1- آنالیز روغن موتور دیزل
به طور کلی هدف از برنامه های پایش وضعیت از طریق آنالیز روغن موتور دیزل در این تحقیق عبارت از مقایسه خواص فیزیکی و شیمیایی روغن کار کرده با روغن نو به منظور ادامه کار روغن یا تعویض آن بوده است.
در همین راستا شاخص ها و معیارهای پایش وضعیت روغن که در خصوص نحوه عملکرد روغن نیز موثر می باشند مورد بررسی و تحليل قرار گرفته اند.
مراقبت و جلوگیری از آلودگی روغن به واسطه ذرات خارجی به منظور پیشگیری از آسیب قطعات، و تحلیل ذرات فلزی جهت تشخیص فرسایش قطعاتی که در تماس با روغن هستند به منظور پیشبینی تعمیرات بوده است.
در این تحقیق به کمک روش آنالیز روغن موتور دیزل زمان تعویض روغن موتور دیزل ساخت شرکت لیبهر مدل D9408 که در حال حاضر بعد از ۱۲۵ ساعت تعویض میشود مورد بحث و نتیجه قرار گرفته است.
تا بهترین زمان و شرایط تعویض روغن بصورت علمی توسط صنعت گران و کاربران این گونه موتورهای دیزل تشخیص و بکار برده شود.
٢- مواد و روش ها در آنالیز روغن موتور دیزل
یکی از مواد مهم در انجام آنالیز روغن موتور دیزل، انجام صحیح و درست نمونه گیری از روغن موتور میباشد.
در این تحقیق قواعد کلی برای نمونه گیری انجام شده است و نمونه های گرفته شده موتور در ظرفهای تمیز جمع آوری و برای آزمایش به آزمایشگاه ارسال شده است.
درون ظرف کاملا تمیز و عاری از هر گونه رطوبت بوده است و برای اطمینان حاصل کردن از این مطلب درب ظرف تا لحظه نمونه گیری بسته نگه داشته شده است و پس از نمونه گیری نیز بلافاصله بسته شده است.
مدل و مشخصات موتور دیزل در جدول 1 آمده است.
جدول 1- مدل و مشخصات موتور دیزل
برای تحلیل آنالیز روغن موتور دیزل از دو معیار عملکردی و معیارهای قابلیت اطمینان با معیارهای پیشبینانه و پیشگویانه استفاده گردید.
در معیارهای دسته اول محدوده هایی برای خواص روغن تعیین میشود که در صورتیکه خواص روغن در آن محدوده باشد روغن برای کارکرد مورد نظر قابل استفاده است.
این دسته از معیارها برای عواملی همچون ویسکوزیته، عدد بازی، مواد نامحلول و آلاینده های موجود در روغن تعیین میشود و روغن در صورتی باید استفاده شود یا استفاده از آن ادامه یابد که با این معیارها همخوانی داشته باشد.
دسته دوم معیارها برای عواملی تعیین میشوند که بررسی آنها منجر به ارزیابی وضعیت دستگاه و پیشبینی وضعیت آینده آن شود.
مثال بارز این عوامل عناصر فرسایشی است.
البته بدیهی است که اگر تغییر خواص روغن و یا افزایش آلاینده ها در مدت زمانی کمتر از آنچه انتظار میرود اتفاق بیفتد نشان از وجود عیب در دستگاه میباشد.
بنابراین معیارها برای عوامل دسته اول نیز قابل تعریف می باشند.
به طور کلی در ارزیابی این کمیت ها، دو عامل مقدار مطلق کمیت و دیگری تغییرات آن مورد بررسی قرار میگیرد.
در برنامه های آنالیز روغن موتور دیزل نیز در برخی نگرش ها مقدار مطلق کمیت ها و در برخی دیگر تغییرات و در بعضی از روش ها نیز هر دو به طور همزمان مورد توجه قرار گرفته شده است.
توجه به اینکه بسیار ضروری است که شرایط روغن تحت تاثیر عوامل زیادی همچون شرایط کارکرد، بارگذاری و بهره برداری از ماشین، مشخصات عمومی دستگاه مانند سازنده و مشخصات خاص دستگاه مانند عمر، لقی ها و غیره میباشد.
در نتیجه استفاده از این روش ها به عنوان یک راه حل کلی و بدون در نظر گرفتن سایر شرایط همواره نمی تواند نتایج مطلوبی داشته باشد.
تحليل مداوم روانکار در سیستم های بحرانی، سالیان طولانی به سه هدف مشاهده نرخ تغييرات مشخصه های روانکار، معین نمودن باقی ماندن روغن در محدوده عملکرد مناسب و تشخیص ریشه ها و عوامل بروز صورت میگرفته است.
هر برنامه آنالیز روغن موتور دیزل نیازمند تحلیل و بررسی جامع میباشد.
برنامه آنالیز روغن موتور دیزل میتواند به منظور نگه داشتن سطح آلاینده ها در یک محدوده خاص، کنترل مقدار آب و تشخیص نشتی آن و یا اهداف چون افزایش بهره وری یا افزایش زمان تعمیرات اساسی به میزان خاصی باشد.
به طور کلی آنالیز روغن موتور دیزل میتواند به منظور بهبود بهروری، نگهداری و مدیریت انجام شود.
تحقیقات زیادی در خصوص روش ها و راهکارهای تشخیص زمان تعویض روغن مورد تحقیق و مطالعه قرار گرفته است. تعویض بموقع روغن علاوه بر منافع اقتصادی که میتواند برای مصرف کننده داشته باشد میتواند به اقتصاد ملی کشور و صرفه جویی نیز منجر شود در صورتی که از روغن بیش از حد مجاز استفاده شود و تحلیل وضیعت روغن باعث مشخص شدن این موضوع گردد به نوبه خود میتواند باعث افزایش عمر ماشین گردد.
از جمله معیارهایی که برای آنالیز روغن موتور دیزل در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته است میتوان به روش روندگرایی (Trending analysis) اشاره کرد.
در این روش تغییرات کمیت های روغن با زمان برای یک نوع روغن و شرایط کارکرد آن مورد بررسی قرار میگیرد و با ارزیابی این تغییرات وضعیت روغن تعیین میشود.
در صورتیکه میزان فرسایش عادی عناصر مختلف در روغن تا حدود 100ppm باشد، ۵۰ درصد افزایش در این عناصر میتواند سطح هشدار مناسبی باشد،
باید توجه داشت که برای مقادیر بیشتر فرسایش این درصد باید کمتر و برای مقادیر کمتر این درصد باید بیشتر در نظر گرفته شود.
استفاده از شاخص های بدون بعد نیز میتواند روش مناسبی برای ارایه نتایج تحلیل آنالیز روغن موتور دیزل باشد، برای بدست آوردن نرخ تغییرات در آخرین اندازه گیری در این مقاله از رابطه زیر استفاده شده است.
در این رابطه:
: نرخ تغییرات آخرين اندازه گیری
: متوسط فرسایش مقادیر ما قبل آخرین اندازه گیری
: مقدار آخرین اندازه گیری
در این رابطه مقدار آخرین اندازه گیری، نتیجه به دست آمده از آخرین آزمایش و متوسط فرسایش، میانگین مقادیر بدست آمده از مقدار فرسایش به دست آمده از آزمایش های انجام شده قبلی بدست آمده است.
ارزیابی مقدار و تغییرات این شاخص ها در واقع نوعی ترکیب هم زمان سه روش ذکر شده میباشد.
معیارهای تعیین شده از طرف سازنده
بسیاری از سازندگان معیارها و راهنمایی هایی برای ارزیابی وضعیت روغن ارایه میدهند. این معیارها عمدتا حد مجاز آلاینده ها برای آسیب زدن به دستگاه میباشد.
٣- بحث و نتیجه گیری در آنالیز روغن موتور دیزل
نتایج آنالیز باید به دقت و باتوجه به خصوصیات دستگاه و نوع کاربرد عملی دستگاه تفسیر شود.
در این قسمت با توجه به نتایج بدست آمده در هر قسمت به بحث و نتیجه گیری پرداخته شده است.
3-1- عناصر فرسایشی در آنالیز روغن موتور دیزل
به کمک آزمایش طیف تابش اتمی (AES) Atomic Emission Spectroscopy مقدار عناصر فلزی و غیر فلزی موجود در روغن (۱۹ عنصر) بر اساس استاندارد 6595-ASTM D مورد آزمایش و شناسایی قرار گرفته اند.
برخی از این عناصر مانند آهن، آلومینیم و کرم، ناشی از فرسایش قطعات داخل موتور دیزل میباشند که به همین دلیل به آنها عناصر فرسایشی اطلاق کرده ایم.
نمودار شماره ۱ مقادیر عناصر فرسایشی در تاریخ های مختلف آزمایش را نمایش میدهد.
نتایج آزمایش ها نشان میدهند که اختلاف معنی دارای بین میزان عناصر فرسایشی در نمونه های اندازه گیری وجود ندارد.
همانگونه که جدول شماره ۲ نشان میدهد درصد تغييرات عناصر فرسایشی در آخرین آزمایش یعنی پس از ۱۶۰ ساعت کارکرد موتور در مورد اکثر عناصر کمتر از ۵۰ درصد بوده است و تنها در مورد سرب این درصد بالاتر از ۵۰ درصد میباشد.
ضمنا میزان کرم نیز در این اندازه گیری حدود ۴۹ درصد تغییرات داشته است و درصد تغییرات تمامی عناصر در ۱۵۰ ساعت کارکرد موتور کمتر از ۵۰ درصد میباشند.
نمودار 1- عناصر فرسایشی روغن در ساعت های مختلف کارکرد موتور دیزل
جدول 2- درصد تغییرات عناصر فرسایشی نسبت به متوسط تغییرات و متوسط عناصر فرسایش بعلاوه یک و دو برابر انحراف معیار
3-2- عناصر افزودنی در آنالیز روغن موتور دیزل
عناصر کلسیم، منیزیم، فسفر، روی و باریم نشان دهنده وجود مواد افزودنی در روغن میباشند.
نمودار شماره ۲ مقادیر عناصر افزودنی در تاریخ های مختلف آزمایش را نمایش میدهد.
این نمودار قدر مطلق درصد تغییرات این مواد را نمایش میدهد.
نتایج نشان دهنده این موضوع هستند که روغن تا ۱۵۰ ساعت نیز قابلیت کارکرد را دارد و عناصر افزودنی پس از ۱۶۰ ساعت کارکرد تغییرات زیادی را نسبت به متوسط مقادیر نداشته اند.
نمودار 2- عناصر افزودنی نمونه های روغن با زمانهای کارکرد مختلف
3-3- عناصر آلاینده در آنالیز روغن موتور دیزل
سیلیس و سدیم نیز که معمولا از محیط خارج وارد روغن میشوند که بعنوان آلاینده های روغن شناخته میشوند.
نمودار شماره ۳ مقادیر عناصر آینده شامل سیلیس و سدیم در آزمایش های مختلف روغن را نمایش میدهد.
وجود سیلیس در آزمایش های روغن میتواند بعلت ورود گردو غبار به درون موتور باشد.
سدیم موجود در روغن نیز میتواند ناشی از افزودنی های روغن و یا ورود ترکیباتی از جنس سدیم به داخل موتور باشد.
نمودار 3- عناصر آلاينده روغن در زمان های آزمایش
درصد تغييرات عناصر آلاینده پس از ۱۶۰ ساعت کارکرد موتور و متوسط مقادير عناصر آلاينده بعلاوه یک و دو انحراف معیار در جدول ۳ آمده است.
همانگونه که اعداد جدول نشان میدهند درصد تغییرات سدیم در روغن پس از ۱۶۰ ساعت کارکرد روغن 8/33 درصد بوده است و در بقیه عناصر درصد تغییرات بسیار پایین بوده است.
نتایج آنالیز عنصری روغن موتور دیزل نشان میدهند که مقادیر عناصر آلاینده پس از ۱۶۰ ساعت کارکرد موتور در ناحیه هشدار واقع نشده اند و این خود میتواند نشان دهنده و دلیل این موضوع باشد که تعویض روغن موتور پس از ۱۲۵ ساعت کارکرد موتور اصلا مقرون به صرفه و اقتصادی و علمی نمیباشد.
جدول 3- درصد تغییرات عناصر آلاینده نسبت به متوسط تغییرات
3-4- شاخص های فرسایشی در آنالیز روغن موتور دیزل
شاخص های فرسایشی در آنالیز روغن موتور دیزل از جمله شاخص مهم در نشان دادن افزایش سایش در قطعات موتور میباشد.
شاخص های مختلفی برای نشان دادن فرسایش در موتور ارایه شده اند که از آن جمله میتوان به شاخص ذرات درشت آهنی PQ (Particle Quantifier) اشاره کرد.
این شاخص میزان حضور ذرات درشت آهنی بزرگتر از ۱۰ میکرون را در روغن نشان میدهد.
نمودار شماره ۴ مقادیر شاخص PQ را ن در آنالیز روغن موتور دیزل مایش میدهد.
نمودار 4- شاخص های فرسایشی در روغن در ساعت مختلف کارکرد روغن
درصد تغییرات شاخص های فرسایشی در جدول شماره ۴ آمده شده است.
در این جدول متوسط عناصر فرسایشی بعلاوه یک و دو برابر انحراف معیار نیز در این جدول آورده شده است.
میزان شاخص در آخرین اندازه گیری نیز در وضعیت هشدار یعنی پین مقادیر متوسط تغييرات بعلاوه یک انحراف معیار و دو انحراف معیار نمیباشد.
جدول 4- درصد تغییرات شاخص فرسایشی نسبت به متوسط تغییرات
3- مشخصات فیزیکی و شیمیایی روغن در آنالیز روغن موتور دیزل
مشخصات فیزیکی و شیمایی روغن شامل ویسکوزیته، عدد قلیائیت TBN، عدد اسیدیته TAN و چندین شاخص دیگر میباشد که در این تحقیق شاخص های زیر مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.
ویسکوزیته در آنالیز روغن موتور دیزل
ویسکوزیته (Viscosity) یا گرانروی مهمترین مشخصه فیزیکی روغن میباشد که مقاومت آن را در مقابل سیلان تحت نیروی جاذبه نشان میدهد و معمولا در دمای ۴۰ و ۱۰۰ درجه سانتیگراد اندازه گیری میشود.
در این تحقیق میزان گرانروی با استفاده از استاندارد 445-ASTM D استفاده شده است.
واحد اندازه گیری گرانروی سانتی استوک(c St) میباشد.
همانگونه که نتایج آزمایش ها نشان میدهند تغييرات ویسکوزیته در تمامی اندازه گیری ها بسیار متفاوت بوده و نتیجه مطمئن و قابل اطمینانی از نحوه این تغییرات حاصل نمیشود.
نمودار شماره ۵ تغییرات گرانروی در روغن های مورد آزمایش با زمان های کارکرد مختلف را نمایش میدهد.
نمودار 5- تغییرات گرانروی نمونه های روغن با ساعت کارکرد مختلف
عدد قلیائیت در آنالیز روغن موتور دیزل
عدد قلیائیت یا TBN نشان دهنده میزان توانایی روغن برای مقابله با اسیدهای تولید شده در موتورهای احتراقی میباشد.
این عدد برای روغن های مختلف میتواند متفاوت باشد.
واحد اندازه گیری عدد قلیائیت mg KOH میباشد و استاندارد در نظر گرفته شده در این تحقیق برای محاسبه عدد قلیائیت استاندارد 2896-ASTM D بوده است.
نمودار شماره ۶ تغییرات مقادیر عدد قلیائیت نمونه های روغن را نمایش میدهد.
همانطور که از نتایج میدهند تغييرات TBN از مقدار توصیه شده در کلیه آزمایش ها بیشتر بوده و این عامل نیز نشان دهنده قابلیت استفاده از روغن تا ۱۵۰ ساعت کارکرد آن میباشد.
نمودار 6- عدد قلیائیت روغن
درصد تغییرات مشخصات فیزیکی و شیمیایی نمونه های روغن در جدول شماره ۶ آمده شده است.
در این جدول متوسط عناصر فرسایشی منهای یک و دو برابر انحراف معیار نیز نشان داده شده است.
میزان شاخص گرانروی در آخرین اندازه گیری تنها در وضعیت هشدار یعنی بین مقادیر متوسط تغييرات بعلاوه یک انحراف معیار و دو انحراف معیار بوده است.
جدول 6- درصد تغییرات مشخصات فیزیکی و شیمیایی روغن نسبت به متوسط تغییرات
4- نتیجه گیری آنالیز روغن موتور دیزل
با توجه به نتایج بدست آمده مشاهده میشود که روغن در بسیاری از خواص مورد نظر تا ۱۶۰ ساعت قابلیت کارکرد را داشته است اما در بعضی از عناصر و برای مثال سرب میزان این عنصر پس از ۱۶۰ ساعت کارکرد افزایش داشته است.
اما این روغن موتور در ۱۵۰ ساعت کارکرد تمامی خواص خود را نگه داشته و عناصر مختلف نیز تغییرات زیادی نداشته اند و میتوان نشان داد که زمان تعویض از روغن ۱۵۰ ساعت توصیه میشود. نو نیازی به تعویض روغن در ۱۲۵ ساعت نیست.
نتایج نشان میدهند درصد تغییرات عناصر فرسایشی پس از ۱۵۰ ساعت کارکرد روغن همگی کمتر از ۵۰ درصد و در حد قابل قبول بوده اند و درصد تغییرات عناصر فرسایشی در آخرین آزمایش یعنی پس از ۱۶۰ ساعت کارکرد موتور در مورد اکثر عناصر کمتر از ۵۰ درصد بوده است و تنها در مورد سرب این درصد بالاتر از ۵۰ درصد میباشد.
ضمنا میزان کرم نیز در این اندازه گیری حدود ۴۹ درصد تغییرات داشته است و درصد تغییرات تمامی عناصر در ۱۵۰ ساعت کارکرد موتور کمتر از ۵۰ درصد میباشند.
نتایج نشان دهنده این موضوع هستند که روغن تا ۱۵۰ ساعت نیز قابلیت کارکرد را دارد و عناصر افزودنی پس از ۱۶۰ ساعت کارکرد تغییرات زیادی را نسبت به متوسط مقادیر نداشته اند.
نتایج نشان میدهند که مقادیر عناصر آلاينده پس از ۱۶۰ساعت کارکرد موتور در ناحیه هشدار واقع نشده اند و این خود میتواند نشان دهنده و دلیل این موضوع باشد که تعویض روغن موتور پس از ۱۲۵ ساعت کارکرد موتور اصلا مقرون به صرفه و اقتصادی و علمی نمیباشد.
درصد کم تغییرات در خصوص شاخص فرسایشی موجود در روغن نیز میتواند عامل تعیین کننده ای در زمان تعویض روغن باشد. همانطور که از نتایج میدهند تغييرات TBN از مقدار توصیه شده در کلیه آزمایش ها بیشتر بوده و این عامل نیز نشان دهنده قابلیت استفاده از روغن تا ۱۵۰ ساعت کارکرد آن میباشد.
