کنترل لاک در سیستمهای گردش روغن با حجم بالا
در زمینه سیستمهای روانکاری و هیدرولیک، اصطلاح “وارنیش” برای اشاره به رسوبات ژل یا رزین مانند که در سیستمهای سیال تشکیلمی شوند به کار میرود. لاک سبب بروز مشکلات زیر میشود:
- افزایش دمای یاتاقان توربین به دلیل افزایش اصطکاک در یاتاقان
- مشکلات عملکردی در دریچه کنترل به دلیل افزایش رسوبات در شکاف بین پیستون و محفظه
- مشکلات خنککننده به دلیل این که لاک مانع انتقال حرارت میشود
- طول عمر کوتاه فیلتر
- پیری روغن و آسیب دیدن آن در سطح مولکولی
اما در بیشتر موارد، نقصهای فوق به درستی به علت واقعی نسبت داده نمیشوند. همین این منجر به تعمیر ناکارآمد (و اغلب بسیار پرهزینه) خواهد شد. با این مقدمه در بخشهای بعدی به بهترین روشها برای کنترل لاک در سیستمهای گردش روغن با حجم بالا خواهیم پرداخت.
علل افزایش تشکیل وارنیش
امروزه اپراتورهای سیستم با این واقعیت مواجه هستند که روغنهای پایه مورد استفاده در حال تغییر هستند یا قبلاً تغییر کردهاند. تغییر در فرآیند تولید روغن منجر به تولید روغنهای پایه با محتوای کمتر هیدروکربنهای غیراشباع و قطبی (گروههای II، II+ و III) شده است. قطبی بودن روغنهای پایه گروه I، سبب میشد مواد قطبی راحتتر حل شوند. تغییرات جدید، منجر به تولید روغنی با قطبیت کمتر شده است. بنابراین، کاهش مقدار مواد قطبی قابل حل در روغن اکنون در سیستمهای روغن هیدرولیک مشاهده میشود. لاک یک ماده فوقالعاده قطبی است که دیگر به راحتی در روغن پایه جدید حل نمیشود. مواد قطبی تمایل دارند به راحتی در مواد قطبی حل شوند. اگر نسبت هیدروکربن های قطبی در روغن کاهش یابد، محصولات پیر کننده روغن (که بیشتر به عنوان “لاک” نامیده میشود) نمیتوانند به راحتی حل شوند. اثر آن کدورت یا رسوب روغن در سیستم است. این تغییرات معمولاً زمانی شروع میشود که روغن برای 3 تا 4 سال کار کند. به محض اینکه لاک از حد حلالیت فراتر رود، رسوباتی تشکیل میدهد که منجر به نشست در سیستم میشود. لاک سنگینتر از روغن نیست و روی سطوح فلزی و مکانهای سردتر (مخزن، خنککننده، بدنه سوپاپ) در سیستم رسوب میکند نه در کف مخزن!
به دلیل نسبت کم مواد قطبی، این روغنها رسانایی الکتریکی پایینی نیز دارند. اگر این روغن از طریق فیلترهای سیستم هیدرولیک جریان یابد، می توان بار الکترواستاتیکی ایجاد کرد. تخلیه الکترواستاتیک یا Electrostatic discharge در سیستمهای روانکاری توربین در نتیجه اصطکاک بین سیال و اجزای سیستم رخ میدهد. نشانهای از تخلیه الکترواستاتیک یک صدای کلیک است که به وضوح شنیده میشود که در نهایت باعث ایجاد جرقه در داخل سیستم میگردد. عوارض کمتر آشکار شامل حرکت بار الکتریکی در پایین دست فیلتر است که باعث آسیب به اجزای سیستم و فیلتر میشود. کاهش رسانایی سیال، بستههای افزودنی خاص و ویسکوزیته بالاتر نیز میتواند منجر به افزایش بار الکترواستاتیکی در روغن شود.
موضوع پیری روغن به هیچ وجه جدید نیست. در واقع، همیشه یک مسئله بوده است. ویژگی روغنها به دلیل معرفی روغنهای پایه بسیار تصفیه شده تغییر کرده است. انتظار می رود روغنهای هیدرولیک دماهای بالاتر را تحمل کنند، کارآمدتر باشند و سطوح اجزای خطرناک را کاهش دهند. این بدان معنی است که نظارت بر سیالات و تهویه آن روز به روز اهمیت بیشتری پیدا میکند. برگههای اطلاعات فنی امروزی اطلاعاتی در مورد روغن پایه استفاده شده ارائه نمیدهد. از آنجایی که نام روغن اغلب با تغییر نوع روغن تغییر نمیکند، ممکن است به این معنی باشد که روغنهای قدیمی به طور ناخواسته با روغنهای جدید و مدرنتر هنگام پر کردن مجدد مخلوط میشوند. چنین اختلاطی میتواند منجر به واکنشهای شیمیایی شود که در شرایط خاص ممکن است منجر به رسوب محصولاتی داخل سیستم شود.
چگونه وارنیش را تشخیص دهیم؟
وجود لاک در روغن از طریق آنالیز معمول آزمایشگاهی قابل تشخیص نیست. در گزارشهای آزمایشگاهی، لاک به صورت رسوب تیره روی یک غشای فیلتر یافت میشود. این آزمایش MPC (رنگسنجی پچ غشایی) نامیده میشود که تغییرات رنگ یک غشای فیلتر را با درجه فیلتراسیون 0.45 میکرومتر ثبت میکند. اگر مقدار MPC بیش از 40 باشد شرایط بحرانی رخ میدهد.
چگونه احتمال تشکیل لاک را کاهش دهم؟
سرعت پیری روغن را میتوان با اقدامات مراقبتی از روغن کاهش داد. این روند شامل موارد زیر است:
- فیلتراسیون رشد اندازه ذرات را محدود میکند.
- آبگیری کاهش مواد افزودنی ناشی از شستشو را به حداقل میرساند.
- گاززدایی تماس با هوا و در نتیجه با اکسیژن را کاهش میدهد.
- از تخلیه الکترواستاتیک در روغن خودداری کنید و از ایجاد افزایش دمای موضعی و نقاط داغ جلوگیری کنید.
- تعادل دمای روغن را به منظور تشخیص اصطکاک بالا در بلبرینگ نظارت کنید.
- تجزیه و تحلیل منظم روغن و ردیابی پیری روغن به جلوگیری از وضعیتهای بحرانی و عملکرد ناایمن ماشین کمک میکند.
سیستمهایی که برای کاهش اثرات لاک استفاده میشوند
حذف لاک از اجزای سیستم یک فرآیند نسبتا کند است. محصولات حاصل از پیری روغن در ابتدا ذرات جداگانهای با اندازه کمتر از 0.1 میکرون هستند. در نتیجه در ابتدا میتوانند از فیلتر عبور کنند و در ابتدا عملکرد شیر را مختل نمیکنند. در صورتی که جریان پیری روغن بیشتر شود یا زمانی که روغن خنک میشود (مثلاً در هنگام خاموش شدن سیستم)، این ذرات تجمع مییابند، بزرگتر میشوند و عملکرد سوپاپ و محیط فیلتر را مسدود میسازند. بنابراین سیستمهای لاکزدایی توصیه میشود در مدت زمان طولانی کار کنند یا به طور دائم نصب شوند. حذف لاک در یک سیستم میتواند به سطوح بالای رطوبت در سیال و وجود سطوح بالای ذرات سایش فلز حساس باشد. چندین فناوری مختلف را میتوان در یک سیستم هیدرولیک برای حذف لاک استفاده کرد. روشهایی که معمولاً برای کاهش یا حذف لاک در یک سیستم استفاده میشوند عبارتند از:
- فیلتراسیون خوب
- تصفیه الکترواستاتیک
- جذب توسط یک رسانه یکبار مصرف
- شستشو یا شستشوی شیمیایی تجهیزات
اصل عملکردی فیلتراسیون این است که لاک پلیمریزه شده در محدوده 2 میکرون با استفاده از فیلتراسیون بسیار ظریف حذف میشود. استفاده از خنککننده یا چیلر قبل از واحد فیلتراسیون برای خنک کردن روغن باعث میشود تا پیشسازهای لاک تشکیل شده و فیلتر شوند. فیلتراسیون خوب لاک آزاد را از بین میبرد و اغلب با یک تصفیهکننده یا واحد حذف آب ترکیب میشود.
رسانه فیلتر اتلافکننده الکترواستاتیک (ESD) برای از بین بردن مشکلات بالقوه شارژ الکترواستاتیک در فیلتراسیون سیالات هیدروکربنی معرفی شده است. آزمایشهای گسترده در شرایط آزمایشگاهی کنترلشده و بر روی تجهیزات عملیاتی در کاربردهای صنعتی نشان داده است که این رسانه فیلتراسیون آسیب فیلتر را از بین میبرد و تولید بار کمتری در مقایسه با محیط فیلتر معمولی فیبر شیشهای دارد. عناصر فیلتر با استفاده از ساختار مشبک مخصوص برای کاهش شارژ سیال ساخته میشوند و در محفظههای فیلتر نصب شده و به صورت درون خطی استفاده میشوند. استفاده از فیلتراسیون آفلاین و رسانه فیلتر ESD میتواند ایمنی عملیاتی بالاتری داشته باشد زیرا جرقه زدن، تخریب روغن و تشکیل لجن از بین میرود. فواصل طولانیتر سرویس روغن ناشی از فیلتراسیون ریز میتواند منجر به صرفهجویی در هزینهها شود.
روش تمیز کردن یا شستشوی شیمیایی برای از بین بردن لاک از مواد شیمیایی تمیزکننده استفاده میشود که معمولاً در سیستم به گردش در میآیند تا لاک را از قطعات جدا کنند. مواد شیمیایی به روغن هیدرولیک اضافه میشوند تا مواد نامحلول نرم و حل شوند. عمل شستشو رسوبات سخت در سیال را به حالت تعلیق در میآورد که پس از تخلیه سیال از سیستم، این رسوبات با سیال حذف میشوند. این فرآیند معمولاً برای چندین ساعت یا چند روز بسته به اندازه سیستم و میزان تجمع لاک روی اجزای سازنده انجام میشود. روش تمیز کردن شیمیایی مستلزم آن است که سیستم با روغن تمیز شسته شود تا هر گونه اثری از مواد شیمیایی پاک شود و سپس قبل از استفاده با روغن جدید پر گردد.
"استراتژیهایی برای نظارت موفق بر میزان تشکیل وارنیش" در مورد روش رنگسنجی اطلاعات بیشتری را میدهد.
ASTM D7843 برای ایجاد یک تست استاندارد با عنوان روش رنگسنجی غشایی ایجاد شد. این تست MPC نیز نامیده میشود.
"حذف موثر وارنیش از سیستم روغنکاری توربین" موارد بیشتری را در مورد تاثیرات وارنیش و نحوه حذف آن در توربین ارائه میدهد.
حلالیت لاک در روغن توربین وابسته به دما است و نقطه انتقال در محدوده 130 تا 135 (54.44 تا 57.22 سانتیگراد) درجه فارنهایت قرار دارد. دما اغلب در قسمت کنترل هیدرولیک توربینها به زیر این آستانه میرسد
نتیجهگیری
وارنیش ذرات نرمی در محدوده کمتر از 0.1 میکرون است که رسوبات ژل مانند تا سفت را ایجاد میکند. تغییر در روغن پایه به افزایش تشکیل لاک در روغنها کمک کرده است. در صورت کاهش دما و تشکیل رسوبات در نقاط “سرد” سیستم یا افزایش فشار، تشکیل رسوبات نیز افزایش مییابد. به طور کلی، نگه داشتن لاک در حالت محلول برای روغنهای بسیار تصفیه شده سختتر است. شناسایی این روغن ها دشوار است. از برگه اطلاعات روغن اطلاعات مشخصی در این مورد نمیتوان به دست آورد. عواقب رسوبات لاک معمولاً در خواص روغن پایه تغییر یافته ردیابی نمیشود. اقدامات پرهزینه و بیاثر مانند تمیز کردن مکانیکی یا تعویض روغن به عنوان گزینههایی برای رویارویی با این مشکل در نظر گرفته میشود.
تشکیل لاک را میتوان با مراقبت از روغن کاهش داد. فیلتراسیون، آبگیری، حذف هوا و گاز زدایی طول عمر روغن را افزایش می دهد. در صورت وجود مشکل لاک، یک واحد کاهشدهنده لاک میتواند به حذف لاک “آزاد” و “محلول” و کاهش رسوبات در سیستم با بهبود رفتار انحلال در روغن کمک کند.
منبع
Best practices to Control varnish in High-Volume Oil-Circulating Systems. (2021, September 28). Machinery Lubrication. https://www.machinerylubrication.com/Read/32085/best-practices-to-control-varnish-in-high-volume-oil-circulating-systems
سوالات متداول
لاک در اثر اکسید شدن روغن، تخریب حرارتی و تجزیه مواد افزودنی در طول زمان ایجاد میشود. این فرآیند محصولات جانبی نامحلول تولید میکند که به عنوان یک باقیمانده چسبنده به سطوح میچسبند. دمای عملیاتی شدید، استرس و آلودگی این واکنشها را تسریع میکند.
تستهایی مانند رنگ سنجی پچ غشایی، تست اکسیداسیون مخزن تحت فشار چرخشی و فرووگرافی تحلیلی میتوانند شروع تشکیل لاک را نشان دهند. نظارت بر عملکرد سیستم و عملکرد اجزا نیز میتواند علائم هشدار اولیه را ارائه دهد.
- تمیزی روغن را حفظ کنید: از روغن باکیفیت با افزودنیهای آنتی اکسیدانی مناسب استفاده کنید و به طور مرتب روغن را تعویض یا فیلتر کنید تا آلایندهها را از بین ببرید.
- مدیریت دما: دمای عملیاتی را در محدوده بهینه نگه دارید تا تخریب روغن را کاهش دهید.
- کنترل آلودگی: از ورود آلاینده از طریق درزگیرها و هواگیرها جلوگیری کنید و به طور مرتب روغن را فیلتر کنید تا ذرات و آب از بین برود.
- استفاده از فیلترهای حذف لاک: فیلترهای حذف لاک را در سیستم قرار دهید تا به طور فعال پیشسازها و محصولات جانبی لاک را حذف کند.
فواصل تعویض روغن و فیلتر بسته به طراحی سیستم، شرایط عملیاتی و کیفیت روغن میتواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. نظارت بر عملکرد سیستم برای تعیین فواصل تغییر بهینه بسیار مهم است.
