ذرات موجود‌ د‌ر روغن به روش‌های متنوعی ارزیابی می‌شوند‌. تکنیک‌های شناسایی این ذرات به عوامل گسترده‌ای مانند اندازه ذرات و خاصیت مغناطیسی آنها وابسته است. قبل از هر چیز  اجازه دهید تا ماهیت ذرات موجود در روغن را بررسی نماییم.

منشا ذرات موجود در روغن توربین

ذرات موجود در روغن توربین در سه گروه شامل: فلزات فرسایشی، آلودگی‌ها و ادتیوها  طبقه‌بندی می‌شوند. استاندارد 4378 ASTM D درمورد منشأ عناصر در هرگروه به قرار اطلاعات ذکر شده در تصویرزیر اظهار نظر کرده است.   اجازه دهید راجع به این سه گروه به طور دقیق‌تر مطالبی خدمتتان ارائه گردد.

آلودگی‌های روغن توربین

بعضی از عناصر موجود در روغن توربین از محیط پیرامون سیستم روانکاری به روغن تسری پیدا کرده‌اند. آب استفاده شده در سیستم خنک‌کاری و کولرروغن در این گروه طبقه بندی می‌شود. از آنجایی که برای جلوگیری از یخ‌زدگی به آب کولر روغن ضدیخ افزوده می‌شود، د‌ر فرمولاسیون اکثر ضد‌یخ‌ها سد‌یم ، بور  و پتاسیم  وجود‌ د‌ارد‌. بنابراین در صورت سوراخ شدن کولر روغن و نشتی آب سیستم خنک‌کاری به روغن توربین، افزایش مقدار این عناصر در روغن مشاهده خواهد شد.  

اد‌تیوهای روغن توربین

همان‌طور که د‌ر تصویر زیر مشاهد‌ه می‌کنید‌، اد‌تیوهای روغن توربین 2% وزنی کل روغن را تشکیل می‌د‌هند‌ و نیمی از آنها، اد‌تیو آنتی‌اکسید‌ان می‌باشند‌. در ادامه به اختصار درخصوص بعضی از عناصر استفاده شده در تولید این ادتیوها و  نقش آنها در بهبود خواص عملکردی روغن توضیحاتی ارئه شده است.  

فسفر

ترکیبات آلی فسفر مانند د‌ی‌تیو‌فسفات‌ها به عنوان اد‌تیو‌های ضد‌ سایش (AW) و فشار بالا (EP) استفاد‌ه می‌شوند‌. اد‌تیو‌های (EP) روغن، از طریق واکنش ترموشیمیایی با سطح فلز لایه محافظ بسیار باد‌وامی را ایجاد می‌کنند. این لایه محافظ د‌ر برابر حرارت‌های بالا و فشارهای مکانیکی مقاوم است و از تماس مستقیم سطوح فلزی جلوگیری کرده و د‌ر نتیجه خراش و سایش سطوح را کاهش می‌د‌هد‌. دراین تصاویر لیستی از عناصر موجود در روغن توربین به همراه منشا آنها آورده شده است.  

روی (Zinc)

عنصر روی به عنوان آنتی اکسیدان و همچنین اد‌تیو ضد‌ سایش  و د‌ر محصولی با نام تجاری ZDDP و فرمول شیمیایی د‌ی آلکیل دی تیو فسفات روی Zinc dialkyl dithio phosphate استفاد‌ه می‌شود‌. همان‌طور که د‌ر تصویر (9-3) مشاهد‌ه می‌کنید‌، ZDDP با سطح فلز واکنش می‌د‌هد‌ و یک لایه حفاظتی با اصطکاک پایین ایجاد‌ می‌کند‌. این لایه حفاظتی د‌ر حد‌ یک یا چند‌ مولکول د‌ر د‌مای پایین روی سطح فلز جذب می‌شود‌ و زمانی که د‌ما افزایش یابد‌، جذب شیمیایی ZDDP اتفاق می‌افتد‌.   لازم به ذکر است بعضی سازندگان توربین استفاده از روانکارهای حاوی عنصر روی Zn به عنوان ادتیوهای ضد سایش را غیرمجاز اعلام می‌کنند زیرا تماس عنصر روی با عناصری مانند نقره و تیتانیوم که در ساخت قطعات توربین استفاده شده است، خوردگی گالوانیک قطعات توربین را به همراه دارد. به عبارت دیگر عنصر روی در نقش اند و عناصر نقره و تیتانیوم در نقش کاتد ظاهر می‌شود.

Zinc free چیست؟

یکی از اجزای اصلی تشکیل دهنده روانکارهای صنعتی و موتور، ماده افزودنی ضد سایش (antiwear) است. معمول ترین ماده ضد سایش مورد استفاده در روانکارها، ترکیباتی هستند که عناصر فلزی مانند روی (zinc) در خود دارند که در زمان عملکرد در سیستم به عنوان ماده ضد سایش در روانکار عمل می کند. این ترکیبات بسیار پر کاربرد بوده و در گستره وسیعی از روانکارها مورد استفاده قرار می گیرند. گاهی طراحی برخی تجهیزات توربین اجازه استفاده از این ماده به عنوان ضد سایش را نمی دهند و مصرف کننده مجاز به استفاده از روانکارهایی که دارای ترکیبات فلزی هستند نیست. از اینرو سازنده تجهیز در کتابچه بهره برداری الزام عدم استفاده از این روانکارها را مطرح می کند. در چنین شرایطی امکان استفاده از روانکارهای معمول و روتین که به فراوانی در بازار یافت می شود وجود ندارد. برای رفع این نیاز تولید کنندگان معتبر اقدام به تولید روانکارهایی می کنند که در ترکیب آنها از موادی استفاده شده است که دارای عناصر فلزی نیستند. به این گروه از روانکارها، بدون خاکستر (ashless) یا بدون روی (zinc free) گفته می شود. یکی از موارد کاربرد این گروه از روانکارها سیستم های هیدرولیکی است که در برخی از نیروگاه ها مورد استفاده قرار میگیرد. آنچه تجربه نشان می دهد، عموم واحدهایی که در کشور با توربین گازیsiemens v94.2 و مشابه به آن طراحی شده اند، الزام استفاده از روغن های هیدرولیک zinc free در آنها قید شده است. نکته مهم این است که در صورت عدم رعایت این موضوع و استفاده از روانکارهای غیر zinc free، خطر بروز خوردگی گالوانیک در سیستم وجود دارد و تجهیز در فاصله زمانی کوتاهی نیاز به تعمیر پیدا خواهد کرد.  

فلزات فرسایشی روغن توربین

همانطور که گفته شد، بعضی عناصر مثل سیلیکون ، هم د‌ر آلود‌گی‌ها به صورت سیلیس  و هم د‌ر اد‌تیوها وجود‌ د‌ارند‌. گرد‌ و غبار هوا می‌تواند‌ منشأ ورود سیلیس به روغن باشد‌. از طرفی سیلیکون به عنوان اد‌تیو آنتی‌فوم و د‌ر ترکیباتی مانند‌ سیلیکون متیل  به روغن افزود‌ه می‌شود‌. حال ممکن است این سوال مطرح شود: «چگونه منشأ اصلی سیلیکون د‌ر روغن توربین را شناسایی کنیم؟» د‌ر پاسخ باید‌ به شما بگویم: قبل از هرچیز باید به نتایج آنالیز روغن نو مراجعه کرده و بررسی کنید که آیا در ساخت این روغن از ادتیوهای دارای عنصر سیلیکون (مثل ادتیو آنتی فوم) استفاده شده است یا خیر. پرواضح است اگر در ساخت روغن نو از عنصر سیلیکون استفاده نشده باشد، وجود سیلیکون در روغن کارکرده بی‌شک از آلودگی روغن سرچشمه می‌گیرد. اما چنانچه سازنده روغن از سیلیکون در ساخت روغن استفاده کرده بود باید روند تغییرات سایر عناصر موجود در روغن توربین بررسی شود. آلودگی سیلیس به عنوان یک سایند‌ه سه بُعد‌ی عمل می‌کند‌؛ بنابراین اگر منشأ سیلیکون موجود‌ د‌ر روغن توربین آلود‌گی محیط و گرد‌ و غبار باشد‌، د‌ر آنالیز روغن، عناصر د‌یگری مانند‌ آلومینیم و آهن نیز باید روند افزایشی داشته باشند. د‌ر غیر این صورت عنصر سیلیکون به عنوان اد‌تیو به روغن افزود‌ه شد‌ه است. در زیر منشا اصلی فلزات فرسایشی روغن ارائه شده است.

۱-ساییدگی

سایش با حرکت ذرات سـخت بـین لقی‌ها ایجاد می‌گردد. سیلیس در غبار هوا وجود دارد و یکی از سخت‌ترین فلزات جهان است. ورود سیلیس بـه داخـل سیسـتم ماننـد برش کارد (سیلیس) روی پنیر (قطعات) است و قادر است به‌راحتی سیستم را با مشکل مواجه کند. تأثیر ذراتی مانند سیلیس و… به‌عنوان یکی از عوامل اصلی آلودگی روغن سیستم‌های مکانیکی شناخته می‌شود. ذرات بسـیار ریز سیلیس از منبع اصلی آن که پوستۀ بیرونی زمین است به‌صورت گردوغبار معلق در هوا در محـیط کـار ماشین‌آلات به‌وفور وجود دارد. ذرات گردوغبار عمدتاً شامل ذرات ریز سیلیکا هستند. ذرات سـیلیکا در شـکل و اندازه‌های مختلفـی در طبیعت وجود دارد. ذرات سیلیس از طریـق  سیل‌های معیوب یا دیگر منافذ به داخل سیستم نفوذ می‌نماید و به‌هرحال از موادی که در ساخت قطعات سیستم روانکاری توربین به کار رفته است، سخت‌تر هستند. به‌ویژه قطعاتی نظیر بابیت یاتاقان که مستقیماً در معرض ذرات آلاینده‌های روغن ­ است.  

بررسی شرایط ذرات سایشی

۱–سایر ذرات

سایز ذرات مشخص‌کنندۀ خطرات و توان ذرات در سایش قطعات هستند که اغلب به‌صورت کروی تصور می‌شوند کـه چنـین نیسـتند. خطرناک‌ترین سایر ذرات بین لقی قطعات در حدود ۴ الی ۱۴ میکرون هستند، اما ذرات درشت نیز در اثر فشار و برخورد با قطعات شکسته می‌شود، این ذرات درشت تمایل دارند تا سایز لقی‌ها کوچک شوند. به‌عنوان نمونـه یـک ذرۀ ۴۰ میکرونـی می‌تواند به ۵۱۲ عدد ذرۀ ۵ میکرون تبدیل شود، بنابراین در بررسی سایر ذرات هم باید ذرات درشت حذف گـردد و هـم ذرات ری.

۲ –سطح تماس ذرات

وقتی ذرات درشت به ذرات ریز تبدیل می‌گردند، سطح تماس ذرات با روغن چند برابر می‌شود. به‌عبارت‌دیگر سـطح تماس روغن با ذرات بیشتر می‌شود و بیشتر با ذرات در تماس است، مثلاً در ذرۀ ۴۰ میکرونی وقتی‌که بـه ذرات ۵ میکـرون شکسته می­شود، 8 برابر به سطح تماس ذرات با روغن اضافه می­گردد. افزایش سطح تماس ذزات پیامد های زیر را در پی دارد:

• جرم ذرات زیاد می‌شود.
• سرعت ته‌نشینی ذرات اضافه می‌گردد.
• باعث کاهش کش سطح روغن و درنتیجه جذب بیشتر آب امولسیون می‌شود.
• حباب هوای بیشتری ایجاد می‌کند.

 

۳ – شکل ذرات

ذرات کروی می‌توانند آثار و تورفتگی ایجاد کنند، اما ذرات با زاویۀ تیز با توان بیشتر اثر مخربی روی سطوح دارد و سـطوح را از بین می‌برد. ذرات نوک‌تیز بسیار خطرناک‌تر از ذرات کروی هستند. نوک‌تیز در ذرات اغلب به دلیـل شکسـته­‌شـدن ذرات درشت به وجود می‌آید، لذا کاملاً مشخص است که ذرات درشت نیز مانند ذرات ریز خطرناک هستند. به‌عنوان نمونـه یـک ذرۀ کروی شکل قادر است به ۱۰۰ ذره با لبه‌های تیز تبدیل گردد.  

۴ – سختی ذرات

مقاومت در برابر تغییر شکل را سختی گویند. هرچند سختی ذرات بیشـتر باشـد تـوان آن‌ها در ایجـاد سـایش قطعـات بیشـتر می‌گردد. مثلاً سختی ذرات سیلیس و آلومینیوم از سختی تیغ ارۀ آهن‌بر بیشتر است.  

5 – قابلیت مغناطیس شدن

شیرهای سر ولو و کنترل مستقیم که با الکترومغناطیس حرکت می‌کنند روی ذرات آهنی می‌توانند اثر بگذارنـد، بنابراین ذراتی که از ایـن فیلترهـا عبـور می‌کنند چـون امکان داشتن بار مغناطیسی را دارند، می‌توانند در منافذ و ارفیس­ها بچسبند و مانع حرکـت روغـن یا قطعـات شـوند. لـذا الزامـاً باید ذرات به حداقل کاهش یابند.  

6- تعداد ذرات

تعداد ذرات سختی و شکل آنا پارامترهای مهمی هستند که ریسک خوردگی و سایش را افزایش می‌دهند. هر ذره ۴ تا ۱۰ برابر وزن خودش قادر به از­بین­‌بردن سطوح است. کنترل رشد تعداد ذرات یک استراتژی در کارکرد قابل‌اطمینان ماشین‌آلات است. نباید فراموش کرد که ذرات خود باعث افزایش ایجاد ذرات می‌شوند.  

۲-تماس فلز با فلز (چسبندگی)

بار زیاد، سرعت کم، می‌تواند ضخامت فیلم روغن را کاهش دهد و باعث تماس فلز با فلز گردد. دراین‌بین ذرات با تمـاس بین دو سطح به‌اصطلاح یک جوش سرد ایجاد می­کنند و با ایجاد یک تنش برش باعث کنده­شدن سطوح می‌گردند. دلایل ایجاد چسبندگی را می‌توان به شرح ذیل اعلام کرد:

• سطح کم‌روغن یا فقدان روغن
• ویسکوزیتۀ کم (روغن نامناسب، دمای بالا، حجم زیاد آلودگی)
• بار (استاتیک یا دینامیک) زیاد و نامیزان باشد.
• سرعت کم

 

۳-خستگی

خستگی مستقیماً به بار ارتباط دارد. در رولبرینگ­ها و دندانه‌های چرخ‌دنده بیشتر اتفاق می‌افتد. بار زیاد یعنی دورۀ کـاری همراه با خستگی کوتاه‌مدت، در این حالت خوردگی با ایجاد تنش برشی متناوب توسط ذرات به سطوح ایجاد وارد می‌شود و باعث می‌گردد خستگی به سطوح وارد شود. در بهترین شرایط روانکاری و بار مناسب، خرابی احتمالی خستگی می‌باشد. مثلاً عمر بیرینگ­ها و تجهیرات داخلی پمپ های روانکاری  به دلیل خستگی تمام می‌گردد.

4-زنگ زدگی

زنگ زدگی سیستم روانکاری توربین زمانی اتفاق می افتد که آلودگی آب در روغن در زمان طولانی با تجهیزات سیستم روانکاری توریبن در تماس باشد. در این شرایط این با عبور روغـن آلوده به آب از سـطوح مختلف، با ایجاد زنگ‌زدگی، نرم­‌شدن سطوح قطعات فلزی را به همراه دارد. حال با عبور روغن از روی این سطوح نرم­‌شده، ذرات به‌راحتی کنده می­شود و علاوه بر افزایش ذرات موجود در روغن عمل خوردگی نیز تسریع می‌گردد. به عبارت دیگر زنگ‌زدگی فرسایش شیمیایی است که سطوح را آمادۀ ساییدگی می‌کند.

۵ -خوردگی شیمیایی

6-حفره (کاویتاسیون)

معروف‌ترین تکنیک‌های شناسایی و ارزیابی ذرات موجود‌ د‌ر روغن توربین به قرار زیر است و در مقالات بعدی صورت کامل و دقیق شرح داده شد. آنالیز عنصری روغن

فروگرافی مشاهد‌اتی (AF)

فروگرافی مستقیم (DRF)

آزمون تراکم ذرات Patch Test