمولاً در پایینترین نقطه مخزن نصب میشوند تا به کمک هد مثبت روغن از اثر کاهش فشار روغن در ورودی پمپها کاسته شود.
هوای آزاد
افزایش حبابهای هوای شناور باعث تشکیل هوای آزاد در روغن میشود. در بعضی موارد، جداشدن هوای شناور از روغن به ورود حجم زیادی از هوای آزاد به بخشهای سیستم روانکاری منتهی میگردد. این حجم از هوا در بالاترین نقاط مدار روانکاری توربین مانند لولهها و یا حلزونی پمپهای سانتریفیوژ جمع شده و فشارسازی پمپهای روانکاری را مختل میکند. جالب است که بدانید، این پدیده در زمان خاموش بودن توربین، احتمال وقوع بیشتری دارد و میتواند استارتهای ناموفق توربین به علت افت فشار روغن را به همراه داشته باشد. در این شرایط با ایجاد سوراخ در حلزونی پمپ روغن توربین میتوان به رفع این مشکل کمک نمود.
کف
حباب هوایی که روی سطح روغن قرار میگیرد، کف نامیده میشود؛ به عبارت دیگر، فوم یا کف روغن، تودهای دوفازی شامل هوا و لایه نازکی از روغن است که میتواند از 0.1 μm تا 1 mm ضخامت داشته باشد. در خصوص کف روغن در مقاله بعد بهطور کامل و ممقاله، مطالبی ارائه خواهد شد.
مقاله رنگ روغن توربین را هم مشاهده کنید.
علتهای ورود هوا به روغن توربین
طراحی ضعیف سیستم روانکاری روغن توربین، آلودگی روغن، افزایش ویسکوزیته روغن و یا سردبودن روغن توربین به ورود و ماندگاری هوا در روغن توربین منجر میشود.
طراحی ضعیف سیستم روانکاری روغن توریبن
در طراحی و ساخت مخزن روغن، رهاسازی هوا و کفزدایی روغن باید درنظر گرفته شود. رعایت این نکات، رهاشدن هوا از روغن توربین را بهبود میبخشد.
1- اشتباهات رایج در طراحی تانک روغن توربین
ابعاد نادرست تانک روغن، جانمایی اشتباه لولههای رفت و برگشت روغن به تانک و همچنین استفاده از لولهها با قطر کم از اشتباهات متداول طراحی سیستم روانکاری توربین بوده که میتواند سبب بروز مشکلات ورود هوا به روغن توربین شوند.
ابعاد تانک روغن
تانک روغن توربین محل مناسبی برای تخلیه حبابهای هوای محبوس شده در روغن است؛ به عبارت دیگر، با افزایش زمان ماندگاری یا توقف روغن، حبابهای هوا از روغن خارج میشوند. اگر اندازه مخزن کوچک باشد، زمان ماندگاری [Retention Time] یا زمان توقف روغن کوتاه خواهد بود. در بعضی موارد توقف روغن از زمان مناسبی برخوردار میباشد اما مساحت مقطع تانک بهقدری کوچک است که روغن نمیتواند هوای محبوس را در سطح تانک تخلیه کند؛ در این شرایط نصب صفحات مشبک [Baffle Plates] در محل بازگشت روغن از یاتاقانها به تانک، با افزایش سطح تماس روغن به آزادسازی هوا کمک مینماید.
جانمایی لوله های ورودی و خروجی
تلاطم روغن در لولهها، زانوییها و تجهیزات سیستم روانکاری توربین یکی از موانع جدی برای جدایش حباب هوا از روغن توربین میباشد. علت آن است که حبابهای هوای محبوس شده در روغن با عبور از پمپ و فیلتر روغن به حبابهای ریزتری تبدیل گردیده و بهراحتی از روغن خارج نمیشوند. این مسئله با سردشدن روغن وضعیت بدتری پیدا کرده و ممکن است برای استارتشدن توربین مانعی بزرگی باشد. از این منظر، موقعیت خط برگشت روغن از یاتاقانها به مخزن ذخیره روغن توربین و همچنین محل لوله مکش پمپهای روغنکاری در وضعیت هوای موجود در روغن نقش پررنگی بازی میکنند. همانطور که در شکل
زیر مشاهده نمودید، در ساخت تانک روغن توربین بخار E-Type زیمنس از دیوار جداکننده استفاده شده و با این ترفند، بین خط برگشت روغن از یاتاقانهای توربین و لوله مکش پمپهای روغنکاری بیشترین فاصله ایجاد شده است. بنابراین روغن برای رهاشدن از حباب هوا فرصت بیشتری را به دست میآورد.
عامل دیگر افزایش مقدار هوا در روغن، طراحی نادرست مسیر لوله برگشت روغن به تانک میباشد. برای مثال، اگر لوله خط برگشت روغن از بالای تانک و مستقیم به سطح روغن تخلیه کند، تلاطم شدید و ایجاد کف در روغن توربین را به همراه دارد. در این شرایط سادهترین راهحلی که میتواند بسیار مفید باشد این است که روغن برگشتی به قسمت پایینی تانک روغن توربین وارد شود. مطابق با شکل بالا روغن برگشتی از یاتاقانهای توربین بخار E-Type زیمنس از پایین به تانک روغن وارد میشود.
قطر نادرست لولهها
سرعت زیاد روغن در لولهها به جریان مغشوش سیال منجر شده و احتمال ورود هوا به داخل روغن را افزایش میدهد. در این شرایط میتوان با افزایش سطح مقطع لولهها نسبت به کاهش سرعت روغن و درنتیجه کاهش تلاطم روغن توربین اقدام کرد.
آلودگی روغن
آلودگیهای موجود در روغن کشش سطحی آن را هدف میگیرند. از این نظر، ورود آب به روغن یکی از علتهای افزایش نرخ هوای محبوس در روغن میباشد؛ به بیان دیگر، روغن آلوده به آب نسبت به روغن تمیز کشش سطحی کمتری دارد؛ بنابراین با تلاطم روغن آلوده به آب، حبابهای هوای موجود در روغن راحتتر به حبابهای کوچکتر شکسته و در روغن توربین سوسپانسیون [Suspension]میگردند. این حبابهای کوچک با سرعت کمتری نسبت به حبابهای بزرگ، به سطح روغن مهاجرت میکنند؛ درنتیجه جدایش هوا از روغن سختتر شده و زمان جدایش افزایش مییابد. همچنین، آلایندههای دیگر روغن از قبیل حلالها، آلایندههای شیمیایی و محصولات جانبی اکسیداسیون روغن و حتی سرریز روغن اشتباه نیز دارای اثر مشابهی مانند آب هستند.
سیلیس موجود در گرد و غبار هوای محیط نیز توانایی روغن برای جدایش از هوا را کاهش میدهد. به عنوان مثال مقدار کمی از سیلیکون، در حدود 2 ppm، زمان جداپذیری هوا از روغن را افزایش میدهد. تاکید مینماییم که سیلیکون بهعنوان ادتیو آنتیفوم نیز به روغن اضافه میشود اما این مقدار از ppm 2 خیلی کمتر است.
افزایش ویسکوزیته روغن
به طور معمول هوای محبوس در روغن با ویسکوزیته پایین، سریعتر از روغن با ویسکوزیته بالا از بین میرود. به همین علت، اکسیداسیون روغن با افزایش ویسکوزیته به افزایش مقدار هوا در روغن توربین منجر میشود.
کاهش دمای روغن
سردشدن روغن، افزایش ویسکوزیته و در ادامه آن، افزایش مقدار هوای محبوس در روغن را در پی دارد. به همین خاطر مشکلات توربین در خصوص هوای محبوس در روغن، بیشتر در فصول سرد سال اتفاق میافتد.
عوامل مکانیکی
تلاطم روغن در مسیر روانکاری روغن توربین یکی از موانع جدی برای جدایش حباب هوا از روغن است. علت آن است که هوای محبوس شده در روغن با اثر عبور از پمپ و فیلتر به حباب های ریزتری تبدیل میشود و به راحتی از روغن خارج نمیگردد. با سرد شدن هوا این مسئله چشمگیرتر شده و ممکن است برای استارتشدن توربین مانعی بزرگی باشد.
نرخ air release روغن
نرخ جدا شدن هوا از روغن به دو عامل بستگی دارد:
- دمای روغن
با افزایش دما، ویسکوزیته روغن کاهش یافته و درنتیجه هوا راحت تر از روغن خارج میشود.
همانطور که در تصویر زیر مشاهده میکنید، روغن در دمای 25 درجه سانتیگراد نسبت به همان روغن در دمای 50 درجه سانتیگراد، Air release کمتری دارد.
- اندازه حباب
دومین عامل افزایش نرخ air release روغن، رشد حباب هوا می باشد. بزرگ شدن حباب باعث افزایش نیروی بیانسی شده
و درنتیجه نیروی بالابرنده حباب افزایش یافته و حباب هوا سریع تر از روغن، خارج میشود.
مشکلات روغن توربین به علت آلوده شدن با هوا
هوای موجود در روغن در هر حالتی برای تجهیزات توربین و روغن آن خطرآفرین است. شناوری هوا در جریان روغن توربین تأثیر مخربی بر خواص مکانیکی روغن داشته و میتواند باعث بروز پیامدهای نامطلوب زیر شود:
1- کاویتاسیون در پمپهای سیستم روانکاری.
2- تماس شفت توربین با یاتاقان و سایش قطعات به علت عملکرد اسفنجی روغن آلوده هوا میباشد. به عنوان مثال، سایشهای اتفاق افتاده در یاتاقان تراست توربین، ممکن است به علت خارج شدن هوای محلول از روغن و تبدیل آن به هوای نامحلول و محبوس باشد. در این شرایط ایجاد فشار مثبت در روغن ورودی به یاتاقان تراست به محلولشدن هوا در روغن کمک میکند.
3- تخریب حرارتی روغن به علت پدیده میکرودیزلینگ و اکسیداسیون روغن.
4- توقف ناخواسته توربین به علت کاهش ظرفیت خروجی پمپها و افت فشار سیستم روانکاری توربین.
5- ایجاد قفل هوایی و اختلال در فشارسازی پمپهای سانتریفیوژ سیستم روانکاری.
6- کاهش ضریب انتقال حرارتی روغن و اختلال در خنککاری یاتاقانهای توربین.
مقاله RBOT روغن توربین و پایداری اکسیداسیون را هم مشاهده کنید.
ارزیابی توانایی رهاسازی هوای روغن توربین با آزمایش ASTM D 3427
توانایی روغن در جداشدن از هوا با عنوان رهاسازی هوا [Air Release] شناخته میشود. این قابلیت روغن با استاندارد ASTM D 3427 اندازهگیری میگردد. در این آزمایش، ابتدا چگالی روغن اندازهگیری و ثبت شده، سپس هوا با فشار 0.2 bar و به مدت هفت دقیقه در ظرفی حاوی mL 200 روغن فرستاده میشود. ورود هوا به روغن سبب کاهش چگالی روغن خواهد شد. بنابراین مدت زمان لازم به منظور رهاسازی هوای روغن و بازگشت چگالی روغن به 93% چگالی اولیه بهعنوان نتیجه آزمایش گزارش میگردد.
بررسی میزان آلوده شدن روغن توربین با هوا در محل
از روغن توربین یک نمونه روغن بگیرید و مطابق توضیحات جدول زیر وضعیت توانایی رهاسازی هوای روغن توربین را بررسی نمایید. استفاده از چراغ قوه به تشخیص بهتر کمک خواهد کرد.
اظهار نظر توربین سازها در مورد air release روغن توربین
همانطور که در جدول زیر مشاهده میشود، توربینسازهای مختلف در مورد توانایی روغن در رهاسازی هوا اظهارنظر کردهاند. به عنوان مثال، شرکت سُلار حداکثر زمان مجاز رهاسازی هوا از روغن توربین را ده دقیقه اعلام نموده است.
در توربین گازی V94.2 مدت زمان توقف روغن در مخزن ذخیره روغن سیستم روانکاری، 5.5 دقیقه می باشد.
اظهار نظر استاندارد 4378 ASTM D در مورد air release روغن توربین
مطابق با نظر استاندارد ASTM D 4378، درصورتیکه زمان جداشدن هوا از روغن از دو برابر زمان ثبتشده برای روغن نو توربین بیشتر شود، باید نسبت به توانایی جدایش هوا از روغن اعلام نگرانی نمایید. در این شرایط و با توجه به نتایج سایر پارامترهای روغن پیشنهاد میگردد نسبت به جوانسازی روغن [Rejuvenation] و بهبود خاصیت رهاسازی هوای روغن اقدام شود. گفتنی است، بهجز چند مورد نادر، نمیتوان خاصیت رهاسازی هوا از روغن را با اضافهکردن ادتیوها بهبود بخشید و به همین سبب تلاش برای حفظ این خاصیت روغن اهمیت ویژهای دارد.
اظهارنظر ASTM D 6224 در مورد توانایی روغن تجهیزات bop نیروگاه در جداشدن از هوا
برای دانلود مقاله « قابلیت جداشدن هوا از روغن، دوماهنامه نگهداری و تعمیرات در صنایع معدن، سیمان و فولاد، سال یازدهم، شماره پنجاه و چهار، صفحات 43 الی 47، مرداد و شهریور ماه 1400 » به لینک زیر بروید.
