شناخت روغن های هیدرولیک چند درجه ای

کارایی و سهولت به کارگیری سیستم های هیدرولیک سبب توسعه روز افزون سیستم ها در سراسر دنیا شده است. شناخت صحیح این سیستم های هیدرولیک به افزایش بهره وری، کاهش استهلاک و در نهایت افزایش طول عمر مفید این سیستم ها کمک می کند.

یکی از اجزای مهم هر سیستم هیدرولیک، سیال هیدرولیک آن است که نوع و گرید آن در کارایی این سیستم ها بسیار موثر است. از جمله مواردی که کاربران سیستم های هیدرولیک (به ویژه در استان های جنوبی کشور) همواره از آن شکایت می کنند، نشتی بیش از حد این سیستم ها در فصل های گرم سال است. روغن های هیدرولیک اتوماتیک (چند درجه) به دلیل شاخص گرانروی بالا، مشکل نشتی را کاهش داده و موجب صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه می شوند. با شناخت و انتخاب صحیح روغن های هیدرولیک می توان علاوه بر پایین آوردن هزینه ها، گام موثری در حفظ منابع ملی و محیط زیست برداشت.

صرفه جویی در سوخت با جایگزینی روغن هیدرولیک

بسیاری از شرکت های صنعتی در شمال امریکا و کانادا مانند شرکت های راهسازی، کشاورزی، معدن و حمل و نقل، روغن هیدرولیک ماشین آلات خود را با تغییر فصل در تابستان و زمستان تعویض می کنند. تحقیقات و بررسی های اخیر در این زمینه نشان داده است که استفاده از یک روغن چند درجه در تمامی طول سال علاوه بر عمل روانکاری بازدهی مصرف سوخت را بهبود بخشیده و هزینه های نگهداری را کاهش می دهد. البته در میان انواع گوناگون روغن های هیدرولیک چند درجه، تعدادی از آنها نسبت به بقیه بهتر عمل می کنند.

به تازگی شرکت پتروکانادا برنامه ای به منظور بررسی اثر گرانروی سیالات هیدرولیک بر مصرف سوخت موتورهایی که سیستم های هیدرولیک را به حرکت وا می دارند اجرا کرده است. نتایج این تحقیق نشان داده است که انتخاب صحیح روغن هیدرولیک، مصرف سوخت را به میزان۵ تا۱۵ درصد کاهش می دهد. این وضعیت نشانگر وجود پتانسیل بسیار زیاد در کاهش هزینه های سوخت ناوگان هزاران ماشین در طول سال است.

تاثیر دمای بالا و پایین بر گرانروی سیال هیدرولیک

هنگامی که صحبت از سیالات هیدرولیک به میان می آید، باید توجه داشت که بازدهی کلی پمپ به تعادل بین راندمان هیدرومکانیکی و راندمان حجمی بستگی دارد. به بیان ساده تر، سیال هیدرولیک باید به اندازه کافی شل باشد تا پمپ هیدرولیک (به ویژه در دماهای پایین) به راحتی روشن شده و از کارکردن سخت پمپ جلوگیری کند (راندمان مکانیکی). از طرفی سیال هیدرولیک می بایست به اندازه کافی سفت بوده تا از نشت داخلی پمپ و افت فشار جلوگیری کرده و روانکاری مناسبی را انجام دهد (راندمان حجمی).

گرانروی بیش از حد سیال هیدرولیک در دماهای بالا به کاهش راندمان مکانیکی سیستم هیدرولیک و در حالات بحرانی، به کمبود روانکار و کاویتاسیون منجر می شود. هنگامی که روانکار به اندازه کافی وجود نداشته باشد به دلیل نبود لایه نازک روانکار( که محافظ قطعات است)، دمای تماس بالا، سایش بیش از حد و در نهایت خرابی پمپ به وقوع می پیوندد.

کاویتاسیون به علت افت فشار بیش از حد در ورودی پمپ، به وجود می آید. این پدیده نه تنها به خستگی و خرد شدن فلز می انجامد بلکه ذرات فلزی ناشی از خراشیدگی فلز در روغن تولید می کند و بدین ترتیب عمر پمپ را کاهش می دهد.

هنگامی که دما بالا می رود اگر گرانروی روغن بسیار پایین باشد به دلیل افزایش نشتی داخلی، راندمان حجمی افت پیدا می کند. همچنین هنگامی که سیال بیش از حد شل باشد نمی تواند قطعات متحرک را به طور کامل از یکدیگر جدا کند و این مسئله به تماس فلز به فلز، سایش قطعات و در نهایت خرابی پمپ می انجامد.

بنابر آنچه گفته شد در شرایطی که گرانروی خیلی زیاد یا خیلی کم باشد، راندمان حجمی، به دلیل سایش قطعات، بیش از پیش افت می کند. در نتیجه پمپ باید بیشتر کار کند تا جریان مورد نیاز عملگرهای هیدرولیک را تامین کند. بنابراین موتور باید سوخت بیشتری بسوزاند تا کار مورد نیاز سیستم هیدرولیک را تامین کند، مصرف سوخت بالاتر به معنای هزینه بالاتر است. همچنین با سوزانده شدن سوخت بیشتر، دی اکسید کربن بیشتری تولید می شود و این مسئله به محیط زیست آسیب می رساند.

یک سیال هیدرولیک ایده آل، می تواند با محدوده تغییرات دما هماهنگ شود.

همچنین امکان روشن شدن راحت دستگاه را فراهم می آورد و انجام عملیات را در بالاترین دما امکان پذیر می سازد.

سیالات هیدرولیک چند درجه، از مخلوط روغن پایه ای با شاخص گرانروی بالا با افزودنی های بالا برنده شاخص گرانروی ساخته می شوند. به همین علت نسبت به سیالات تک درجه، خود را با حداکثر محدوده دمایی هماهنگ می سازند. گرانروی سیال چند درجه در دماهای زیر۴۰ درجه سانتیگراد کمتر از گرانروی سیال تک درجه با گرید ISO مشابه است.

در نتیجه سیال هیدرولیک در دماهای پایین سریعتر جریان پیدا کرده و این امر هم بازدهی مکانیکی سیستم را افزایش می دهد. از طرفی در دماهای بالا، گرانروی سیال هیدرولیک چند درجه، کندتر از گرانروی سیال هیدرولیک تک درجه کاهش پیدا کرده و بدین ترتیب راندمان حجمی مورد نیاز در دماهای بالا را نیز تامین می کند. بنابراین سیالات هیدرولیک با روغن پایه ای با شاخص گرانروی بسیار بالا که در اصطلاح با علامت اختصاری VHVI نمایش داده می شوند، دارای بهترین بازدهی هستند.

تعیین بازدهی انرژی

شرکت پتروکانادا به منظور ارزیابی بازدهی انرژی سیال هیدرولیک، به بررسی یک پمپ تیغه ای متحرک دنیسون T6CM در فشار۲۰۰ بار پرداخت. این پمپ در بسیاری از ماشین آلات کشاورزی، راهسازی، معدن و وسایط نقلیه سنگین وجود دارد. در این بررسی سیالات هیدرولیک تک درجه مرسوم گریدهای۴۶،۳۲،۲۲ و۶۸ ISO با سیال هیدرولیک چند درجه چهارفصل HYDREX XV شرکت پتروکانادا مقایسه شد. البته در این مقایسه تنها به بررسی دو گرید مرسوم۴۶،۲۲ ISO که به ترتیب برای زمستان و تابستان استفاده می شوند، پرداخته ایم.

در وهله اول لازم است تخمینی از دمای متوسط روغن داخل کارتریج پمپی با سایز و دبی متوسطی که در طول سال به طور پیوسته در حال کار است، داشته باشیم. برای این منظور، لازم است که مقادیر یک مورد عملی اندازه گیری شده و همچنین گرم شدن داخل خود پمپ را در نظر داشته باشیم.

نتایج این آزمایش نشان می دهد که توان مصرفی یک پمپ هیدرولیک با سیال هیدرولیک مصرفی با گرید۲۲ ISO در فصل زمستان با دبی ۳/۴۵ لیتر(۱۲ گالن) در دقیقه، ۸/۲۳ kw است. در مقابل هنگامی که از روغن HYDREX XV شرکت پتروکانادا استفاده شد، توان مصرفی پمپ با دبی واقعی۴۸/۴ لیتر(۱۲/۸ گالن) در دقیقه معادل با ۲/۲۴ kw گزارش شد. البته این نتایج در دمای عملیاتی۹۰ درجه سانتیگراد، فشار۲۰۰ بار و سرعت۲۰۰۰ دور بر دقیقه محاسبه شده اند.

انرژی مورد نیاز برای انتقال حجم مشابه سیال تحت فشار مشخص و سرعت پمپ (صرفه جویی بازدهی انرژی) با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

در این فرمول، P نشانه توان (کیلووات) مورد نیاز پمپ و Qa نشانه دبی واقعی (لیتر بر دقیقه) است.

با استفاده از این فرمول، می توان میزان صرفه جویی در مصرف انرژی در فصل زمستان را هنگامی که از روغن چند درجه HYDREX XV به جای سیال هیدرولیک۲۲ ISO استفاده می شود، محاسبه کرد.

میزان صرفه جویی در مصرف انرژی، با جایگزینی سیال هیدرولیک۴۶ ISO با سیال چند درجه HYDREX XV در فصل تابستان با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

با مشخص شدن میزان صرفه جویی انرژی، می توان میزان صرفه جویی سالانه مصرف سوخت دیزل را هنگامی که به جای سیال هیدرولیک۲۲ ISO (مصرفی در زمستان) و سیال هیدرولیک۴۶ ISO (مصرفی در تابستان) از سیال هیدرولیک چند درجه HYDREX XV (که دارای شاخص گرانروی بالایی است) استفاده می شود، محاسبه کرد. برای مثال میزان صرفه جویی در مصرف سوخت دیزل برای یک میزان مشخص کار به روش زیر بدست می آید.

با فرض اینکه قیمت یک لیتر سوخت دیزل ۶۸/۰ دلارکانادا باشد، میزان صرفه جویی نهایی برابر خواهد بود با:

در صورتی که کارخانه ای دارای۱۰۰ دستگاه ماشین(که در مجموع دارای۲۰۰ پمپ هستند) باشد، هنگامی که همان میزان کار انجام می شود، کل صرفه جویی که در هزینه ها به دست می آید برابر خواهد بود با:

از نقطه نظر زیست محیطی، با این روش در۱۰۰ دستگاه ماشین یاد شده به میزان۳۱۴۷۴۰ لیتر سوخت صرفه جویی شده که در نتیجه، تولید و انتشار گاز دی اکسید کربن Co2 به میزان۸۳۰ تُن کاهش خواهد یافت.

نتایج بالا، نشان دهنده این است که با انتخاب سیال هیدرولیک چند درجه مناسب، مصرف سوخت پمپ های هیدرولیک به میزان قابل توجهی کاهش یافته و در نتیجه هزینه های عملیاتی نیز کاهش می یابند. برای شرکت هایی با حجم تولید متوسط، این میزان صرفه جویی در حدود۲۱۴ هزار دلار(معادل۱۴۳ هزار دلار امریکا در زمان انجام این تحقیق) بوده و به طور قطع برای شرکت های بزرگتر، مقادیر صرفه جویی بزرگتر خواهد بود.

قبل از برنامه ریزی، برای مصرف سیال هیدرولیک چند درجه به جای سیال هیدرولیک تک درجه، می بایست حداکثر فشار عملیاتی، حداقل و حداکثر دمای عملیاتی و گرانروی توصیه شده توسط سازنده پمپ را مورد بررسی قرار داد. با در نظر گرفتن این موارد، حداکثر گرانروی لحظه راه اندازی، محدوده بهینه گرانروی بهینه گرانروی عملیاتی و حداقل و حداکثر گرانروی عملیاتی به دست می آید.

قابل از انتخاب یک سیال چند درجه باید کارایی نسبی سیالات چند درجه موجود مقایسه شود. سیالات هیدرولیک به طور کامل شبیه یکدیگر نیستند. سیال هیدرولیک HYDREXTM XV شرکت پتروکانادا، نه تنها موجب صرفه جویی بیشتری در مصرف انرژی می شود، بلک مزیت های دیگری نیز نسبت به سایر سیالات هیدرولیک چند درجه با شاخص گرانروی بالا دارد.

سیال هیدرولیک HYDREXTM XV دارای شاخص گرانروی بالا، کارایی عالی، عمر بالا و خاصیت ضد سایش بوده و برای استفاده تمامی فصول در سیستم های هیدرولیک سنگین طراحی شده است. در تولید این سیال از روغن پایه ای با خلوص۹۹/۹ درصد (که با فرایند HT به دست می آید) استفاده می شود. با خارج کردن ناخالصی هایی که کارایی روغن های متداول را تحت تاثیر قرار می دهد و اضافه کردن افزودنی های خاص HYDREXTM XV نسبت به سیالات مشابه، بیشتر عمر می کند. با استفاده از این سیال سیستم های هیدرولیک در دماهای پایین تا حد۴۰- درجه سانتیگراد بدون اینکه تحت بار باشند، شروع به کار می کنند.

سیال HYDREX در دو آزمایش کارایی مهم، نسبت به سایر محصولات شرکت های رقیب، کارایی بهتری دارد. نتایج آزمایش ASTM D943 در مورد پایداری اکسیداسیون نشان دهنده این است که سیال HYDREXTM XV سه برابر بیشتر از محصولات سایر تولید کنندگان آمریکای شمالی عمر می کند و کاهش تعداد دفعات تعویض و هزینه های تعمیراتی را در پی خواهد داشت.

آزمایش سایش پمپ هیدرولیک Vickers 35 VQ25 نشان داد که محافظت HYDREX در برابر سایش، دو برابر روغن های مشابه است. همچنین محافظت HYDREX XV در برابر سایش و عمر قطعات، به نسبت سایر محصولات مشابه، بیشتر برآورد شده است.

در صنایع امروز که هدف، بیشترین میزان بهره وری از قطعات است، روی آوردن به سیال هیدرولیکِ چند درجه، گام مهمی در کاهش هزینه هاست. با استفاده از این سیالات برای میزان مشخص کار داده شده کاهش یافته، تغییرات فصلی روغن حذف شده مصرف سوخت و زمان تعمیرات نیز کاهش می یابد. علاوه بر این، انتشار گازهای گلخانه ای نیز کاهش می یابد. روی آوردن به سیال چند درجه VHVI میزان محافظت از قطعات را افزایش می دهد، که این مسئله نیز به نوبه خود موجب صرفه جویی بیشتر در هزینه ها می شود.