بررسی آلاینده ها در سیستم هیدرولیک

یكی از علومی كه بیشترین كاربرد را در صنایع مختلف به خود اختصاص داده، علم هیدرولیك است. البته علوم دیگری نظیر شیمی، مكانیك سیالات و ترمودینامیك نیز به كمك این علم آمده و تلفیقی از آنها را به صورت ساده در یك سیستم هیدرولیك می توان مشاهده كرد.
از طرفی با توجه به نقش اساسی و مهم سیال هیدرولیك (انتقال نیرو)، بحث آلایندگی آن از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در یك سیستم هیدرولیك، سیال هیدرولیك با تغییر جهت نیرو و همچنین تغییر مقدار آن باعث حذف یك سری از عملیات مكانیكی در سیستم می شود كه بعنوان مثال از حذف استفاده از دنده ها، اهرم ها و نیز حذف تنش های شدید اجزای می توان سیستم نام برد. همچنین سیال هیدرولیك به دلیل انتقال سریع نیرو و تا فاصله زیاد، در شرایط دما و فشار بالا بازدهی بهتری خواهد داشت.
براساس نظر كارشناسان تعمیرات و نگهداری، حدود۸۰ درصد خرابی ها در سیستم هیدرولیك، نتیجه مستقیم آلودگی سیال آن است. بنابراین با انتخاب یك سیال مناسب و همچنین كنترل آلاینده ها می توان آسیب های ناشی از آلاینده ها را به حداقل رساند. در این مقاله آلاینده های سیستم هیدرولیك به طور اجمالی معرفی شده و هر كدام به صورت جداگانه بررسی می شود.
● حرارت بیش از اندازه (Over Heat)
متاسفانه در بسیاری از موارد، حرارت به عنوان یك آلاینده در نظر گرفته نمی شود. یكی از عوامل بوجود آمدن حرارت بیش از اندازه در سیستم می تواند مربوط به انتخاب نادرست گرید (ISO VG) روغن هیدرولیك باشد. بدین ترتیب كه چون در شرایط روانكاری هیدرو دینامیك تنها اصطكاك موجود، اصطكاك داخلی روغن در گردش است، اگر گرید مصرفی بیش از گرید توصیه شده باشد به دلیل افزایش اصطكاك داخلی، دمای روغن به شدت افزایش می یابد. بر اثر افزایش غیرعادی دمای روغن، روند اكسیداسیون از حالت تدریجی خارج شده و روغن پایه به سرعت اكسید
می شود. (پس از شروع اكسیداسیون به ازای هر۱۵ درجه سانتیگراد افزایش دما، شدت اكسیداسیون، دو برابر می شود) نتیجه این امر كاهش ادتیوهای آنتی اكسیدان و در نهایت كاهش عمر مفید روغن خواهد بود.
از دلایل دیگر Over Heat می توان به انجام تماس فلز با فلز در اثر وجود اشكال فنی در سیستم و برقراری شرایط روانكاری مرزی اشاره كرد كه باعث سایش مكانیكی قطعات می شود. در برخی موارد نیز بدلیل طراحی نامناسب، انتقال حرارت موثر بین سیستم و محیط انجام نشده و در شرایط آب و هوایی گرم، تاثیر پذیری سیستم از محیط بسیار زیاد می شود.
در نهایت با افزایش عدد اسیدی و تحلیل ادتیوها در روغن، میزان خوردگی و زنگ زدگی قطعات نیز افزایش می یابد. از طرف دیگر بدلیل افزایش گرانروی روغن (اكسیداسیون) جریان روغن درون سیستم كاهش یافته و بدلیل افت فشار، دقت كنترل سیستم كاهش خواهد یافت.
برای رفع چنین مشكلاتی در سیستم می توان ضمن انتخاب صحیح گرید سیال هیدرولیك و نیز اطمینان از طراحی مناسب، با افزایش ظرفیت تغذیه روغن و همچنین افزایش سرعت گردش آن، دمای روغن را در حد مطلوب كنترل كرد كه بنا به عقیده كارشناسان تعمیرات دمای روغن در مخزن اصلی هیدرولیك، نباید از۶۰ درجه سانتیگراد تجاوز كند.
●آلایندگی ذرات جامد (Solid Particle Contamination)
در یك سیستم هیدرولیك بدلیل اینكه امكان حذف كامل ذرات جامد از سیال هیدرولیك وجود ندارد، بناچار برای آلایندگی ناشی از ذرات، یك محدوده تعریف می شود. در سیستم های امروزی كه دارای لقی مجاز (Clearance) بسیار كمی بوده و در فشارهای به نسبت بالا (بیشتر از ۷ bar ) كار می كنند كنترل آلاینده های جامد از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. منابع ورود ذرات جامد به سیستم می تواند از طریق هوای ورودی به سیستم از محیط (گرد و غبار)، ذرات عبوری از آب بندها، باقی ماندن ذرات درون سیستم هنگام نصب قطعات و نیز ذرات حاصل از سایش داخلی قطعات باشد. حضور این ذرات در سیستم می تواند سبب بوجود آمدن صدمات مكانیكی (پارگی شیلنگها و شكستن Valve ها)، سایش و خراشیدگی سطوح فلزی، گرفتگی فیلترها و در نهایت ایجاد افت فشار در سیستم شود كه نتیجه این امر كاهش میزان تولید و افزایش هزینه های كلی تعمیرات خواهد بود.
برای جلوگیری از ورود ذرات به سیستم، باید تمامی سیالات، قبل از ورود به مخزن، فیلتر شده و در نواحی قرارگیری سیستم در معرض هوای محیط، فیلترهای مناسب بكارگرفته شوند. هم چنین فلاشینگ نهایی سیستم پس از نصب قطعات (قبل از راه اندازی) و نیز بازرسی شرایط آب بندها و درپوش مخازن مركزی می تواند مانع ورود ذرات جامد به سیستم شود. از طرفی بررسی فیلترها از نظر مش صحیح ( اندازه منافذ و تعداد) و جنس آنها با توجه به نوع عملیات، می تواند بازدهی فیلتراسیون را در سیستم افزایش داده و با در نظر گرفتن لقی مجاز قطعات می توان محدوده مناسبی برای آلاینده ها تعریف كرد.
●یكی از روشهای اندازه گیری، روش اسپكتروسكوپی است كه بدلیل محدودیت این روش (عدم اندازه گیری ذرات بزرگتر از۷ میكرون)، روش های دیگری نظیر NAS و اخیراً روش ISO ۴۴۰۶ بكار گرفته می شوند.
در این روشها، با توجه به لقی مجاز قطعات و توصیه سازنده اصلی تجهیزات (OEM) یك محدوده بعنوان كد تمیزی سیستم در نظر گرفته می شود، بدین ترتیب كه بوسیله شمارش الكترونیكی ذرات با توجه به سایز آنها (در محدوده بین۵،۲ تا۱۵ میكرون) كد تمیزی سیستم مشخص می شود. بعنوان مثال سازنده ویكرز برای یك سیستم هیدرولیك
كد ISO ۴۴۰۶ ۱۸/۱۶/۱۳ معادل با NAS ۱۶۳۸ Level ۷ را بعنوان كد تمیزی سیستم در نظر گرفته است كه اگر میزان آلاینده ها از این حد تجاوز كند، با بهبود فیلتراسیون ( یا تعویض فیلتر) و در صورت لزوم جایگزینی روغن جدید می توان آثار مخرب آلاینده ها را به حداقل رساند.
●آلایندگی آب (Water Contamination) :
میزان ایده آل آب در یك سیال هیدرولیك، كمتر از میزان اشباع آن (در دمای عملیاتی دستگاه) است. حدود (۲۰۰-۳۰۰)ppm آب می تواند بصورت محلول در سیال پایه معدنی وجود داشته باشد بدون اینكه رنگ روغن تغییر كند.
اگر میزان آب به ۵۰۰ ppm افزایش یابد، روغن كمی كدر شده و به اصطلاح ظاهر آن ابری می شود. بالاترین میزان مجاز آب در یك سیال هیدرولیك ۱۰۰ ppm بوده و اگرمیزان آب از ۰.۱ درصد وزنی تجاوز كند، بصورت‌ آب آزاد ظاهر خواهد شد. آب بدلیل كاهش مقاومت فیلم روانكار باعث افزایش شدت سایش شده و در حضور فلزاتی نظیر مس، شدت سایش دو برابر خواهد شد.
از طرفی بدلیل كاهش ادتیوهای R&O ، میزان خوردگی و زنگ زدگی سطوح فلزی افزایش یافته و در حضور كاتالیزورهای فلزی، تخریب سطوح چند برابر می شود. همچنین بدلیل انجام سریع اكسیداسیون، لجن اسیدی در سیستم ایجاد شده و راندمان فیلتراسیون كاهش می یابد.
بهترین روش برای اندازه گیری میزان آب، آزمایش كارل فیشر است. برای جلوگیری از ورود آب به سیستم می توان به مواردی نظیر دقت در انبارداری صحیح، برطرف كردن نشتی از مبدلهای حرارتی یا ورودی های مخزن و تعویض آب بندهای آسیب دیده، اشاره كرد.
● آلایندگی هوا (Air Contamination) :
یكی دیگر از آلاینده هایی كه در ارتباط با سیال هیدرولیك می توان به آن پرداخت، حبابهای هواست. خروج حبابهای درون سیال در مواقعی كه فشار اعمال شده روی سیال از فشار اشباع حلالیت هوا در آن كمتر باشد، می تواند با شكستن و از بین رفتن ناگهانی باعث بروز حوادثی نظیر كاویتاسیون شود. یكی دیگر از صدماتی كه حضور حبابهای هوا درون روغن هیدرولیك ایجاد می كند، تولید كف (تراكم پذیر) و افزایش شدید درجه حرارت بدلیل كاهش حجم درون سیلندر هیدرولیك است كه این افزایش دمای ناگهانی باعث تسریع روند اكسیداسیون خواهد شد.
برای جلوگیری از ورود هوا به سیستم می توان با تامین هد مورد نیاز پمپ از بوجود آمدن افت فشار در اریفیس ها و همچنین مقاومت در مكش و هواگیری پمپ ها جلوگیری كرد.
در برخی موارد باز و بسته شدن سریع شیر كنترل ها (ایجاد توربولنسی)، تنفس كلاهك مخزن و ورودی های سیستم می تواند بعنوان منابع ورود هوا به سیستم باشند كه با رفع این عیوب، تشكیل حبابهای هوا در سیال هیدرولیك به پایین ترین میزان ممكن خواهد رسید.
●مشكل نشتی (Leakage)
متاسفانه در جامعه صنعتی، نشتی بعنوان یك امر معمولی در نظر گرفته شده و برای رفع آن، تلاش جدی صورت نمی گیرد. بررسی آثار نامطلوب نشتی در یك سیستم می تواند اهمیت آنرا بیش از پیش مشخص ساخته و تاثیر آن را در كیفیت محصول نهایی و افزایش هزینه های تمام شده، نشان دهد.
در یك سیستم هیدرولیك بدلیل نشتی، همواره میزان مصرف روغن از ظرفیت واقعی مخزن بیشتر بوده و هزینه های مربوط به خرید روانكار افزایش می یابد. از طرفی بدلیل كاهش جریان روغن و ایجاد افت فشار، دقت كنترلی سیستم كاهش یافته و بعلت كاركرد نامنظم سیستم، مشخصات محصول نهایی (مثلاً ابعاد) بر موارد از پیش تعیین شده منطبق نخواهدبود. در ارتباط با معضل نشتی در كنار آثار مخرب زیست محیطی (ورود روغن به منابع آب و خاك)، احتمال قرار گرفتن روغن در معرض سطوح داغ (دستگاههای دایكاست و تزریق پلاستیك) و اشتعال آن وجود داشته و بروز حوادثی نظیر آتش سوزی محتمل خواهد بود.
نكته بسیار مهم دیگر در ارتباط با نشتی این است كه تمامی آلاینده های یاد شده می توانند از محل نشت روغن وارد سیستم شده و استهلاك زودرس تجهیزات و ماشین آلات را باعث شوند. بنابراین بازرسی منظم اتصالات و آب بندها و تعویض آنها در صورت لزوم می تواند در كاركرد مطمئن ماشین آلات، موثر باشد.
یكی دیگر از روشهای جلوگیری از نشتی، بحث سازگاری سیال هیدرولیك با الاستومرها و انتخاب مناسب سیال هیدرولیك از نظر نقطه آنیلین است.
بدین معنی كه نقطه آنیلین معرف میزان تركیبات آروماتیك در روغن بوده و اگر از میزان توصیه شده بیشتر باشد، باعث تورم آب بندها شده و اگر كمتر از حد مجاز باشد سبب سفت شدن اتصالات و كاهش حجم آنها می شود.
از روش های موثر دیگر جلوگیری از نشتی، انتخاب صحیح آب بندها (از نظر دما، فشار و شدت جریان)، تنظیم دمای سیال هیدرولیك (حداقل نگه داشتن دمای سیال) و بالانس مكانیكی سیستم (در یك راستا قرار گرفتن شفت پمپ و موتور) است كه با اجرای این روشها می توان میزان نشتی را به حداقل رساند.

نویسنده: مهندس مجید همدانی
منابع:
- National Tribology Service (NAS)
- Oil Analysis & Lubrication Learning Center
- Hydraulic Oil Filtration System-Filtroil
- Practical Ways To Control Hydraulic System Contamination
- Lube- Tech Magazine

منبع : ماهنامه نفت پارس