یکی از اهداف بسیار مهم در بکارگیری فن آوری مراقبت وضعيت (CM)، شناسایی و کنترل عوامل ریشه­ای فرسایش غیرعادی سیستم­های مکانیکی می­باشد. براساس تحقیقات به عمل آمده، آلودگی روانکارها، یکی از عوامل مهم فرسایش و خرابی تجهیزات در ایران و جهان می­باشد. به همین دلیل، در برنامه­های CM، ارزیابی و کنترل آلودگی­های روانکارها از مهمترین فاکتورهای کنترل تلقی می­شود.

هر چند وجود روانکار برای آن دسته از تجهیزات مکانیکی که دارای سیستم روانکاری هستند حیاتی است، ولی حضور روانکار آلوده و یا فاقد کیفیت خود عامل ایجاد و تشدید انواع فرسایش­ها در سیستم مکانیکی می­باشد. وجود ذرات جامد آلاینده در روانکارها، صرفنظر از نوع و منبع آنها، یکی از انواع متداول آلودگی­های روانکارها می­باشد که باعث فرسایش قطعات داخلی سیستم­های مکانیکی، به ویژه قطعات متحرک می­شود. به همین دلیل، امروزه آلودگی روانکارها به ذرات جامد معلق، به عنوان یکی از منابع اصلی فرسایش سیستم­های مکانیکی شناخته می­شود.

از آنجایی که در سیستم روانکاری سیستم­های مکانیکی، روغن در همه نقاط داخلی دستگاه جریان دارد، ذرات جامد آلاینده همراه با سیال به قطعات مسیر حرکت آسیب می­رساند. به ویژه در ارتباط با قطعات ظریف و حساس متحرک نظير ياتاقان­ها، شیرهای هیدرولیک، اسپول­ها و غیره، این پدیده از اهمیت بیشتری برخوردار است. به همین دلیل کنترل روانکارها از نظر کیفیت و میزان آلودگی، برای حفظ و سلامت تجهیزات پسیار حایز اهمیت می­باشد. هر چند حفظ و پاکیزگی روانکارها به طور کامل بسیار مشکل و شاید غیرممکن باشد، ولی بهبود سطح تمیزی آنها براساس استانداردها و متناسب با نوع و میزان حساسیت تجهیزات مختلف مکانیکی و توصیه­های سازندگان آنها، دور از دسترس و غیر ممکن نمی­باشد.

جامعه صنعتی جهان در برخورد با این معضل مشترک، شاخص­ها و استانداردهای خاصی را ارایه نموده و به منظور ارزیابی و کنترل آلودگی­ها، تکنیک­های مختلفی را معرفی و توصیه می­نماید تا از این طریق از خسارت­های گسترده آلودگی­های روانکارها پیشگیری و احتراز شود. استانداردهای NAS1638 و ISO4406 از جمله آزمایش­ها و روش­های کنترل سطح تمیزی روانکارها می­باشد که در این ارتباط تعريف و معرفی شده­اند.

آلودگی­ های روانکارها و سطح تمیزی روغن نو

صرفنظر از آلودگی­های روانکارها به مواد شیمیایی و سیالات نظير: آب، سوخت و غیره، در صنایع مختلف آلودگی تجهیزات مکانیکی به ذرات جامد بستگی به چگونگی عواملی نظیر موارد زیر خواهد داشت:

– نوع و دقت طراحی

– شرایط و محیط کاری

– کیفیت نگهداری و غیره

به طور کلی وجود ذرات آلاینده در سیستم­های مکانیکی می­تواند از دو منبع داخل و یا خارج دستگاه باشد. نفوذ ذرات آلاینده جامد به داخل سیستم­های مکانیکی عمدتا مربوط به مرحله کار دستگاه می­باشد. با این حال روانکارهای نو و آلوده به ذرات معلق جامد به عنوان یکی از منابع مبتلا به ورود آلودگی به داخل همه تجهیزات مکانیکی شناخته می­شود.

در بسیاری از موارد، روانکارها قبل اینکه مورد استفاده قرار گیرند، از طرق مختلفی دچار آلودگی می­شوند نظیر: مرحله تولید، حمل و نقل یا نگهداری و غیره. به این ترتیب آلودگی همراه با روغن نو وارد سیستم مکانیکی می­شود. ذرات آلاینده در روغن­های نو متناسب با مقدار، جنس، نوع و اندازه، می­تواند منجر به آثار فرسایشی در سیستم­های مکانیکی گردد. به طور کلی می­توان گفت که آلودگی­های روغن­های نو، بالقوه همان آثار تخریبی و فرسایشی ذرات جامد معلق در روغن­های کارکرده یعنی فرسایش تراشه­ای (Abrasive Wear) را خواهد داشت. به همین دلیل در بسیاری از سیستم­های حساس مکانیکی، توصیه می­شود پس از تعویض روغن، به دستگاه مدتی فرصت داده شود تا بدون بار (Idle)، کار کرده و بتواند روغن نو را به کمک سیستم فیلتر خود تصفیه نماید.

در همین ارتباط، نمودار شماره (۱)، تراکم ذرات آلاينده نمونه روغن نو، بلافاصله پس از ریختن روغن به دستگاه و قبل از کار را با تراکم ذرات نمونه همان روغن پس از مدتی از کار دستگاه مقایسه نموده است. همان طوری که ملاحظه می­شود تعداد و اندازه ذرات موجود در نمونه روغن نو در ابتدای استفاده در یک سیستم هیدرولیک به میزان قابل توجهی بیش از تعداد ذرات در همان روغن پس از مدتی کار دستگاه می­باشد. به عبارت دیگر، روغن نو پس از مدتی کار در دستگاه، توسط سیستم فیلتر موجود در آن دستگاه به سطح تمیزی بالاتری رسیده است.

شکل شماره (۱)

مکانیزم فرسایش تراشه­ای (Abrasive)

براساس گزارش­های تحقیقاتی و مقالات علمی، فرسایش تراشه­ای (Abrasive wear)، به عنوان یکی از رایج­ترین مکانیزم­های فرسایشی مبتلا به سیستم­های مکانیکی، تقریبا در همه صنعت جهان شناخته می­شود. فرسایش تراشه­ای، چه از نوع دوعضوی و چه سه عضوی، خسارت و ضایعات فراوانی را در سیستم­های متحرک مکانیکی ایجاد می­نماید. فرسایش تراشه­ای سه عضوی که در اثر حضور ذرات و آلاینده­های جامد معلق در روانکارها بوجود می­آید، باعث فرسایش جدی قطعات متحرک ماشین می­شود تصویر (۲) به طور شماتیک چگونگی این پدیده را نشان می­دهد.

شکل (2). مکانیزم فرسایش تراشه­ای (Abrasive)

امروزه با پیشرفت تکنولوژی، تجهیزات مکانیکی دارای طراحی­های دقیقتر بوده و قطعات ماشین­آلات در مقایسه با نسل قبل دارای تلورانس­های ظریف و محدودتری می­باشند و به همین دلیل از قدرت، کارایی و راندمان نسبی بالاتری برخوردار هستند. از طرف دیگر، ظرافت قطعات متحرک، حساسیت و آسیب­پذیری بیشتری را در برخورد با پدیده آلودگی روانکارها از خود نشان می­دهند. به ویژه خراش و فرسایش ناشی از مکانیزم فرسایش تراشه­ای سه عضوی، باعث افت فاکتورهایی نظیر فشار سیالات، قدرت و راندمان سیستم­های مکانیکی می­شود. خراش­ها و فرسایش ایجاد شده در سطح قطعاتی که وظیفه حفظ فشار سیالات ناقل قدرت و یا روانکاری را دارد، عامل این پدیده می­باشد.

ذرات جامد معلق در روغن علاوه بر ایجاد فرسایش تراشه­ای می­تواند در تشکیل فیلم روغن بین قطعات نیز اختلال ایجاد نماید. همچنین ذرات آلاینده، می­تواند باعث گرفتگی سیستم­های فیلتر و مسیرهای حرکت روغن شود. گذرگاه­ها و قطعات ظریف و حساس شیرها و سیستم­های کنترل در اثر برخورد و سایش ذرات جامد آلودگی، آسیب جدی خواهند دید. ذرات فرسایشی حاصل از فرآیند فرسایش تراشه­ای نیز خود به طور مضاعفی باعث کاهش سطح تمیزی روانکار و تشديد فرسایش خواهد شد.

خسارت ناشی از آلودگی روانکارها

گزارش­های علمی و تحقیقاتی زیادی در مورد نقش و اهمیت آلودگی روانکارها در فرسایش و خسارات به سیستم­های مکانیکی ارایه شده است. براساس گزارش کاترپیلار، کثیفی و آلودگی روغن علت درجه یک خرابی­های سیستم هیدرولیک می­باشد. مجله طراحی ماشین (Machine Design) اظهار نموده است که تنها ۱۰٪ رولر بيرينگ­ها به حد خستگی میرسند، زیرا در ۹۰% موارد به دلیل آلودگی روغن دچار عيوب زودرس می­شوند. شرکت Vickers، تولیدکننده معتبر پمپها و سیستم­های دقیق مکانیکی، طی گزارشی اظهار نموده است که ۹۰٪ از خرابی­ها ناشی از آلودگی­ها و ذرات ساینده می­باشد. شرکت Rolls Royce گزارش نموده است که در ۷۰% خرابی­های پیش­بینی نشده موتورهای آن شرکت، آلودگی نقش موثر داشته است.

در ایران نیز، طی مطالعه­ای که توسط واحد تحقیقات یک آزمایشگاه روغن روی بیش از ۱۰۰۰۰۰ نمونه روغن از ماشین آلات مختلف صنایع در اقصی نقاط کشور انجام شد، مشخص گردید که به طور کلی در حدود ۸۰٪ موارد، آلودگی روغن در فرسایش­های غیرعادی تجهیزات نقش موثر داشته است.

روش تحقیق بررسی سطح تمیزی روغن نو

هر روزه تعداد زیادی نمونه­های روغن نو (New Oil) و کارکرده (Used Oil)، جهت آنالیزهای مختلف و ارزیابی، از صنایع مختلف کشور به این آزمایشگاه روغن ارسال می­گردد. همچنین از طرف موسسه استاندارد، نمونه­های روغن­های نو جهت کنترل کیفیت از سراسر کشور به این آزمایشگاه ارسال می­شود. گزارش­ها و مشاهدات پراکنده، نشان دهنده بالا بودن سطح آلودگی روانکارهای نو بوده است. به این دلیل ایده بررسی دقیقتر وضعیت آلودگی روغن­های نو، در قالب پروژه حاضر مطرح گردید.

در این تحقیق، علاوه بر مشاهدات و بررسی نتایج آزمایش نمونه روغن­های نو، تعدادی از نمونه­های مختلف روغن نو: موتور، هیدرولیک و توربین با هدف ارزیابی دقیقتر سطح تمیزی، به طور اتفاقی (Random)، از میان نمونه­های رسیده، انتخاب گردید. علاوه بر آن تعدادی نمونه روغن نو هیدرولیک و توربین نیز مستقیما از توزیع­کنندگان آنها خریداری و تهیه شد. به این ترتیب، نمونه­های انتخابی از منابع کاملا متنوعی تهیه و مورد آزمایش قرار گرفتند. جهت ارزیابی سطح تمیزی نمونه­ها و شناسایی ذرات و عناصر موجود در آنها، از آزمایشهای تخصصی زیر استفاه شد:

– آنالیز عنصری (Elemental Analysis)

(Particle Density) PD –

 (Particle Analyser) PA –

(Particle Counting) PC –

 (Analytical Ferrography) AF –

در برخی نمونه­ها، به دلیل ناکافی بودن حجم نمونه، امکان انجام همه آزمایش­ها وجود نداشته است.

انجام آزمایش ها و تعیین سطح تمیزی روغن نو

کلیه نمونه ­های انتخابی ابتدا با روش آنالیز عنصری مورد آزمایش قرار گرفتند که نتایج حاصله در جداول (۱، ۲ و ۳) خلاصه شده است.

جدول (۱)، نتایج نمونه ­های روغن هیدرولیک

جدول (۲)، نتایج نمونه ­های روغن موتور

جدول (۳)، نتایج نمونه ­های روغن توربین

 به منظور ارزیابی سطح تمیزی کلیه نمونه­های انتخابی، از تکنیک (PA) نیز که یکی از پیشرفته­ترین آزمایش­ها در این زمینه است استفاده گردید. از طریق این آزمایش امکان شمارش ذرات معلق در نمونه و شناسایی شکل و تا حدی نوع آنها وجود دارد. همچنین به منظور بررسی دقیقتر نتایج، کلیه نمونه­ها به کمک آزمایش PD مورد ارزیابی قرار گرفت.

همان طوری که در گزارش آزمایش نمونه­ها ملاحظه می­شود (تصاویر ۳، ۴ و ۵)، ذرات آلاينده معلق در نمونه­ها از نظر اندازه، شکل و جنس بسیار متنوع می­باشند.

شکل (3). تصاویر ذرات نمونه های هیدرولیک

شکل (4). تصاویر ذرات نمونه های موتور

شکل (5). تصاویر ذرات نمونه های توربین

 نتایج آزمایش PA نیز به صورت کد استاندارد مربوطه در جداول فوق الذكر خلاصه شده است. همان­طوری که در این جدول ملاحظه می­شود

علاوه بر آزمایش PA برای تعدادی از نمونه­ها که دارای حجم کافی روغن بودند، آزمایش شمارش ذرات (PC)Particle Counting  نیز انجام گردید تا نتایج حاصل از تست PA مورد ارزیابی مجدد قرار گیرد. نتایج دو آزمایش در حد خوبی هماهنگ بودند، جداول فوق الذکر.

بررسی ذرات آلاینده و سطح تمیزی روغن نو

نتایج آزمایش آنالیز عنصری برای اکثریت نمونه­ها، حضور ذرات آلاينده قابل توجهی را در روغن­های نو نشان داده است. همان­طوری که در جداول شماره­های (۱، ۲ و ۳) ملاحظه می­شود، در برخی از نمونه­های روغن موتور، سطح آلودگی سیلیس، معمولا ناشی از حضور گرد و غبار، بالا است. در حالی که حضور عنصر سیلیسیم در نمونه­های روغن­های توربین و هیدرولیک پایین است، نتایج آزمایش آنالیز عنصری حضور قابل توجه دیگر عناصر فلزی نیز را نشان نداده است.

نتایج آزمایش PA برای نمونه­های روغن هیدرولیک نو، نشان دهنده بالا بودن تعداد ذرات جامد آلاینده و پایین بودن سطح تمیزی اکثریت نمونه­ها می­باشد، به ویژه نمونه­های شماره ۳، ۵ و ۶، به ترتیب با کدهای استاندارد 16/21/23، 14/19/22 و 16/22/23. این در حالی است که براساس گزارش کاربران و تولید کنندگان تجهیزات، برای روغن کارکرده سیستم­های هیدرولیک حساس دارای فشار بالا، محدوده کدهای استاندارد: 10/13/15 تا 15/18/20 قابل قبول می­باشد.

همان­طوری که در تصاویر شکل (۲) ملاحظه می­شود، برای روغن­های موتور، آلودگی نمونه­ها به مراتب بالاتر است جدول (۲). البته میزان حساسیت روغن موتور به سطح تمیزی کمتر از سیستم­های حساس توربين و هیدرولیک می­باشد.

با این حال همان طوری که نتایج آزمایشهای PD و AF نشان می­دهد، شکل­های شماره ۳، ۴ و ۵، اکثریت نمونه­های آزمایش شده، دارای ذرات معلق مختلف در اندازه شکل­های مختلف و بعضا بزرگی هستند. غالب ذرات جامد معلق در نمونه­های انتخابی از نوع ذرات غير فلزی، فیبرها، الياف و ذرات پلیمری می­باشد. همچنین ذرات فلزی مختلف شامل آهن، مس، بابیت و اکسیدهای فلزی و غیره نیز در اکثر نمونه­ها با تراکم­های مختلف دیده می­شود. آزمایش AF به طور مشهودتری حضور برخی ذرات فلزی را در نمونه­ها نشان می­دهد.

ذرات معلق فلزی موجود در برخی نمونه­ها، می­تواند ناشی از بقایای ذرات فلزی جداره لوله­ها، ظروف روغن و یا ذرات به جا مانده از فرآیند جوش باشد. همچنین اکسیدهای فلزی می­تواند مربوط به زنگ زدگی جدارهای فلزی، در حمل و نقل و یا ظروف و مخازن باشد. شاید قابل توجه باشد که نمونه شماره ۵ موتور، متعلق به یک نوع روغن موتور وارداتی بوده و نمونه از ظرف فلزی یک لیتری کاملا بسته­بندی شده انتخاب شده است. همچنین نمونه شماره ۶ موتور با نام یکی از تولیدکنندگان معتبر روغن موتور داخلی توزیع شده است. پس از بررسی مشخص شد این روغن به طور تقلبی از روغن­های بازیافتی فاقد کیفیت تهیه، بسته­بندی و به نام شرکت معتبر توزیع شده است. همان­طوری که ملاحظه می­شود این روغن مملو از ذرات جامد فلزی و غیر فلزی بوده است.

سطح تمیزی روغن­های توربین در مجموع بهتر از نمونه­های روغن هیدرولیک و موتور می­باشد. با این حال همان طوری که ملاحظه می­شود، در برخی نمونه­ها، سطح تمیزی نمونه­های توربین نیز رضایت بخش نمی­باشد. در این ارتباط به نمونه­های شماره ۲، ۴ و ۶ می­توان اشاره نمود.

از بررسی نتایج آزمایش­ها می­توان ملاحظه نمود که سطح تمیزی روغن­های آزمایش شده وابستگی زیادی به نوع روغن­ها و تولیدکننده داشته است. به عبارت دیگر، سطح آلودگی روغن­های موتور به میزان قابل توجهی بالاتر از نمونه­های هیدرولیک و توربین بوده است. همچنین، سطح تمیزی نمونه روغن برخی از تولیدکنندگان از نمونه­های مشابه بالاتر می­باشد.

نتیجه

انجام این تحقیق که برای نخستین بار در کشور صورت گرفت، آگاهی مفیدی را در مورد وضعیت تمیزی روانکارهای نو ارایه می­نماید. استفاده از تکنیک­های CM در جهت کنترل و حصول اطمینان از سطح تمیزی روانکارهای مصرفی، قبل از استفاه ضروری به نظر می­رسد. اکثریت نمونه­های کنترل شده، به نوعی دچار آلودگی­های مختلف بوده و از سطح تمیزی مورد انتظار یک روانکار نو برخوردار نبوده­اند. به همین دلیل در سیستم­های حساس، در ابتدای استفاده از روغن­های نو، بایستی احتیاط و تمهیدات لازم جهت اجتناب از آسیب ناشی از آلودگی روغن به عمل آید.

هر چند نتایج نمونه­هایی را که در این کار تحقیقی مورد آزمایش و ارزیابی قرار گرفته است را نمی­توان به عنوان نماینده کاملی از جامعه آماری هدف در نظر گرفت، با این حال از نتایج مجموع نمونه­های آزمایش شده، می­توان وضعیت کلی روغن­های مختلف در بازار مصرف را از نظر سطح تمیزی ارزیابی نمود. باتوجه به تنوع منابع تهیه نمونه­ها، می­توان نتایج بدست آمده را در حد قابل قبولی به سطح کل صنعت تعمیم داد. صرفنظر از آثار فرآیند حمل و نقل و جابجایی­ها، سطح تمیزی روغن­ها بسته به نوع آنها متفاوت می­باشد. همچنین سطح تمیزی روغن­ها تا حد زیادی وابسته به دقت­های فرآیند تولید می­باشد. به تولید کنندگان روغن اطلاع رسانی بیشتری در مورد تبعات پایین بودن سطح تمیزی محصولات انجام شود تا در فرآیند تولید، تمهیدات لازم برای کنترل و حفظ تمیزی محصول به عمل آید.

منبع: علی رضا مسعودی – فرشید طاهری ” روغن­های نو، یکی از منابع مهم آلودگی سیستم­های مکانیکی در ایران”