دانستنی های روانکارها
- روانکاری
1- روانکاری دانش آسان سازی حرکت نسبی سطوح در تماس با یکدیگر است. این علم به عنوان یکی از رشته های بسیار مهم در علوم مهندسی شناخته می شود، به طوری که موفقیت بسیاری از طرح های صنعتی در گرو آگاهی از این دانش فنی خواهد بود. بطور کلی به لایه های گاز، مایع و یا جامد که میان دو سطح قرار می گیرند و یکنواختی حرکت یک سطح بر روی دیگری را بهبود می بخشند و از ایجاد آسیب بر روی سطوح جلوگیری می کنند، روانکار گفته می شود. امروزه، صنعت روانکار تبدیل به یک بخش مهم از توسعه صنایع ماشینی و صنایع مربوط به آن شده است. علاوه بر این، با مطرح شدن بحث های جدیدی چون بهینه سازی مصرف و حفظ منابع تجدید ناپذیر و همچنین رعایت الزامات زیست محیطی، مطالعه بر روی روانکارها جایگاه خاصی در بین علوم پیدا کرده است.
برای جلوگیری فرسایش و ازکارافتادگی زودرس ماشین آلات صنعتی و همچنین دسترسی به بیشترین بازده مکانیکی در حداقل زمان، وجود یک برنامه روانکاری مناسب جزء مهمترین شرایط مورد نیاز خواهد بود. در قرن حاضر برنامه روانکاری مناسب، یک برنامه روانکاری پایدار است که شاید کمی با تعاریف روانکاری قدیمی متفاوت باشد.
نوع روانکار، مقدار، زمان و مکان مناسب روانکاری، چهار عامل تاثیرگذار در موفقیت یک عمل روانکاری هستند. امروزه، برای انجام یک روانکاری موفق علاوه بر موارد ذکر شده باید هزینه های نگهداری، تعمیرات، عملیات (هزینه سوخت، استهلاک و ...) و رعایت قوانین و الزامات زیست محیطی را نیز در نظر گرفت. آمار نشان می دهد تنها با افزایش 1 یا 2 درصدی در هزینه برای انجام یک روانکاری بهتر می توان حدود 15% از هزینه های اضافی یک خودرو را کاهش داد. ضمن اینکه استفاده از یک روانکار مناسب فاصله زمانی تعویض روغن برای یک خودرو را زیاد می کند. این مسئله به حفظ محیط زیست و در نهایت به حفظ منابع تجدیدناپذیر نیز کمک می کند. این نمونه خود بیانگر اهمیت دانش فنی روانکارهاست. درست است که در روانکاری علاوه بر کیفیت، هزینه های مصرفی را نیز باید در نظر گرفت، اما شعار شرکت های بزرگ تولید کننده روانکار، انتخاب بهترین به جای ارزان ترین است. در اکثر موارد هزینه ای که باید برای تعمیرات قطعات مستهلک که ناشی از استفاده روانکار نامناسب است، بپردازیم بسیار بیشتر از هزینه ای است که می توانستیم برای یک روانکار گران تر ولی بهتر در نظر بگیریم.
علاوه بر کنترل و کاهش اصطکاک و سایش بین دو سطح که جزء وظایف اصلی یک روانکار است، یک روان کننده وظایف دیگری نیز دارد که عبارتند از :
- جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی سطح فلزات
- پاک کنندگی سطوح و تعلیق ذرات ناخالص و جلوگیری از رسوب آن ها بر روی قطعه های سیستم
- انتقال قدرت و انرژی هیدرولیکی
- آب بندی سیستم و ...
2- وضعیت تولید و مصرف روانکار در جهان
روانکارها کاربردهای بسیار مهمی در موتورهای احتراق داخلی، وسایل نقلیه، چرخ دنده های صنعتی، کمپرسورها، توربین ها، سیستم های هیدرولیک و ... دارند. 90% از روانکارهای مصرفی را روغن های روانکار تشکیل می دهند که در بین آن ها روغن های خودرو بیشترین مصرف را دارند.
در حال حاضر بیش از 1700 تولید کننده روانکار در سراسر جهان وجود دارند که حدود 200 شرکت بصورت جانبی و در کنار تولیدات دیگر روانکار تولید می کنند و حدود 1500 شرکت بطور اختصاصی به تولید روانکار پرداخته اند. بیش از 60% از روانکارهای مصرفی در سراسر دنیا توسط کمتر از 2% این شرکت ها تولید می شود.
در جدول زیر نام چند شرکت از بزرگترین تولید کنندگان روانکارها در دنیا آمده است.
|
نام کشور نام شرکت |
|
آمریکا1.Exoon Mobil |
|
بریتانیا/هلند2.Shell |
|
آمریکا 3.Chevron Texaco Caltex |
|
انگلیس4.BP CASTROL |
|
چین5.Sinopec/CNPC |
|
آمریکا6.Pennzoil Quaker State |
|
فرانسه7.Total Fina EIF |
بزرگترین تولید کنندگان روانکارهای صنعتی جهان :
|
نام کشور نام شرکت |
|
آمریکا1.Exxon Mobil |
|
بریتانیا/هلند2.Shell |
|
چین3.Sinopec/CNPC |
|
آمریکا4.Chevron Texaco Caltex |
|
انگلیس5.Bp CASTROL |
|
آلمان6.Fuchs |
امروزه، دنیای صنعت نیازمند دانش فنی جامع و کاربرد صحیح و اصولی روانکارهاست. اگر روند مصرف روانکارها در بعضی مناطق جهان رو به کاهش است، بدین معنی است که روانکارهای جدید قابلیت ها و پایداری بیشتری یافته اند و تحقیقات پژوهشگران این صنعت به سمت استفاده کمتر و بازدهی بیشتر روانکارها سوق پیدا کرده است.
3- تقسیم بندی انواع روانکارها
روانکارها را در یک نگاه کلی می توان به دو دسته بزرگ روانکارهای خودرو و روانکارهای صنعتی تقسیم کرد. روانکارهای صنعتی نیز به دو دسته عمده روغنهای صنعتی و روانکارهای مخصوص دیگر مثل گریس ها، روانکارهای فلزکاری و روانکارهای جامد تقسیم می شوند.
البته می توان روانکارها را از نظر نوع حالت فیزیکی نیز طبقه بندی کرد. روانکارها از نظر حالت به چهار دسته روان کننده های جامد تقسیم می شوند.
1-3 روانکارهای گازی
روانکارهای گازی مثل هوا، هلیوم، بخار مایعات و... در درجه حرارتهای خیلی بالا یا پایین، سرعت بسیار زیاد و بار کم و یا در مواردی که پرتوهای هسته ای در محیط وجود دارند، استفاده می شوند. یکی از خصوصیات بسیار مهم روانکارهای گازی این است که گرانروی آن ها با تغییر درجه حرارت تغییر چندانی نمی کند. به همین دلیل، این روانکارها قادرند در گستره ی وسیعی از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرند. علاوه براین، گازها سبک تر از مایعات هستند و می توان وزن آنها را نادیده گرفت. این موضوع باعث می شود و در سرعت های خیلی بالا، همچنان جریان گازها آرام و یکنواخت باقی بماند. به همین جهت، کارکرد روانکارهای گازی در یاتاقان های با سرعت خیلی زیاد بهتر از روانکارهای مایع است.
روانکارهای گازی اصطکاک درونی کمی دارند، عاری از ناخالصی اند و خاصیت سرریزی که در مورد روانکارهای مایع و گریس ها پیش می آید را ندارند. علاوه برآن این روانکارها به دلیل سرریز نکردن می توانند مواد مطمئنی در صنایع غذایی، داروئی و شیمیایی نیز باشند. روانکاری اولتراسانتریفیوژها، ماشین ابزار سنگ زنی دقیق که با سرعت زیاد کار می کنند، چرخ مته دندانپزشکی، راکتورهای اتمی، ماشین های ریسندگی پر سرعت، توربین های گازی، موتور جک و ... از جمله موارد کاربرد این دسته از روانکارها هستند.
2-3 روانکارهای مایع
روغن ها مهمترین روانکارهای مایع هستند، که خود به دو دسته ی بزرگ روغن های معدنی و روغن های سنتزی تقسیم می شوند. این موع روانکارها رایج ترین و پرمصرفترین نوع روانکارها هستند. هر دو دسته به نوعی از مشتقات نفت خام به حساب می آیند، با این تفاوت که روغن های معدنی از انجام یک سری عملیات تفکیک بر روی نفت خام و حداکثر یک واکنش شیمیایی کنترل شده به دست می آیند درصورتیکه برای تولید روغن های سنتزی بیشتر از روغن های معدنی خواهد بود. به طور کلی روغن های معدنی به دلیل کاربرد فراوانی که در تولید روانکارها دارند نسبت به روغن های سنتزی، بیشتر تولید می شوند. البته قابلیتهای یک روغن سنتزی به دلیل واکنش های مخصوص که روی آن انجام شده بیشتر از یک روغن معدنی است.
البته به جز روغن های سنتزی و روغن هایی که منبع اصلی آن ها نفت خام است، روغن های دیگیری نیز وجود دارند که از جانوران، ماهی ها و گیاهان به دست می آیند که روغن های طبیعی نام دارند. استفاده از این روغن ها به عنوان روانکار در گذشته بسیار مرسوم بوده است ولی امروزه نفت خام منبع اصلی تولید روانکارهاست. یکی از خصوصیات روغن های طبیعی تجزیه بیولوژیکی و زیست تخریب پذیری آسان آنها است، که از این لحاظ نسبت به روغن های پایه معدنی و سنتزی برتری دارند. این روغن ها برای مدت طولانی قابل نگهداری نیستند، ضمن اینکه هزینه تولید زیادی هم دارند. اما با توجه به محدود بودن منابع نفتی برای تولید انرژی، روغن های طبیعی می توانند جایگزین مناسبی برای مشتقات نفتی در عرصه تولید روانکار باشند.
3-3 گریس ها
گریس ها جزو معروفترین روانکارها هستند که نه مایع و نه جامدند. گریس ها از یک روغن پایه ی معدنی یا سنتزی و یک پر کننده یا سفت کننده به دست می آیند. در مواردی که انجام روانکاری با روانکارهای مایع مشکل است، روانکاری مجدد محل مورد نظر محدودیت دارد و یا اینکه یکبار روانکاری برای مدت زمان طولانی کفایت می کند، این نوع روانکارها کاربرد فراوانی خواهند داشت.
4-3 روانکاری جامد
این نوع روانکارها برای کار در شرایط بخصوص مثل خلاء، بار زیاد و یا حرارت بالا و کاربردهایی مثل راکتورهای هسته ای که روانکار در برابر اشعه های رادیواکتیو قرار دارد، استفاده می شوند. پایداری در برابر خلاء، فراریت کم در درجه حرارت های بالا و همچنین مقاومت در برابر انرژی ناشی از تابش های رادیواکتیو از مهم ترین خواص یک روانکار جامد است. گرافیت، مولیبدنیوم دی سولفید، بورنیترید، تنگستن دی سولفید و برخی از ترکیبات آلی جامد مثل فتالوسیانین و تترافلوئورواتیلن، میکا، تالک و ... از انواع روانکارهای جامد هستند. در این بین، گرافیت و مولیبدنیوم دی سولفید، بیشترین کاربرد را دارند.
5-3 اصطکاک و سایش
تریبولوژی دانشی است که پدیده های حاصل از حرکت دو سطح روی یکدیگر را مورد بررسی قرار می دهد. یک سیستم تریبولوژی متشکل از چهار عنصر است. دو قطعه که با هم در تماسند، فضای میان قطعه ها و محیط اطراف آن ها به علاوه ی ماده ی روانکار، این چهار عنصر را تشکیل می دهند.
1-5-3 اصطکاک و انواع آن
اصطکاک نیرویی مکانیکی است که در برابر حرکت مقاومت و یا از آن جلوگیری می کند. در حالت اول اصطکاک را دینامیکی یا سینتیکی و در حالت دوم آنرا اصطکاک ایستایی می نامند. البته در یک تقسیم بندی دیگر، اصطکاک به دو بخش خارجی و داخلی نیز تقسیم می شود. اصطکاک داخلی مربوط به اصطکاک بین مولکول های روان کننده و اصطکاک خارجی مربوط به سطوحی است که با هم در تماسند. تماس این سطوح می توانند در هر یک از حالت های غلتش، لغزش و یا هر دو صورت بگیرند. ضریب اصطکاک به صورت نسبت نیروی اصطکاک (F) و نیروی عمود بر سطح (N) تعریف می شود.این تعریف معمولا در شرایط اصطکاک مرزی و اصطکاک خشک استفاده می شود و برای شرایط اصطکاک سیال قابل استفاده نیست.
- اصطکاک لغزشی : زمانی که دو سطح تخت روی یکدیگر بلغزند، اصطکاک از نوع لغزشی خواهد بود.
استانداردهاي روانكاري
استاندارد يعني يك سري نظم و قاعده كلي در يك موضوع خاص كه بر پايه دانش و تجربه متخصصين و اطلاعات جمع آوري شده از مراكز صنعتي مي باشد. استانداردها اطلاعات بسيار تخصصي در
يك زمينه ويژه بوده و توسط مجامعي ارائه مي شود كه مطالعات متمركزي را روي مورد صنعتي خاص انجام مي دهند. در زمينه روانكارها ( روغنهاي صنعتي و روغنهاي موتوري) به منظور يكنواختي اطلاعات، افزايش كارايي و بهبود عملكرد، استانداردهاي مختلفي تدوين شده است. طبقه بندي روغنها بر اساس برخي پارامترها و خصوصيات روغن و اندازه گيري مقدار پارامترها، و يا تعيين محدوده يا حداقل شرايط مجاز براي روغنها با كاربردهاي خاص از جمله موارد مورد بحث استانداردها مي باشد.
گرانروی یا ویسکوزیته
گرانروي يك خاصيت فيزيكي بسيار مهم از روغنهاي روانكار معدني و معياري از خاصيت سيال بودن روغن مي باشد. هرچه روغن غليظ تر باشد گرانروي آن بيشتر، و در نتيجه مقاومت آن نيز در برابر جاري شدن بيشتر خواهد بود. از نظر علم مكانيك، ايجاد يك فيلم روانكار مناسب شديدا وابسته به گرانروي مي باشد. گرانروي اولين معياري است كه در انتخاب روغن روانكار مورد توجه قرار مي گيرد. براي روانكاري موثر، گرانروي بايستي مطابق با سرعت، میزان فشار، و شرايط دمايي ياتاقانها و ساير قطعات باشد.
سرعت بالا، فشار پايين، يا دماهاي پايين نيازمند روغن با درجه گرانروي پايين مي باشد. روغني كه سنگين تر از روغن با گرانروي مورد نياز باشد اصطكاك سيال بيشتري را ایجاد كرده و باعث توقف هاي غير ضروري خواهد شد.
سرعتهاي پايين، فشارهاي بالا، يا دماهاي بالا نيازمند روغن با درجه گرانروي بالاتري مي باشد. روغنهاي بسيار سبك فاقد قدرت فيلم روانكاري لازم براي تحمل فشار و محافظت از سطوح سايشي مي باشند.
گریس ها
طبق تعريف انجمن ملي گريس‌هاي روانکار (NLGI)، گريس‌ها محصولات جامد يا نيمه‌جامدي هستند که از متفرق‌شدن يک عامل قوام دهنده در يک مايع روان‌کننده حاصل مي‌شوند و معمولاً شامل مواد اضافي ديگري نیز که خواص ويژه‌اي به گريس‌ها مي‌بخشند، مي‌باشند. ماده‌ي قوام دهنده نقش حامل روغن را برعهده دارد و روغن را در انجام عمل روانکاري ياری مي‌کند و بنابراين فرق اصلي گريس‌ها با روغنها در وجود ماده‌ي قوام دهنده است. مشخصات و کيفيت گريس به نوع و مقدار ماده‌ي قوام دهنده، مواد افزودني و مشخصات روغن‌پايه و همچنين فرآيند توليد آن بستگي دارد.
گريس‌ها تنها روانکارهايي هستند که مي‌توانند با بهره‌گيری از خواص شيميايی و فيزيکی قوام دهنده‌هايشان موجب شوند که روغن‌هايی که در هم امتزاج‌ناپذير هستند، در کنار هم مورد استفاده قرار گيرند. در چنين شرايطي با به‌کارگيری روغنهای گوناگون در کنار هم مي‌توان خواص ترکيبی همه‌ی آنها را در کنار هم داشت. به‌عنوان نمونه با به‌کارگيری همزمان روغنهای آروماتيک آلکيله، گياهی و پلی‌آلفااولفين می‌توان گريسی با حل‌کنندگی خوب، زيست‌تخريب‌پذير و اقتصادی دست يافت.
وظايف گريس
وظيفه‌ي گريس اين است که با سطح متحرک در تماس باقي بماند و تحت تأثير نيروي گرانش و گريز از مرکز دچار نشت نشود و همچنين تحت فشار از محيط روانکاري خارج نشود و عمل روانکاري را ادامه دهد. مهمترين خاصيتي كه يك گريس بايد داشته باشد، اين است که تحت تاثير تنش برشی در هر دمايي، خواص خود را در طول مدت استفاده حفظ کند. به‌طور همزمان گريس بايد بتواند به داخل ياتاقان جريان پيدا کند و همچنين تمام محلهاي مورد روانکاري را آن‌طور که نياز است بپيمايد. اما اين موضوع نبايد به توان مورد نياز براي به حرکت درآوردن ماشين بيافزايد، به‌ويژه در هنگام روشن‌كردن موتور نبايد توان مورد نياز براي استارت‌زدن خيلي زياد باشد.
دمولسيبيليتي به چه معناست و ارتباط آن با روغن چيست؟
دمولسيبيليتي توانايي آزاد سازي آب مي باشد. اين خاصيت زمانيكه تجهيزات در محيط مرطوب كار مي كنند و يا كارخانه هايي كه به نوعی مرتبط با آب و رطوبت مي باشند بسيار حائز اهميت است.
زمانيكه خاصيت دمولسيبيليتي از بين برود روغن كدر شده و كف ايجاد مي شود كه در نتيجه قطعات تحت بار و فشار سريعا دچار سايش خواهند شد. اگر تجهيزات در محيط عاري از آب و رطوبت كنترل شده كار مي كنند دمولسيبيليتي ممكن است به عنوان يك پارامتر مهم مورد بررسي قرار نگيرد. اما اگر آب وجود داشته باشد اين خاصيت بسيار مهم بوده و بايستي در حين كار ظرفیت دمولسيبيليتي باقي مانده كنترل شود.
بهتر است كه اندازه گيري این ظرفيت توسط آزمايشگاه متخصص انجام گيرد. در هر صورت اگر مشخص شود كه اين قابليت در روغن كار كرده تقليل پيدا كرده است بايستي به طور جدي دليل اين رخداد بررسي شود بويژه در محيط كاركرد و مخازن نگهداري كه در معرض آلودگي با آب و رطوبت قرار دارند.
در انتخاب روغن دنده احتیاط کنید
اغلب روغن دنده هاي فشار پذير (EP) شامل افزودني هاي گوگردي مي باشند که براي اتصال شيميايي به سطح فلز دنده ها و ساير قطعاتی كه تحت شرايط روانكاري مرزي قرار دارند، به منظور جلوگيري از جوش خوردگي دو سطح درگير طراحي شده اند.
اين افزودني ها با وجود اينكه در شرايط روانكاري مرزي براي جلوگيري از تماس فلز با فلز حياتي هستند تحت شرايط خاص مي توانند خورنده باشند بويژه فلزات زرد مانند مس، برنج و برنز، كه عمدتا در چرخ دنده هاي حلزوني و ساير قطعات استفاده مي شوند.
بهترين روش براي انتخاب روغن مناسب براي كاربرد خاص، اطلاع داشتن از نوع دنده، متالورژي و شرايط كاربرد آن و بررسي اين موارد با تامين كنندگان روانكار و سازندگان تجهيزات مي باشد. همچنين روانكار صحيح را مي توان بر اساس ميزان بار، سرعت، دماي كاركرد و افزودني مورد نياز انتخاب كرد.
ایجاد کف در روغن و رفع آن
آيا اضافه كردن معرف ضد كف براي رفع مشكل كف در روغن بلا مانع است؟
با وجود اينكه در برخي مواقع اضافه كردن معرف ضد كف مفيد واقع مي شود اما عموما اضافه كردن آن به سيستم روغن در حال كار ايده خوبي نمي باشد.
اگر كف به طور غیر عادي و ناگهاني شروع شده است، به فكر رفع مشكل نباشيد بلكه به دنبال علت ايجاد كف بگرديد.
اگر چنانچه طرح سيستم روغنكاري و يا مخزن تغيير نكرده است، اين احتمال وجود دارد كه افزايش ناگهاني كف به دليل وجود آلودگي باشد. با توجه به اينكه تمایل به كف در يك روغن روانكار به شدت مرتبط با كشش سطحي هوا/روغن مي باشد هر آلاينده اي از قبيل ذرات جامد، كه منجر به افزايش ميزان هواي محبوس و يا كاهش کشش سطحي شود مي تواند بر سيستم تاثير گذار باشد. آلايندهايي كه منجر به كاهش كشش سطحي مي شوند شامل آب، گريس و سورفاكتانت هایی از قبيل صابونها و شوينده هاي مورد استفاده در شستشوي تجهيزات هستند.
مد نظر قرا دادن افزايش قابل توجه در ميزان آب، ذرات آلاينده و يا ظهور عناصر در داده هاي اسپكترومتري از قبیل ليتيم، كلسيم، آلومينيوم يا باريم كه نشانه نفوذ گريس يا آلاينده شيميايي مي باشد، به تشخيص علت اصلي ايجاد كف كمك خواهد كرد.
اهمیت روی (Zn) در روغنهای هیدرولیک
روی بدلایل مختلف در روغنهای هیدرولیک مورد استفاده قرار میگیرد. عمدتا مواد حاوی روی به عنوان ماده فداشونده روی سطوح تحت فشار قرارگرفته و از سایش تجهیزات جلوگیری مینماید. اجزای شامل فلز روی که عمدتا تحت عنوان ZDDP ها در افزودنی های روغن مورد استفاد قرار میگیرند از اجزای فنلی و آمینی جهت خنثی سازی رادیکالهای آزاد و نیز اکسیداسیون بهره می برند. این خاصیت از ایجاد حالت اسیدی ناشی از خوردگی اجزای ماشین جلوگیری به عمل میآورد. نکته دیگر در مورد ZDDP ها این است که در صورت عدم استفاده از این نوع افزودنیها باید چندین افزودنی برای ایفای نقش آن به کار برد، که این مسئله سبب افزایش هزینه ها و نیز افزایش مشکلات احتمالی در فرمولاسیون میگردد.
اما در مقابل باید به این نکته اشاره نمود که وجود روی در روغنها امکان افزایش خوردگی بعضی از انواع فلزات مانند فلزات زرد را افزایش میدهد. ضمنا درشرایط وجود آب و نیز تنش حرارتی بالا این افزودنی ها به سرعت دچار افت کیفیت و یا ایجاد ترکیبات سمی با آب مینمایند، این در حالی است که ترکیبات جایگزین فلز روی این مشکلات را ندارند. اما بدلیل عملکرد و سابقه مناسب این افزودنیها در صورت عدم وجود مشکلات متالورژیکی و یا زیست محیطی هیچگاه استفاده از روغنهای بدون روی توصیه نمیشود، چراکه کاملا مزایای روغنهای با روی بر ریسکهای آن در شرایط عادی غلبه دارد!