یاتاقان ژورنال

قبل از اینکه به مبحث آنالیز روغن یاتاقان ژورنال  بپردازیم اجازه دهید در خصوص یاتاقان ژورنال مطالبی را بیان کنیم. این نوع بیرینگها که بیشتر در ابعاد بزرگ تولید می­شوند بصورت دو نیمه استوانه، شافت را در بر می­گیرند. سطح داخلی این نیمه استوانه­ها از یک لایه نرم و صیقلی بنام بابیت پوشیده شده است.

مقاومت بابیت بسیار کمتر از مقاومت شافت می­باشد تا در مواقعی که ذرات خارجی به همراه روغن وارد محفظه بین شافت و یاتاقان میگردد با درجه حرارت بالا می­رود بابیت از بین می­رود و صدمه­ای به شافت یا قسمت اصلی یاتاقان وارد می­کند.

نکته اصلی در مورد یاتاقانها فاصله مجاز بین یاتاقان و شافت می­باشد همانگونه که میدانید فضای خالی بین شافت و یاتاقان که دارای ضخامت کوچکی در حد هزارم اینج می­باشد توسط روغن پر می­شود به این لایه روغن که فضای بین شافت و یاتاقان را پر میکند فیلم روغن نیز گفته می­شود.

شکل 1: معرف یک عدد ژورنال بیرینگ به صورت نیم استوانه

آنالیز روغن یاتاقان: بابیت یاتاقان ژورنال و خواص آن

در سال ۱۸۳۹ میلادی آیزاک بابیت، اختراعی را به ثبت رسانید که در آن جعبه­ای را توسط الیاژ نرمی بر پایه قلع و سرب پوشش داده بود. این آلیاژ به تدریج دچار تحولاتی از نظر ترکیب شیمیایی شد به طوریکه امروزه آلیاژهای بابیت شامل عناصر مس، انتیموان و ارسنیک نیز می­باشند. این آلیاژها قابلیت تحمل بار بالا و حداکثر سختی ۳۲برینل را دارا می­باشند

علاوه بر این؛ مقاومت کم در برابر اصطکاک و سایش نسبتا کم؛ اختلاف جنسیت و نیز عملکرد مناسب در هنگام کاهش مواد خنک کننده و روان کننده از سایر خصوصیات این آلیاژها می­باشد. این آلیاژها به راحتی توسط روغن تر می­شوند و یک لایه روغن روی سطح آنها تشکیل می­شود که در مقابل خوردگی مقاوم هستند. در ضمن خواص مکانیکی خود را تا دمای حدود ۱۲۰ درجه سانتیگراد حفظ می­کنند.

بابیت­های پایه سرب معمولا دارای عناصر قلع و آنتیموان می­باشند که این عناصر باعث افزایش استحکام و سختی سرب می­شوند.

در جدول ۱ کاربرد سرب و آلومینیوم در قطعات دوار نشان داده شده است

جدول 1: کاربرد سرب و آلومینیوم در قطعات دوار 

 آلیاژهای سرب برای کارهای با دما و فشار پایین مناسب می­باشند. مقاومت خوردگی مناسب و قیمت پایین، آنها را برای کاربردهای بسیاری مناسب کرده است.

در یک کمپرسور GB-8001(V-419) طی چندین بار اندازه­گیری از نمونه روغن و ارسال به آزمایشگاه جهت آنالیز مشخص شد که میزان عنصر سرب در روغن فوق­العاده بالا می­باشد. مقادیر آلاینده­های روغن حاصل از نتایج آزمایشات آزمایشگاه بر روی نمونه روغن ارسالی در جدول شماره ۲ بیان شده است. لذا پس از بررسی وضعیت کمپرسور مشخص شد که ژورنال بیرینگ این دستگاه دچار فرسایش شده و نیاز به تعمیر و اصلاح دارد.

در مرحله دوم آسیب دیدگی (خش­دار شدن) وجود ذرات کرم و آلومینوم در روغن گویای سایش رینگ و پیستون و یاتاقان­هاست. در یک بررسی صورت گرفته بر روی کمپرسور موجود در این شرکت بنام 2033-GB که ابتدا از این کمپرسور نمونه روغن گرفته و پس از ارسال جهت تجزیه و تحلیل نمونه مشخص شد که در روغن آثار فرسایش قطعات آلیاژ آلمینیوم بالا است.

جدول ۲: میزان عناصر سرب و آلومینیوم همراه با مقادیر، حاصل از آزمایش روغن

آنالیز روغن یاتاقان: روغن­کاری یاتاقان ژورنال

از مدار اصلی روغن مسیری به قسمتهای ثابت روی بلوک راه دارد که روغن از آن مسیر وارد سوراخ مجرای روغن میل لنگ شده و سطح کلیه یاتاقانها را روغن کاری می­نماید. این روغن بصورت قشر نازکی (فیلم روغن) به سطوح متحرک محور میل لنگ و سطوح ثابت یاتاقانها می­چسبد و در اثر فشار مدار روغن میل لنگ در بستری از روغن بصورت شناور می­چرخد. در ابتدای کار میل لنگ دراثر نیروی وزن خود در روی کف یاتاقانها قرار دارد به محض روشن شدن موتور روغن در اثر چسبندگی به سطوح تماس مانند گوه­ای میل لنگ را بلند کرده و در مرکز یاتاقان نگه می­دارد. اصطکاکی که به این صورت ایجاد می­شود اصطکاک غلظتی روغن بوده و اگر به علت تشکیل نشدن قشر روغن فلز میل لنگ با فلز یاتاقان تماس پیدا کند؛ اصطکاک بالا رفته و گرمای یاتاقان بحدی می­رسد که بابیت را ذوب کرده و صدای ناشی از یاتاقان سوزی بگوش می­رسد بین پوسته یاتاقانها و میل لنگ لقی مجازی وجود دارد که اصطلاحا این فاصله را فاصله روغن نیز می­گویند هرچه این فاصله بیشتر باشد روغن به سرعت از یاتاقان­ها خارج می­شود اندازه این خلاصی در موتورهای مختلف متفاوت بوده و حدودا یک هزارم اینچ یا سه صدم میلیمتر بیشتر از معمول است در صورتی که آن خلاصی دو برابر گردد مقدار ریزش روغن 5 برابر می­شود افزایش خلاصی روغن سبب نرسیدن روغن به یاتاقان­های مجاور می­گردد زیرا پمپ روغن فقط مقدار معینی از روغن را می­تواند جابجا کند در نتیجه بیشتر روغنها از یاتاقانهای نزدیک مجرای روغن بیرون ریخته و به یاتاقانهای دورتر کمتر روغن می­رسد کاهش خلاصی روغن در یاتاقانها سبب می­شود که عمل روغنکاری صحیح انجام نگرفته و سائیدگی آنها سریع­تر شود همچنین مقدار روغن که به دیواره سیلندر پاشیده می­شود کافی نبوده و روغنکاری دیواره سیلندر و رینگ­ها بخوبی انجام نمی­شود در ضمن زمانی که لقی یاتاقانها زیاد باشد بجز اینکه روغن­ریزی موتور زیاد می­شود و فشار روغن پایین می­آید و افزایش روغن به دیواره سیلندر زیاد می­شود که باعث روغن سوزی می­گردد.

شكل ۲: خراب شدن بابیت در داخل ژورنال بیرینگ

آنالیز روغن یاتاقان: علل پیدایش عیب در یاتاقان ژورنال

1- فقدان روغن

نبود روغن یا کم بودن لول روغن در گیربکس منجر به ایجاد گرما بر اثر اصطکاک و در نتیجه خراب شدن بابیت داخل ژورنال خواهد شد.

۲- آلوده بودن روغن به ذرات

آلودگی روغن به ذرات ناخالص باعث سایش شده و منجر به خراشیدگی سطح داخلی بیرینگها می­شود. و این وضعیت در نتیجه کم شدن مقداری از فیلم روغن تاثیر بسزایی دارد.

۳- تاثیر آب بر روی سطوح و عمر یاتاقانها

الف) – وجود آب آزاد در داخل روغن روانکار در ایجاد انواع خوردگی، حفره­ها و صدمه زدن به سطوح یاتاقانها ژورنال کمک می­کند. به بیان ساده اختلاط آب با روغن به مدت طولانی باعث ایجاد اسید و جدایش مواد افزودنی از روغن شده و یک معجون شیمیایی مخرب ایجاد خواهد کرد. در ضمن بر اثر این پدیده باعث کاهش عمر یاتاقانها غلطشی از ۱۰ تا بیش از ۱۰۰ بار خواهد شد.

ب) – یاتاقانهای بابیتی که اکثرا از سرب و قلع تشکیل شده­اند به آسانی در مجاورت آب و اکسیژن اکسیده می­شوند.

ج) – گرم شدن روغن تا دمای c۱۳۰ باعث تشکیل حباب بخار روغن همراه با تبخیر آب شده و این عامل می­توانند حفره­هایی به شکل لانه زنبوری در روی سطح یاتاقانها بوجود آورند.

د) – وجود آب در داخل روغن روانکار باعث بوجود آمدن محیط خورنده و از بین رفتن لایه مرزی روغن می­شود. (علت این امر ناشی از واکنشهای اسیدی و آب)

۴- زنگ زدگی

زنگ زدگی عبارتست از تشکیل لایه فیلم اکسیدی: ئیدروکسیدی یا کربناته بر روی سطح خارجی فلزات در اثر فعل و انفعالات شیمیایی با یک اسید یا باز گفته می­شود

علت این امر اینست که هنگامی که ماشین متوقف شده و دمای آن تا نطقه شبنم افت می­کند؛ رطوبت داخل محفظه به قطرات آب تبدیل شده، روانکار را آلوده می­کند. درنتیجه سطح برینگ زنگ می­زند. در این صورت خوردگی زمانی اتفاق می­افتد که ترکیبات کلرین یا سولفور موجود در مواد افزودنی روانکار تحت دمای زیاد تجزیه می­شود.

آنالیز روغن یاتاقان: راههای آلوده یا خراب شدن روغن در کمپرسورهای پیستونی

همانطوریکه اطلاع دارید در داخل ( rankCase)این نوع کمپرسورها ژورنال بیرینگ قرار دارد که بوسیله فیلم روغن، عملیات روانکاری صورت می­پذیرد حال اگر آب وارد این محفظه شود باعث پایین آمدن ویسکوزیته روغن شده و در نتیجه عملیات روانکاری بر اثر آلودگی به خوبی اجرا نمی­شود.

١- سوراخ شدن تیوب­های مبدل روغن که بوسیله آب خنک می­شوند یکی از مهمترین عوامل نفوذ آب به درون این کمپرسورها می­باشد. در اثر این پدیده آب و روغن مخلوط شده و باعث نفوذ به داخل گیربکس شده و در نهایت منجر به پایین آمدن ویسکوزیته روغن و خراب شدن قطعات دوار از جمله ژورنال بیرینگ خواهد شد. بنابراین نیاز است مبدل طوری طراحی گردد که فشار آب از فشار روغن کمتر بوده تا در صورت خرابی مبدل، آب به درون روغن نشت ننماید.

۲- بالا بودن دمای بهره­برداری از این نوع کمپرسور موجب کاهش ویسکوزیته و کاهش ضخامت لایه روغن تشکیل شده بر روی قطعات می­شود. وجود لایه فوق باعث کاهش اصطکاک در هنگام حرکت قطعات بر روی یکدیگر گردیده و بدیهی است که هرگونه کاهش در ضخامت لایه روان­ساز می­تواند باعث افزایش اصطکاک در کمپرسور گردد.

۳- بهره­برداری طولانی از کمپرسور در هنگامی که دمای روغن در آن بین ۶۰ تا ۷۰ درجه سانتیگراد باشد می­تواند موجب اکسیداسیون روغن می­گردد. بعبارت دیگر اکسیداسیون روغن به سهم خود باعث افزایش ویسکوزیته و کاهش ضخامت لایه روغن و تشکیل مواد چسبنده بر روی قطعات می­گردد که در نهایت، این پدیده منجر به کاهش عمر مفید روغن و ضرورت تعویض زودرس آن خواهد شد.

در شکل ۳ آثار خرابی راد پیستون (Rod Piston) و پیستون (Piston) نشان داده شده است.

شكل ۳: ایجاد شدن خراشهای شدید در یک طرف پیستون مربوط به کمپرسور رفت و برگشتی (پیستونی)

علل پیدایش

الف – مخروطی بودن محل تماس پیستون با سیلندر

ب- عدم رعایت فاصله مابین پیستون و سیلندر

ج- بزگتر (Expand) شدن پیستون براثر افزایش دما

د- (Run Out)بودن راد پیستون

ه- در راستا نبودن (Out Center) پیستون و سیلندر (هم لول نبودن جهت نشیمنگاه پیستون)

آنالیز روغن یاتاقان: بررسی خرابی پیستون­ها، رینگ­ها و بوش­ها

خرابی پیستون مرتبط با روغن غالباً ناشی از رفتار ساینده روغن آلوده است که منجر به سایش بدنه پیستون می­شود. علائم مربوطه عبارتند از خاکستری کمرنگ شدن بدنه پیستون، از بین رفتن روکش کرومی تمامی رینگ­ها، فرسوده شدن، شیارهای رینگ روغن و ساییده شدن بیش از اندازه شیارها و سایش بوش. خش افتادگی به صورت خط­های خیلی باریک روی بدنه پیستون، به ویژه در قسمت سوراخ گژن پین، و خراشیدگی کم یا هرگونه خش خوردگی در اولین فاصله بین شیارهای رینگ ممکن است ناشی از روانکاری نامناسب بوش باشد. شکستن فیلم روغن می­تواند باعث ایجاد علایم گریپاژ باشد. عدم عملکرد صحیح رینگ پیستون­ها می­تواند سایش شیار فنر را نشان بدهد. مقداری سایش شیار فنر عادی است، اما نادیده گرفتن یا به تعویق انداختن فواصل زمانی تعویض روغن باعث (قفل شدن) شدید رینگ پیستون خواهد شد، و این وضعیت زمانی رخ می­دهد که فنر مذکور در شیار ساییده شده گیر کرده و از باز شدن کامل رینگ جلوگیری می­کند. آسیب دیدگی بوش ممکن است ناشی از فقدان روانکاری یا توسط مواد ساینده صورت گیرد، که موارد مذکور می­توانند قطر داخلی سیلندر را صیقلکاری کرده (طرح شطرنجی آن را از بین می­برند) و سطحی براق و روشن برجای بگذارند. رسوبات موجود در اولین و دومین فاصله بین شیارهای رینگ پیستون نشان دهنده این است که روغن دیگر نمی­تواند پیستون را تمیز نگه دارد. افت کیفیت و فساد بیش از اندازه روغن ممکن است بخاطر فواصل زمانی طولانی تعویض روغن یا انتخاب نامناسب طبقه­بندی عملکرد روغن باشد.

شکل ۴:ایجاد خراشهای شدید در یک طرف (BUSH BEARING) مربوط به کمپرسور رفت و برگشتی پتروشیمی رجال

نتیجه ­گیری آنالیز روغن یاتاقان

یک خرابی وقتی اتفاق می­افتد که یک ماده از یک قطعه دستگاه تحت تنشی بیش از حد توان قرار می­گیرد. این تنش­ها ممکن است تنش اضافی مکانیکی نباشد. مثلاً داغ شدن، خوردگی و یا شیمیایی دیگر دلیل آن باشد. بنابراین شناخت خواص فلز و آلیاژها در شناخت عوامل تخریب کمک به سزایی به آنالیز روغن می­نمایند. از طرف دیگر با انجام آنالیز روغن به موقع می­توان وجود و مقدار ذرات (سرب؛ آلومینیوم) را در کمپرسورها پیستونی و یا توربین­ها و غیره را شناسایی نمود، تا از این طریق بتوان علت خرابی را به موقع شناسایی کرد. بطور مثال وجود سرب و آلومینیوم در روغن یک عامل هشداردهنده در رابطه با سایش غیرعادی سیلندر و پیستون و یا بابیت در داخل ژورنال می­تواند باشد.

منبع: احمدرضا خراسانی ، هاشم فجر ” بررسی آلودگی‌های ناشی از عنصر سرب و آلومینیوم در روغن”  چهارمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیب‌یابی ماشین آلات ایران. تهران. دانشگاه صنعتی شریف، اسفند ۱۳۸۸