بررسي آناليز روغن

وجود یک سیستم مناسب برای تعمیر و نگهداری دستگاهها، عامل بسیار موثری در عملکرد مناسب سیستم و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری است. تعمیرات مبتنی بر وضعیت دستگاه که در حقیقت کارآمدترین روش تعمیر و نگهداری است با روشهای مختلفی انجام می شود که مهمترین آنها روش »آنالیز روغن« است.

روش مونیتورینگ روغن در تشخیص مشکلات سیستم های مکانیکی که اجزای آن با روغن در تماس هستند، کارکرد بالایی دارد و امکان بهینه سازی سیستم ها وکنترل های مختلف مانند بررسی روند استهلاک، کیفیت قطعات و مواد مصرفی و کیفیت تعمیرات را فراهم می سازد.

مواردی که از طریق آنالیز روغن می توان به وجود آنها پی برد به طور خلاصه عبارتند از : سوخت وارد شده به روغن ضایعات داخل روغن، ضد یخ موجود در روغن، سایش یاتاقانها و عدم کارایی روغنکاری. از این طریق می توان عیوب مختلف دستگاه مانند خوردگی، مشکلات یاتاقانها، فرسایش غیرعادی رینگ و پیستون موتورها، فرسایش غیرعادی شافتها و دنده های گیربکس و پمپهای هیدرولیک را مورد شناسایی قرار داد و نسبت به رفع عوامل آنها اقدام کرد.

آنالیز روغن چیست؟

روش آنالیز روغن، نمونه را بررسی کرده، خصوصیات و مواد مختلف حاصل از سایش و غیره را در روغن موتور، جعبه دنده و یا سیستم هیدرولیک نشان می دهد. همچنین این روش نمونه برداری و تجزیه و تحلیل بر پایه سایش های مجاز صورت گرفته و سایشها و محتویات غیرمجاز موجود در روغن را نشان می دهد.

اساس کار آنالیز روغن عبارتست از: انعکاس وضعیت دقیق ماشین برای یک دوره زمانی معین از طریق نشان دادن وضعیت دستگاههای مکانیکی در حال کار. روغنی که با موتور یا اجزای مکانیکی دیگر در تماس است، ذرات و براده های فلزی ساییده شده را می گیرد. این ذرات به قدری کوچکند که به صورت معلق در روغن باقی می مانند. همچنین مواد خارجی دیگری نیز وارد روغن می شوند. با تشخیص و اندازه گیری این ناخالصی ها، اطلاعاتی از نرخ سایش و مواد خارجی دیگر دریافت می شود که دریافت این اطلاعات می تواند در تبیین راههای کاهش سایش و مواد خارجی تاثیر گذار باشد.

به طور کلی می توان مواد خارجی موجود در داخل روغن را به سه دسته تقسیم بندی کرد که عبارتند از: ۱- موادی که در اثر تغییرات فیزیکی و شیمیایی روغن- از قبیل اکسیداسیون در روغن – به وجود می آیند.

۲- مواد خارجی از قبیل ضدیخ و سوخت و آب که وارد روغن می شوند.

۳- مواد حاصل از سایش قطعات ماشین که وارد روغن می شوند.

در آزمایش های آنالیز روغن مقدار مواد مختلف حاصل از سایش محلهای مختلف و منشأ مواد خارجی و آلودگی ها مشخص می شود.

برخی سایشها مجاز و قابل پیش بینی هستند، اما وجود سایش های غیرمجاز می تواند نشان دهنده مسئله ای باشد که عامل خرابی یکی از اجزای اصلی دستگاه شود.

پیش بینی خرابی و اقدام تعمیراتی در جهت رفع آن می تواند در کاهش هزینه های تعمیر، آسیب ها و خرابی ها، افزایش عمر ماشین و کاهش زمان صرف شده برای تعمیرات نقش تعیین کننده ای ایفا می کند.

آنالیز عناصر فرسایشی

در هنگام کار اجزای موتور، مقادیر میکروسکوپی فلزات سایشی به روغن اضافه می شود. در شرایط طبیعی موتور، سایش به آهستگی صورت گرفته و مقدار عناصر سایشی در روغن به طور پیوسته و آرام زیاد می شود. نمونه گیری های منظم و متوالی و ارزیابی مقدار عناصر فرسایشی این

نمونه ها، تغییرات غیر متعادل را مشخص خواهد کرد و از این طریق می توان به علل احتمالی آن پی برد.

مشخص کردن محل سایش فلز کار مشکلی است، ولی با تعیین موارد غیرطبیعی می توان تا حدی آن راحدس زد. در بسیاری از موارد می توان سایش را کنترل یا پیشگیری کرد.

عناصر فلزی سایشی، عناصر افزودنی و عناصر آلاینده ممکن است از اجزای مختلفی به وجود آیند که مهمترین آنها به شرح زیر هستند:

آهن (Fe) : سیلندرها، واشرها، میل لنگ، چرخ دنده ها، میل بادامک، مکانیزم سوپاپ

مس (Cu) : بوشها، یاتاقانها، بوشهای بادامک، خنک کننده های روغن، بوشهای مکانیزم سوپاپ، واشرهای پیشرانه ای، یاتاقانها یا بوشهای میل بادامک.

آلومینیوم (Al) : پیستونها، یاتاقانها، سیلندرها (در برخی از انواع)، بوشها، محفظه پمپ روغن، دمنده ها، یاتاقانهای پیشرانه ای، یاتاقانها، یا بوشهای میل بادامک

کروم (Cr) : رینگها، یاتاقانهای غلتکی یا مخروطی (در برخی از انواع)، واشرها، سوپاپ اگزوز

سرب (Pb) : یاتاقانها

سیلیکان (Si) : افزودنی ضد کف، گردوخاک

سدیم (Na) : افزودنی های روغن (در برخی از موارد)، ضدیخ، گردوخاک

نیکل (Ni) : انواع خاصی از یاتاقانها، سوپاپها و گایدهای سوپاپ

نقره (Ag) : انواع خاصی از یاتاقانها، لحیم برخی از خنک کننده ای روغن

مولیبدن (Mo) : رینگها، انواع خاصی از یاتاقانها

منیزیم (Mg) : پوسته یا بدنه انواع خاصی از موتورها، افزودنی های روغن

علاوه بر فلزات سایشی، تعداد افزودنی های فلزی وجود دارند که در بیشتر روغنکاری های مدرن از آنها استفاده می شود. این عناصر عبارتند از:

بر (B) : واسطه های ضد سایش، ضد اکسیدها، اجزای روغن های بدون بو

کلسیم (Ca) : پاک کننده ها، انتشار دهنده ها، خنثی کننده های اسید

باریم (Ba) : مواد بازدانده خوردگی، پاک کننده ها، مواد بازدارنده زنگ زدگی

روی (Zn) : ضد اکسیدها، مواد بازدارنده خوردگی، افزودنی های ضد سایش، پاک کننده ها، افزودنی های فشار بحرانی

فسفر (P) : واسطه های ضد زنگ، شمع جرقه و کاهنده حجم محفظه احتراق

ویسکوزیته Viscosity

ویسکوزیته مهمترین مشخصه روغنهای روانکار است. آزمایش ویسکوزیته، مقاومت داخلی روانکار را نسبت به جاری شدن نشان می دهد. آزمون ویسکوزیته به طور معمول در درجه حرارت۱۰۰ و۴۰ درجه سانتیگراد انجام می شود.

نتایج آزمایش ویسکوزیته معمولاً به سه صورت ثبت می شود: نرمال، زیاد، کم.

در حالت ویسکوزیته زیاد یا کم باید برای عملیات نگهداری، علت مورد نظر را جستجو و نسبت به رفع آن اقدام کرد. تغییرات ویسکوزیته متاثر از عواملی مانند میزان کارکرد روغن، محتویات روغن، آلودگی، ترکیب با مواد و ناهنجاری های دیگر بوده که بر ساعات سرویس روغن تاثیر می گذارد.

علل ناهنجاری های ویسکوزیته: عبارتند از : ترکیب با سوخت، مقدار زیاد دوده، آلودگی آب، آلودگی ضد یخ، کمپرس، اکسیداسیون روغن، استفاده از روغن با درجه نامناسب، طولانی شدن زمان سرویس روغن.

دوده سوخت

اندازه گیری مقدار دوده سوخت در روغن موتورهای دیزل یک روش بسیار خوب برای تعیین بازدهی احتراق در موتور است.

آزمایش دوده سوخت در مشخص کردن نسبت صحیح سوخت به هوا و یا ناهنجاری های دیگر موتور کمک می کند. مقدار غیر مجاز دوده سوخت در روغن باعث ایجاد مشکلات زیادی در عملیات نگهداری می شود که بایستی در اسرع وقت نسبت به رفع این مشکل اقدام کرد.

نسبت نامناسب سوخت به هوا، عملرد نامناسب تجهیزات، کیفیت پایین سوخت، فرسودگی رینگهای کمپرس، اشکالات گاید سوپاپ دود و مکش، ضریب تراکم پایین، بدون بار کار کردن بیش از حد، تنظیم ناصحیح انژکتور، مسدود شدن فیلترهای هوا، فرسودگی رینگهای روغن، ساییدگی بیضوی شکل سیلندرها، معیوب بودن کولر روغن و طولانی شدن زمان سرویس روغن ازجمله دلایل ایجاد دوده سوخت است.

بروز این پدیده منجر به افزایش ویسکوزیته، افزایش دمای موتور و اکسیداسیون، کاهش توان تولیدی، بالا رفتن هزینه های نگهداری، محدود کردن جریان روغن، مسدون کردن فیلترها، دود خروجی بیش از حد، کوتاه کردن عمر موتور، کاهش بازدهی موتور و کوتاه کردن زمان سرویس روغن می شود.

رقیق شدن روغن در اثر اختلاط با سوخت

زمانی که روغن در اثر اختلاط با سوخت رقیق می شود، کیفیت روانکاری کاهش یافته و باعث افزایش ساییدگی قطعات و بالا رفتن دمای کار موتور می شود. روغن، سطوح فلزی موتور را از هم جدا کرده، آب بندی بین محفظه احتراق و محفظه میل لنگ را فراهم آورده و وظیفه انتقال حرارت در موتور را نیز بر عهده دارد که در صورت رقیق شدن، این وظایف را به خوبی انجام نداده و باعث ایجاد عیوب دیگری در موتور می شود.

این پدیده به دلیل نشتی یا معیوب بودن انژکتورها، در جا کار کردن بیش از حد، تراکم ناقص، رینگها یا واشرهای فرسوده، تایمینگ نامناسب (تنظیم نبودن زمانی سوپاپهای موتور)، اپراتور یا راننده های کم تجربه، شرایط محیطی کار، نشتی از پمپ سوخت واشر آن، نسبت نامناسب هوا به سوخت کیفیت پایین سوخت، استفاده از موتور به جز مواردی که موتور به آن منظور طراحی شده است، به وجود می آید.

آلودگی با آب یا ضدیخ

بسیاری از مشکلات موتورها به سبب آلودگی روغن با آب یا ضدیخ بروز می کند. آزمایش آنالیز روغن هرگز مقدار آب موجود در روغن موتور را نشان نمی دهد، زیرا روغن موتور به قدری داغ است که آب موجود در آن بخار می شود؛ بنابراین آنالیز آب فقط در سیستم های هیدرولیک، گیربکس ها و … استفاده می شود. اما آنالیز روغن می تواند عناصر شیمیایی ضد یخ موجود در روغن را برحسب جزء در میلیون (ppm) سدیم (Na) ، بُر(B) و پتاسیم (K) نشان دهد. زمانی که مقادیر سدیم، بر و یا پتاسیم در روغن محفظه میل لنگ مشاهده شد، مشخص می شود که آلودگی ضد یخ اتفاق افتاده است. برخی از روانکارها خود شامل این عناصر هستند که در حین ارزیابی نتیجه آزمایش بایستی مقدار اولیه این عناصر را در نظر گرفت.

دمای کار پایین موتور، وجود سوراخ یا حفره در واشرها، آلودگی در حین سرویس، ماشین کار نامناسب سطوح سیلندر و سر سیلندر، آب بندی نامناسب، آلودگی روغن نو، انبار کردن نامناسب روغن نو، محصولات محفظه احتراق، آببندی نامناسب خنک کننده روغن، آچار کشی نامناسب سرسیلندر، آلودگی نمونه در حین نمونه برداری ازجمله دلایل بروز چنین پدیده هایی است.

این آلودگی منجر به خرابی موتور، روغنکاری غیرموثر، دمای کار بالا، اتلاف انرژی، سایش فلزی، از بین رفتن اثر افزودنی های روغن، به وجود آمدن ترکیبات اسیدی، افزایش مقدار فلزات ساییده شده، افزایش ویسکوزیته و اتلاف مایع خنک کننده می شود.

اکسیداسیون

روغن موتور، تحت شرایط معینی ممکن است تغییر شیمیایی داده و اکسید شود. این فرایند می تواند باعث پایین آوردن قابلیت روغنکاری روانکار و ایجاد معایبی از طریق مواد تولید شده از اکسیداسیون روغن شود.

مشکلات معمولی که از اکسیداسیون بیش از حد روغن و مواد تولید شده از اکسیداسیون آن پیش می آید عبارتند از: تشکیل رسوبات لاکی (Varnish) ، خوردگی فلزی ویسکوزیته بالا.

با استفاده از روش مونیتورینگ روغن، می توان یک نمونه روغن مصرف شده و یک نمونه روغن نو را مقایسه کرده و مقدار اکسیداسیون روغن را مشخص کرد. اکسیداسیون روغن یکی از مهمترین مسایلی است که در برنامه سرویس روغن تاثیر می گذارد.

دمای کار بالا، استفاده از روغن نامناسب در زمان سرویس، نشت گازهای محفظه احتراق به محفظه میل لنگ، تغییرات روغن در اثر انبساط، طولانی شدن زمان سرویس روغن از معمول ترین عوامل افزایش اکسیداسیون روغن است.

اکسیداسیون بیش از حد روغن موجب افزایش ویسکوزیته روغن، گرفتگی فیلتر، کاهش بازدهی موتور، ایجاد ترکیبات لاکی، خوردگی عناصر فلزی، افزایش سایش ته نشین رسوبی، داغ کردن موتور، تولید اسیدهای آلی (در صورت حرارت خیلی بالا ایجاد رسوبات کربنی ) می شود.

نیتراسیون

مواد نیتروژنی به شدت اسیدی بوده و می توانند باعث افزایش آثار اکسیداسیون شوند.

این مواد زمانی که ترکیب سوخت با روغن موتور در محفظه احتراق پیش آمد، در حین فرایند احتراق سوخت به وجود می آید. روش استاندارد اندازه گیری مقدار نیتراسیون، از طریق آزمایش مادون قرمز صورت می گیرد. افزایش بیش از حد نیتراسیون ممکن است باعث افزایش عدد کلی اسید( TAN یا مقدار کل اسید در روغن) نیز شود.

زمانی که مقدار نیتراسیون بالا رود، سرویس روغن موثر خواهد بود.

ترکیبات نیتروژن در سوخت به ویژه در سوخت با مقدار سولفور بالا یافت می شود.

عیوب توربوشارژ، عیوب محفظه احتراق، تخلیه نامناسب دود، آب بندی غیر موثر، اشکالات پمپ تخلیه دود، اشکالات سوخت، دمای کار پایین، نسبت نادرست هوا به سوخت و رینگ های نامناسب از جمله عوامل بروز نیتراسیون است.

این پدیده موجب افزایش مقدار اسید، اکسیداسیون سریع، چسبیدن رینگ، کربن ته نشین شده، افزایش هزینه های نگهداری، خوردگی فلزات سایشی، افزایش سایش، افزایش اکسیداسیون روغن، افت توان و آلودگی محیط از طریق اکسیدهای نیتروژن می شود.

نمونه گیری از روغن

نمونه روغن گرفته شده از نظر این که آن روغن باید نمونه ای از کل روغن ماشین باشد، برایمان مهم است؛ زیرا نتایج آنالیز روغن تنها براساس آنالیز نمونه گرفته شده بیان می شود. همیشه قبل از نمونه برداری بایستی روغن گرم باشد.

نمونه گیری بایستی به گونه ای انجام شود تا میزان و درصد ذرات فرسایشی موجود در نمونه برداشته شده مشابه کل روغن موجود در سیستم باشد. بدین منظور بایستی نمونه گیری پیوسته، یکسان باشد. بهترین زمان برای نمونه گیری، درست پس از توقف دستگاه است. نمونه نباید از کف یا سطح روغن کارتل یا مخزن روغن برداشته شود بلکه باید طول شلنگ نمونه گیری طوری انتخاب شود تا از وسط عمق روغن نمونه کشیده شود. ذرات موجود در سطح فوقانی روغن همواره کمتر و در سطح تحتانی آن بیشتر از مقدار واقعی است. زیرا در اثر ته نشین شدن، ذرات در قسمت کف کارتل تجمع می کنند و در نتیجه نمونه برداشته شده از قسمت میانی واقعی ترین شرایط را خواهد داشت. ظرف نمونه باید به اندازه یک سوم خالی باشد تا بتوان قبل از آزمایش آن را کاملاً مخلوط کرد. فاصله زمانی نمونه گیری به عوامل مختلفی مانند شرایط کاری دستگاه، نوع و وضعیت سلامت آن، کیفیت مواد مصرفی نظیر فیلتر و روغن و غیره بستگی دارد.