مبانی برنامه تحلیل روغن

روغنی که پیوسته در حال گردش و تماس با قطعات داخلی سیستم مکانیکی است حاوی اطلاعات جامعی درمورد فعل و انفعالات درونی سیستم بوده و این اطلاعات از طریق آزمایش های مختلفی که روی نمونه روغن انجام می شود قابل استحصال است. با تحلیل نتایج حاصله می توان علل و منشاء فرسایش را شناسایی و نسبت به اصلاح آن اقدام کرد. به طور کلی برنامه مراقبت وضعیت ماشین آلات با ثبت و کنترل فاکتورهای مؤثر در سیستم موجب می شود خرابی ماشین آلات به حداقل، کیفیت تولید یا خدمات به حداکثر و هزینه ها به کمترین مقدار ممکن رسانده شود.

بر این اساس، برای اجرای برنامه CM (مخفف Condition Monitoring به معنای مراقبت وضعیت) می توان از اطلاعات و توصیه های تولیدکننده دستگاه، بررسی منابع مختلف و روش های آزمون و خطا بهره جست.

معیارهای ارزیابی نتایج در برنامه تحلیل روغنمعیارهای عملکردی(reaction) : محدوده هایی برای خواص روغن تعیین می شود که اگر خواص روغن در آن محدوده ها بگنجد روغن برای کارکرد مورد نظر قابل استفاده است. در این دسته معیارها عواملی چون ویسکوزیته، عدد بازی، مواد نامحلول و آلاینده های موجود در روغن تعیین می شود و روغن درصورتی باید استفاده شود یا استفاده از آن ادامه یابد که با این معیارها همخوانی داشته باشد.

معیارهای پیش بینانه

اینگونه معیارها برای عواملی تعیین می شوند که بررسی آنها می تواند منجر به ارزیابی وضعیت دستگاه و پیش بینی وضعیت آینده شود. مثال بارز این عوامل، عناصر فرسایشی است. در ارزیابی کمیت ها دوعامل را باید مورد توجه قرار داد. یکی مقدار مطلق کمیت که برای تعیین حدود (با تحلیل آماری) کاربرد دارد و دیگری تغییرات مقدار کمیت(با زمان)که برای روندگرایی استفاده می شود. برای به دست آوردن محدوده های هشدار از عملیات آماری، از منحنی روند و تجربه های میدانی استفاده می شود.

مهندس CM همیشه باید بدنبال بهینه سازی محدوده های هشدار خود باشد. با به دست آوردن باند(حدود) به اضافه روندگرایی، می شود درحد قابل قبولی مراقبت وضعیت کرد. در روندگرایی پس از ترسیم منحنی روند دستگاه، منحنی آن با روند دستگاه های مشابه مقایسه شده و تحلیل های لازم انجام می گیرد.۸۰ تا۹۰ درصد حدود با تحلیل روند به دست می آیند.

عواملی را که روی شدت فرسایش ناشی از آشغال و آلودگی تأثیر می گذارد، می توان به این شرح برشمرد: نوع تجهیزات، شرایط محیط، نوع کاربری، مهارت اپراتور، زمان کارکرد روغن و میزان مصرف روغن. برای برقرار کردن روندگرایی حداقل سه نمونه مورد نیاز است. تهیه کردن نمونه به صورت دقیق، دشواری هایی را برای تشخیص عیب به وجود می آورد. زیرا نمونه روغن باید نمونه ای معادل از کل روغن باشد که در همه نقاط دستگاه در حال گردش بوده است.

قبل از نمونه گیری می بایستی دستگاه مورد نظر برای مدتی روشن و فعال بوده باشد تا اینکه روغن موجود در تانک و نیز روغن داخل دستگاه حالت یکنواخت و هموژن پیدا کند. سپس باید دستگاه را خاموش کرد و قبل از اینکه ذرات معلق در روغن ته نشین شوند اقدام به نمونه گیری کرد. اطلاع از حدود خوردگی، مفید است چون مشخص می کند حالت متوسط دستگاه که باید رفتاری تحت وضعیت نرمال داشته باشد، کجاست. اگر دستگاه علامت هایی از حالت بحرانی نشان دهد، تشخیص عیب آسان می شود، هرچند ممکن است بعضی از این علامتها ناشی از بروز حادثه ای مثل یاتاقان زدن باشد. سنجیدن و ارزیابی همین تفاوت بین موردها بدون روندگرایی دشوار است. در مثال زیر، حدود پیشنهادی دستگاه لودر کوماتسوWA400 را مشاهده می کنید.

لودر کوماتسو ۴۰۰WACu: وجود ذرات مس موجب سایش یاتاقان ها و بوش ها می شود و اگر ذرات موجود cu و fe در روغن با هم افزایش یابند بیانگر ساییدگی صفحه گرافیتی است.

Cr، al : وجود ذرات کرم و آلومینیوم در روغن گویای سایش رینگ و پیستون ها و یاتاقان هاست.

Pb: افزایش سرب در روغن معمولاً توأم با افزایش مس بوده و این مسأله بیاگر سایش در یاتاقان ها و بوش یاتاقان هاست.

راهکارهای موفقیت آمیز در برنامه تحلیل روغن

اگر بررسی یک نمونه روغن موتور نشان دهنده افزایش سرب باشد، فرسایش یاتاقان محرز می شود. اما هنوز مشخص نیست که این فرسایش ناشی از سختی کار بالای ماشین است یا همه یاتاقان ها ساییده شده اند. افزایش سرب کمی بیشتر از آن می تواند به علت فرسایش یک یاتاقان به طور ناهنجار و غیرعادی باشد. حال سئوال این است: فرسایش به علت سختی کار ماشین شدت یافته یا این که فرسایش، غیرعادی است؟ اختلاف بین این دو باید به طور صحیح بررسی شود. اینجاست که می فهمیم تنها با در یافت نتایج آزمایش نمی توان وضعیت دستگاه را به طور دقیق ارزیابی کرد. برای این منظور باید از عواملی چون شرایط روغن، پیش نیازهای تحلیل روغن و فیدبک های مربوط به دستگاه آگاه شد و همه را کنار هم با ارتباط مستمر و تنگاتنگ با آزمایشگاه تحلیل و ارزیابی کرد.

بررسی شرایط روغن تحت تأثیر عواملی چون شرایط کارکرد، بارگذاری و بهره برداری، مشخصات عمومی دستگاه مانند سازنده و ساختار و مشخصات خاص دستگاه مانند عمر، لقی ها و نوع بهره برداری قرار دارد.

همچنین برخورداری از این پیش نیازها برای تحلیل صحیح ضروری است: انجام نمونه گیری منظم و پیوسته، روش صحیح نمونه گیری، انتخاب آزمایشات مناسب و انجام صحیح آنها، داشتن اطلاعات کافی در مورد دستگاهی که مورد بررسی قرار گرفته است، داشتن اطلاعات کافی در مورد روغن مورد استفاده، داشتن اطلاعات وپسخوراندهای مناسب و مفید از بهره بردار، آگاهی و دانش کافی در مورد آزمایشات انجام شده و محدودیت های آنها.

از سوی دیگر تحلیل روغن بدون پشتیبانی اطلاعات از سوی بهره بردار امکان پذیر نیست. پشتیبانی اطلاعات به دوبخش عمده تقسیم می شود. بخش اول شامل اطلاعاتی است که باید همراه نمونه ارسال شود.(مشخصات دستگاه، ساعت کارکرد روغن، مشخصات روغن و …)

بخش دوم، فیدبک های بهره بردار است که عبارتند از: شرایط غیرعادی دستگاه و روان کار از نظر بهره بردار، نتایج و کشفیات هر بازدیدی که به عنوان توصیه برنامه تحلیل روغن انجام شده است، نتایجی که از سرویس و نگهداری حاصل شده است، اطلاعات حاکی از تغییر در عملکرد دستگاه و شرایط محیطی عملکرد و شرایط غیرعادی روانکار و دستگاه که قبلاً با تحلیل روغن نشان داده نشده بود.

آنالیز وضعیت روغن با استفاده ازCM

در معرض اکسیژن قرار گرفتن، گرما و مواد آلوده کننده باعث تنزل کیفیت تمامی روغن ها می شود. کیفیت روغن موتور به طور خاص به وسیله سولفور، نیتراسیون، محصولات فرعی، احتراق، دماهای بالا، و آب ناشی از فرآیند احتراق یا کندانسیون افت می کند. آنالیز وضعیت روغن بخشی از برنامه جامع CM بوده که با مراقبت و کنترل کردن روغن و ردیابی منشاء تنزل کیفیت آن به جلوگیری از آسیب دیدگی قسمت یا قطعه ای کمک می کند. همچنین آنالیز مذکور به شما امکان برطرف کردن مشکلات تأثیرگذار روی کار روغن را می دهد. حداکثر عملکرد روغن، فواصل بهینه تعویض روغن و کاهش هزینه های تعمیر از جمله مهم ترین مزیت های آنالیز و ضعیت روغن است.

سیستم روانکاری

بیشتر خرابی های موتور مرتبط با روغن ناشی از روغن آلوده یا روغنی با کیفیت پایین در حال جریان در موتور یا ضعف روغن در رسیدن به قسمت معینی در موتور برای روانکاری است. با علم به اینکه تا چه اندازه سیستم روانکاری موتور را تغذیه می کند می توان براحتی خرابی را تجزیه و تحلیل کرد. یک نمونه از وضعیت مذکور ممکن است خرابی یاتاقان باشد که این خرابی در نتیجه فقدان روانکاری رخ می دهد.

اگرچه سیستم روانکاری هر موتوری بطور جزیی متفاوت است، اما اکثر اصول کار آنها یکی است. سیستم روانکاری موتور ۳۴۰۸ شبیه به سیستم های روانکاری موتورهای دیگر است. همانگونه که در تصویرنشان داده شده، اویل پمپ ابتدا روغن را به خنک کننده روغن می فرستد، و سپس روغن از خنک کننده روغن به فیلتر روغن می رود. شیرهای فرعی مربوط به خنک کننده روغن یا فیلتر روغن، در صورت کاهش جریان روغن از سیستم محافظت می کنند.

زمانیکه موتور با روغن سرد روشن می شود، یا اگر خنک کننده یا فیلتر مذکور مسدود بشود، شیرهای فرعی روغن را با جریان ثابت به طرف معبر روغن موتور می فرستند. روغن از فیلتر به داخل مانیفولد روغن بلوک موتور می رود. سپس از آنجا به داخل معابر متفاوت روغن بلوک موتور رفته تا قسمت های مختلف موتور را روانکاری و خنک کند؛ سپس به کارتل باز

می گردد.

یاتاقان ها

خرابی یاتاقان (مرتبط با روغن) معمولاً ناشی از یکی از دو منبع فقدان روانکاری یا وجود آشغال در روغن است.

فقدان روغن یا قحطی روغن بدین معنا است که به اندازه کافی فیلم روغن بین یاتاقان و یاتاقان گرد میل لنگ ایجاد نمی شود. اگر موتور برای مدت طولانی کار کند و فیلم روغن به اندازه کافی در قسمت های موتور ایجاد نشود، خرابی به سرعت تا جایی پیشرفت می کند که ابتدا یاتاقان سیاه و لکه دار، سپس خش دار شده، و در نهایت می چسبد. اولین مرحله این نوع آسیب دیدگی سیاه و لکه دار شدن یاتاقان است. این مرحله جدا شدن لایه پوششی سرب- قلع را نشان خواهد داد(معمولاً در مرکز یاتاقان). در مرحله دوم آسیب دیدگی(خش دار شدن)، آلومینیوم موجود در مرکز یاتاقان جدا می شود. مراحل نهایی خرابی منجر به چسبیدن کامل یاتاقان می شود. در سه مرحله مذکور، یاتاقان گرد مقداری از مواد یاتاقان را از قسمت تاج آن جدا کرده و به طرف سطح خارجی همجوار هر یک از دو نیمه یاتاقان می برد. مقدار مواد جدا شده بستگی به اندازه شدت فقدان روانکاری دارد. در شکل زیر به خوبی پیداست که با کاهش فیلم روغن فرسایش به شدت بالا می رود.

آلودگی روغن باعث سایش شده و منجر به خراشیدگی سطح خارجی یاتاقان می شود، و این وضعیت در نتیجه کم شدن مقداری از فیلم روغن نیز صورت می گیرد. زمانی که سطوح یاتاقان و یاتاقان گرد دچار سایش

می شود، فاصله های مجاز افزایش پیدا کرده و ضخامت فیلم روغن تغییر می کند که منجر به تقویت و پشتیبانی نابرابر سطوح یاتاقان و یاتاقان گرد می شود. روغنی که بیش از اندازه آشغال گرفته می تواند حتی بعد از تعویض روغن باعث آسیب دیدگی قطعات بشود. برخی مواد ساینده قدیمی ممکن است در سطح یاتاقان ها باقی بمانند، که باعث می شوند یاتاقان های میل لنگ مانند سنگ سنباده (وسیله تیزکن) عمل کنند.

در بررسی یک دستگاه کمپرسی بسیار مستهلک، با اولین نمونه گیری، آلودگی شدید سوخت (۶/۶% گازوییل در روغن) در نتیجه کاهش چشمگیر ویسکوزیته بدون آثار فرسایش جدی، مشاهده شد. به فاصله دو هفته بعد موتور دستگاه یاتاقان زد. اینجا این پرسش مطرح است که چرا با داشتن یک نمونه، هیچگونه فرسایش غیرطبیعی عناصر دیده نشد؟( فقط ppm40=Fe بوده که آن هم مرزی است). جواب آنست که همانگونه که در شکل زیر نیز مشاهده می کنید، معلوم است که فرسایش غیرنرمال یاتاقان میل لنگ،

مدت ها قبل شروع شده و ما زمانی نمونه گیری کرده ایم که لایه بابیت و مس از سطح یاتاقان آرام آرام کنده شده و با تعویض های روغن از مجرا و مخزن کارتر روغن خارج شده و یاتاقان به لایه اصلی یعنی آهن رسیده است.

متأسفانه از آنجایی که مدت ها این مشکل ادامه داشته(کاهش ویسکوزیته و قحطی روغن) میل لنگ نیز آسیب جدی دیده به طوری که دیگر قابل استفاده نبوده است. در حالیکه اگر دستگاه زودتر تحت آنالیز روغن می بود، زودتر رسیدگی شده و نهایتاً با تعویض به موقع یاتاقان، میل لنگ صدمه نمی دید. البته اگر دستگاه باز نمی شد حتماً براثر فقدان روغنکاری و اصطکاک فوق العاده حرارت بالا رفته و با بار وارده برآن یاتاقان به میل لنگ چسبیده و موتور گریپاژ می کرد. به طور کلی عواملی که بر ویسکوزیته سیال روانکار مؤثر هستند. در جدول زیر مشخص شده اند:

میل لنگ

یک فیلم روغن بین یاتاقان و یاتاقان گرد میل لنگ توسط روغنی که به طرف یاتاقان ها جریان دارد ایجاد

می شود. روغن با چرخش یاتاقان گرد میل لنگ بین یاتاقان و یاتاقان گرد قرار می گیرد و طی مدت عادی کارکردن زمانی که روغن بیشتر تحت فشار قرار می گیرد از تماس فلز با فلز جلوگیری می کند. فقدان روغن، یا »قحطی« روغن باعث تماس فلز با فلز، افزایش اصطکاک، و موجب افزایش دما شده که منجر به چسبیدن یاتاقان به شافت می شود. در موارد شدیدتر، سطح یاتاقان آنقدر محکم به شافت می چسبد که سطح میل لنگ به طور کامل خراب می شود.

پیستون ها، رینگ ها و بوش ها

خرابی پیستون مرتبط با روغن غالباً ناشی از رفتار ساینده روغن آلوده است که منجر به سایش بدنه پیستون می شود. علائم مربوطه عبارتند از: خاکستری کمرنگ شدن بدنه پیستون، از بین رفتن روکش کرومی تمامی رینگ ها، فرسوده شدن، شیارهای رینگ روغن و ساییده شدن بیش از اندازه شیارها و سایش بوش. خش افتادگی به صورت خط های خیلی باریک روی بدنه پیستون، به ویژه در قسمت سوراخ گژن پین، و خش خوردگی کم یا هیچگونه خش خوردگی در اولین فاصله بین شیارهای رینگ ممکن است ناشی از روانکاری نامناسب بوش باشد. شکستن فیلم روغن می تواند باعث ایجاد علایم گریپاژ باشد.

رینگ پیستون ها می تواند 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 می دهد که فنر مذکور در شیار ساییده شده گیر کرده و از باز شدن کامل رینگ جلوگیری می کند.

آسیب دیدگی بوش ممکن است ناشی از فقدان روانکاری یا توسط مواد ساینده صورت گیرد، که موارد مذکور می توانند قطر داخلی سیلندر را صیقلکاری کرده (طرح شطرنجی آن را از بین می برند) 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 نمی تواند پیستون را تمیز نگه دارد. افت کیفیت و فساد بیش از اندازه روغن ممکن است بخاطر فواصل زمانی طولانی تعویض روغن یا انتخاب نامناسب طبقه بندی عملکرد روغن باشد.