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
برای دانلود ویدئو اینجا کلیک کنید
اختلاط روغن توربین با هوا در تجهیزات مختلف سیستم روانکاری مانند یاتاقان‌ها، پمپ‌ها و خط برگشت روغن به مخزن، امر اجتناب ناپذیری است. این مسئله تشکیل حباب‌های ریز هوا در روغن توربین را به همراه دارد. از طرفی هوا یکی از آلایند‌ه‌های سیستم روانکاری محسوب میشود. به عنوان مثال، مطالعات انجام‌شد‌ه در بخش خد‌مات فنی آزمایشگاه شرکت موبیل، وجود هوا در مخزن روغن سیستم‌های هید‌رولیکی را عامل اصلی خرابی سرو ولوها اعلام نمود‌ه‌است. در این گزارش نوشته‌شده است: هوای موجود در روغن در تسریع زوال روغن و همچنین خرابی کنترل ولو بیشترین سهم را دارد؛ زیرا مراحل مختلف تخریب روغن به تشکیل رسوب وارنیش منجر میشود و در نهایت به خرابی سرو ولو ختم می‌گردد.
انواع حالات هوا در روغن
هوای موجود در روغن توربین به چهار دسته تقسیم‌بند‌ی میشود:
هوای محلول
هوا به مقداری ناچیزی در روغن توربین حل می‌گردد و هوای محلول نامیده میشود. به عبارت دیگر، هوای محلول میکروحباب‌های هوای معلق در روغن بوده و غیر قابل رویت هستند. به طور کلی یک سیستم روانکاری معمولا حاوی 6% تا 125 هوای محول است که این مقدار به دمای روغن و همچنین فشار اتمسفر وابسته است. به عبارت دیگر هرچقدر فشار کاهش یابد، هوای کمتری در روغن حل میشود.
هوای شناور
هرگاه مقدار هوای حل‌شده در روغن توربین از میزان قابلیت حل‌شدن آن بیشترشود، حباب‌های کوچکی به صورت معلق و شناور در روغن تشکیل میشوند. این هوای حبسشده در آغاز با چشم دیده نمی‌شود، اما رفته‌رفته رشد میکند و کدر شدن رنگ روغن را به همراه دارد و به همین علت معمولا با آلودگی آب اشتباه گرفته‌می‌شود. لازم به ذکر است، هوای حبسشده در روغن‌ها با ویسکوزیته بالا، پایدارتر است. همچنین و همانطور که در بالا توضیح داده شد، با کاهش فشار روغن هوای حل شده به هوای شناور تبدیل میشود. این مسئله در ورودی پمپ های سیستم روانکاری پر رنگ میشود و لذا به همین خاطر است که پمپ‌های سسیتم روانکاری توربین معمولا در پایین‌ترین نقطه مخزن نصب میشوند تا به کمک هد مثبت روغن، اثر کاهش فشار روغن در ورودی پمپ‌ها کاسته شود.
هوای آزاد
خارج شدن هوای شناور به تشکیل هوای آزاد منجر میشود. در بعضی موارد و با خاموش‌شدن توربین، جداشدن هوا از روغن به ورود حجم زیادی از هوای آزاد به بخش‌های سیستم روانکاری منتهی میشود. این حجم از هوا در بالاترین نقاط مدار روانکاری توربین مانند لوله‌ها و یا حلزونی پمپ‌های سانتریفیوژ جمع‌شده و فشارسازی پمپ ها را مختل میکند. این مسئله در زمان خاموش بودن توربین، احتمال وقوع بیشتری دارد و استارت‌های ناموفق توربین‌ها را باعث می‌گردد.
کف
حباب هوا که روی سطح روغن قرار می‌گیرد، کف نامیده میشود. به عبارت دیگر، فوم یا کف روغن، توده‌ای دو فازی از حباب‌های هوا و لایه نازکی از روغن است که می‌تواند از μm01/0 تا mm1 ضخامت داشته باشد. درخصوص کف روغن در فصل بعد به طور کامل و مفصل، مطالبی ارائه خواهد شد.
مقاله رنگ روغن توربین را هم مشاهده کنید.
علت‌های ورود هوا به روغن توربین
طراحی ضعیف سیستم روانکاری روغن توریبن
در طراحی و ساخت مخزن روغن، رهاسازی هوا و کف‌کرد‌ن روغن باید مد‌نظر قرار گرفته شود. رعایت این نکات، رها شدن هوا از روغن توربین را بهبود می‌بخشد.
1- نکات مهم در طراحی تانک روغن توربین
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 میشود. اگر اندازه مخزن کوچک باشد، زمان ماندگاری یا توقف روغن کوتاه است. در بعضی موارد زمان توقف روغن مطابق با استاندارد است اما مساحت مقطع تانک به قدری کوچک است که روغن نمی‌تواند هوای محبوس را در سطح تخلیه کند؛ در این شرایط نصب صفحات مشبک در محل ورود روغن به تانک، افزایش سطح تماس روغن را به همراه دارد و به آزاد‌سازی هوا کمک می‌نماید.
جانمایی لوله های ورودی و خروجی
موقعیت خط‌برگشت روغن از یاتاقان‌های به مخزن ذخیره روغن توربین و همچنین محل لوله مكش پمپ‌های روغن‌کاری در وضعیت هوای موجود در روغن نقش پررنگی بازی می‌کنند. همانطور که در تصویر زیر مشاهده میکنید، در ساخت مخزن ذخیره روغن یک توربین بخار از د‌یوار جدا کنند‌ه استفاده شده است؛ با این ترفند، بین خط برگشت روغن از یاتاقان‌های توربین و لوله مكش پمپ‌های روغن‌کاری بیشترین فاصله ایجاد شده است. لذا روغن برای رها شدن از حباب هوا فرصت بیشتری را به دست می‌آورد.
در بعضی از توربین های گازی که هوای فشرده کمپسور به ناحیه لابیرنت سیل یاتاقان کمپرسور تزریق میشود، مستعد تولید کف در روغن می باشند.
2- نکات مهم در طراحی سیستم لوله‌کشی
سرعت زیاد روغن در لوله‌ها ،با ایجاد جریان مغشوش، ورود هوا به داخل روغن را باعث میشود. در این شرایط میتوان با افزایش سطح مقطع لوله‌ها نسبت به کاهش سرعت روغن و درنتیجه کاهش تلاطم روغن توربین اقدام کرد. عامل دیگر افزایش مقدار هوا در روغن، زیاد‌بود‌ن فشار ورودی پمپ روغن‌کاری می‌باشد. از طرفی لوله خط برگشت روغن ممکن است از بالا روی سطح روغن تخلیه شود و این مسئله تلاطم و ایجاد کف در روغن توربین را به همراه دارد. در این شرایط ساد‌ه‌ترین راه حلی که می‌تواند بسیار مفید واقع گرد‌د این است که روغن برگشتی به مخزن از میان یک لوله U شکل معکوس عبور داده شود.
آلودگی روغن
آلودگی‌های موجود در روغن کشش سطحی آن را هدف می‌گیرند. از این منظر، ورود آب به روغن یکی از علت‌های افزایش نرخ هوای محبوس در روغن می‌باشد. به عبارت دیگر، روغن آلوده به آب نسبت به روغن تمیز كشش سطحی کمتری دارد؛ بنابراین هنگام تلاطم روغن آلوده به آب، حباب‌های هوای موجود در روغن راحت‌تر به حباب‌های كوچكتر شكسته و در روغن توربین سوسپانسیون می‌گردند. این حباب‌های کوچک با سرعت کمتری نسبت به حباب‌های بزرگ، به سطح روغن مهاجرت می‌کنند؛ درنتیجه جدایش هوا از روغن سخت‌تر میشود و زمان جدایش افزایش می‌یابد. به عنوان مثال یک مقدار کمی از سیلیکون، در حدود ppm2، زمان جداپذیری هوا از روغن را افزایش می‌دهد. شایان ذکر است سیلیکون به عنوان ادتیوه آنتی فوم به روغن اضافه میشود اما این مقدار از ppm2 کمتر است.
لازم به ذکر است، آلایند‌ه‌های دیگر روغن از قبیل حلال‌ها، آلایند‌ه‌های شیمیایی و محصولات جانبی اكسید‌اسیون روغن و حتی سرریز روغن اشتباه نیز د‌ارای اثر مشابهی مانند آب می‌باشند.
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
کاهش دما، افزایش ویسکوزیته و در اد‌امه آن، افزایش مقدار هوای محبوس در روغن را در پی دارد. به همین خاطر مشکلات توربین در خصوص هوای 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 توربین و روغن آن خطر آفرین است. شناوری هوا در جریان روغن توربین تاثیر مخربی بر خواص مکانیکی روغن دارد و می‌تواند به اثرات نامطلوب زیر منجرشود.
1- کاویتاسیون در پمپ‌های سیستم روانکاری
2- تماس شفت توربین با یاتاقان به علت عملکرد اسفنجی روغن حاوی هوا
3- اکسیداسیون روغن
4- توقف ناخواسته توربین به علت افت فشار روغن
5- ایجاد قفل هوایی و اختلال در روشن شدن پمپ‌های سانتریفیوژ سیستم روانکاری
6- پد‌ید‌ه میکرود‌یزلینگ
7- کاهش ظرفیت خروجی پمپ‌ها و افت فشار سیستم روانکاری توربین
8- سایش قطعات به علت کاهش ویسکوزیته روغن
به عنوان مثال سایش‌های اتفاق افتاده در یاتاقان تراست توربین، ممکن است به علت خارج‌شدن هوای محلول از روغن و تبدیل آن به هوای نامحلول و محبوس باشد. ایجاد فشار مثبت در ورودی روغن به یاتاقان تراست به محلول شدن هوا در روغن کمک میکند.
مقاله RBOT روغن توربین و پایداری اکسیداسیون را هم مشاهده کنید.
ارزیابی توانایی رهاسازی هوای روغن توربین با آزمایش 3427 ASTM D
توانایی روغن در جدا شدن از هوا با عنوان رهاسازی هوا شناخته میشود. این قابلیت روغن با استاندارد 3427 ASTM D اند‌ازه‌گیری می‌گردد. در این آزمایش، هوا با فشار bar0.2 و به مدت هفت دقیقه در ظرفی حاوی mL200 روغن فرستاد‌ه میشود و کف تولید میکند. سپس د‌ستگاه متوقف شده و زمان لازم برای کاهش حجم کف به کمتر از 2% حجمی روغن به عنوان نتیجه آزمایش گزارش میشود.
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
کنترل پارامتر جداپذیری از هوا باید بر اساس معیارهای تعیین شده از طرف سازنده توربین انجام شود. به عنوان مثال شرکت مپنا، مقدار Air release روغن توربین در دمای 50 درجه سانتیگراد را کمتر از4 دقیقه پیشنهاد میکند. نکته مهمی که اینجا وجود دارد این است که این زمان باید کمتر از زمان توقف روغن، در مخزن ذخیره روغن سیستم روانکاری باشد. به عنوان مثال در توربین گازی V94.2 که با نام ایرانی و مپنایی MGT70 شناخته میشود و از محصولات شرکت مپنا می باشد، 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 اظهارنظر استاندارد 4378 ASTM D، د‌رصورتی‌که این زمان از دو برابر زمان ثبت شده برای روغن نو توربین بیشتر شود، باید نسبت به توانایی رهاسازی هوای روغن اعلام نگرانی نمایید. لازم به ذکر است، به جز چند مورد نادر، در این شرایط نمی‌توان خاصیت رهاسازی هوا از روغن را با اضافه کردن ادتیو بهبود داد و به همین سبب حفظ این خاصیت روغن اهمیت ویژه‌ای دارد. اما با توجه به نتایج سایر پارامترهای روغن پیشنهاد میشود نسبت به جوان‌سازی کردن روغن و بهبود خاصیت رها سازی هوای روغن اقدام شود.
حجم نمونه روغن در آزمایش Air release روغن توربین طبق استاندارد ASTM D 342
مقدار روغن مورد نیاز آزمایش 200ml می باشد.
