بررسی وضعیت سلامت گیربکس از طریق بررسی وضعیت روغن دنده

بررسی وضعیت سلامت گیربکس از طریق بررسی وضعیت روغن دنده

در فرایند پایش وضعیت (CM)، پایش وضعیت دنده‌ها همواره به‌دلیل نبود دسترسی فوری به گیربکس چالشی جدی بوده است. در این مقاله می‌کوشیم با پایش وضعیت دنده‌ها از طریق تحلیل عوامل فنی روغن و آنالیز آن، این مرحله را آسان‌تر کنیم.

آنالیز آزمایشگاهی:
روش‌های آزمون گوناگونی برای کنترل وضعیت دنده‌ها در گیربکس به کار می‌رود. آنالیز روان‌کار دنده بر اساس عوامل زیر رایج‌ترین آن‌هاست. مقایسه نتایج سیال مصرف‌شده داخل گیربکس باید با نوع مصرف‌نشده آن مقایسه و تحلیل شود تا اطمینان حاصل شود که ماده اولیه در محدوده‌های تعیین‌شده توسط سازنده بوده است؛ برای مثال درصد ذرات فلزی داخل روغن می‌تواند نشان‌دهنده خوردگی و سایش دنده‌ها باشد، اما پیش از آن، ذرات فلزی افزودنی‌های روغن نو باید در نظر گرفته شده و ذرات مازاد آنالیز شود، زیرا در روغن‌های دنده نیز از عناصر فلزی استفاده می‌شود که جزئیات آن در راهنمای سازنده افزودنی‌ها مطابق با دوزهای مصرف تعیین شده است:
۱ – گرانروی: (گرانروی سینماتیک در ۴۰ درجه سانتی‌گراد بر حسب cSt)
گرانروی خاصیت اصلی روغن دنده است. اگر گرانروی به‌طور قابل‌توجهی تغییر کند، یعنی توانایی لازم خود را از دست داده است.
اکسیداسیون روغن به تیره‌شدن ظاهر و افزایش گرانروی می‌انجامد. البته دلایل بسیار دیگری هم برای تغییر گرانروی وجود دارد. کنترل عامل گرانروی با روش آزمون ISO 3104 / ASTM D445 انجام می‌شود.
تغییر بیش از ۱۰ درصدی این عدد نسبت به حالت اولیه می‌تواند نشان دهد که زمان تعویض فرارسیده است.
۲- محتوای آب:
محتوای آب بر حسب PPM یا درصد)
یکی از عوامل مهم تخریب ساختار روان‌کار آب و رطوبت است، زیرا با ذرات آهن و مس واکنش داده و فرایند اکسیداسیون را ایجاد می‌کند.
این عناصر عمدتاً در ترکیبات افزودنی وجود دارند و نقش محوری دارند و اگر آب وارد محیط شود، با اکسیدکردن آن‌ها و تولید رسوب در داخل گیربکس، عمر روان‌کار را کاهش داده و گرانروی را افزایش می‌دهد که مانع تشکیل و حفظ ضخامت لایه محافظ روی سطح می‌شود؛ سطح ساییده شده و خوردگی شیمیایی و سایشی عملاً آغاز می‌شود و واقعاً آفت عمر گیربکس خواهد بود.
محتوای رطوبت با روش آزمون ASTM D6304 بررسی می‌شود. بنابراین در فرایند CM توصیه می‌شود اگر آب بیش از ۰٫۰۵ (۵۰۰ ppm) باشد، روان‌کار گیربکس تعویض شود.
۳- عدد اسیدی:
(عدد اسیدی mg KOH/g
آزمون عدد اسیدی کل (TAN) یکی از روش‌های برآورد میزان تخریب افزودنی‌ها، آلودگی اسیدی و اکسیداسیون است. در برخی موارد آزمون TAN مقدار اکسیداسیون را مستقیماً اندازه نمی‌گیرد و فقط فرآورده جانبی اکسیداسیون را می‌سنجد. همچنین برای تعیین فرایند تخریب برخی افزودنی‌ها در فرایند TAN مفید است.
اندازه‌گیری غلظت اسید در فرآورده‌های نفتی بر اساس مقدار هیدروکسید پتاسیم (KOH) لازم برای خنثی‌سازی اسید در یک گرم نمونه تعیین می‌شود. این روش تیتراسیون نام دارد و واحد استاندارد اندازه‌گیری mg KOH/g است.

آزمون TAN هم اسیدهای آلی ضعیف و هم اسیدهای معدنی قوی موجود در محیط را تشخیص می‌دهد. با این حال غلظت مطلق اسید نمونه روغن را نشان نمی‌دهد. آزمون‌های TAN را می‌توان با دو روش تیتراسیون پتانسیومتری و شناساگر رنگی انجام داد.
در روش پتانسیومتری (ASTM D664 / ISO 6619) با استفاده از پتانسیومتر، ساختارهای اسیدی شناسایی و برای قرائت الکترونیکی در نظر گرفته می‌شوند.
در روش شناساگر رنگی (ASTM D974 / ISO 6618) از محلول نارنجی پی‌نفتول‌بنزن استفاده می‌کنند که در اسید نارنجی و در باز سبز-قهوه‌ای است. هنگامی که مواد اسیدساز با KOH خنثی می‌شوند، نمونه از نارنجی به سبز تغییر رنگ می‌دهد که نشان‌دهنده نقطه پایان است.

عدد اسیدی نباید بیش از ۰٫۵+ بالاتر از روغن نو باشد و اگر این اختلاف به عدد یک برسد، روغن دنده باید سریعاً تعویض شود.
اسید را می‌توان به روش‌های گوناگون خنثی یا از روغن حذف کرد. بدیهی است قلیاییت روغن باید برای خنثی‌سازی اسید ورودی به کار رود. این کار در روغن موتورهای گازسوز، بنزینی و دیزلی انجام می‌شود. در این روغن‌ها از مواد پایه تقویت‌کننده TBN استفاده می‌شود، یعنی روغن نو عدد قلیایی کل (TBN) بالاتری دارد و با کارکرد روغن موتور و گذر زمان، در خنثی‌سازی محیط اسیدی مصرف می‌شود.

۴- تعداد ذرات آلودگی:
(شمارش ذرات و توزیع اندازه مطابق ISO 4406، تعداد ذره در هر میلی‌لیتر)
شمارش ذرات و توزیع اندازه یک سیستم فیلتراسیون خوب برای روان‌کارها بسیار مهم است. نوع طراحی سطح فیلتراسیون می‌تواند متفاوت باشد، اما در نهایت فقط ذراتی با اندازه ۱۲ میکرون یا کوچک‌تر باید اجازه عبور داشته باشند. این اندازه حتی در روغن‌های توربین تا ۵ میکرون کوچک‌تر تعیین می‌شود. پایش میزان آلاینده‌ها در روان‌کار موضوعی حیاتی است.
این نوع آزمون عدد NAS – میزان آلودگی ذره‌ای – و کاهش تعداد ذرات در روغن NAS نیز نامیده می‌شود.

روش ISO 4406 برای کدگذاری سطح آلودگی ذرات جامد یک سیستم طبقه‌بندی است که تعداد مشخصی ذره را به کد ISO تبدیل می‌کند. روش‌های آزمون پرکاربرد برای شمارش ذرات عبارت‌اند از: شمارش خودکار ذرات مطابق ISO 11500 و شمارش دستی ذرات مطابق ISO 4407. در روش شمارش خودکار ذرات، سطح آلودگی نمونه مایع با شمارش خودکار ذرات و با استفاده از اصل خاموشی نور تعیین می‌شود. در این روش غلظت ذرات در سه اندازه ۴، ۶ و ۱۴ میکرومتر گزارش می‌شود. در روش استاندارد شمارش دستی ذرات، ذرات رسوب‌کرده روی سطح فیلتر غشایی با میکروسکوپ نوری شمارش می‌شوند. این شمارش ذرات با دو روش دستی و تحلیل تصویر با استفاده از سیستم‌های روشنایی ممکن است.

هنگام استفاده از روان‌کارهای توربین سبک، به‌ویژه برای دماهای بالاتر، فیلتراسیون کمتر از ۱۲ میکرون توصیه می‌شود. از آنجا که آلودگی ذرات روغن یکی از علل اصلی خرابی ماشین‌آلات است، پایش میزان آلاینده‌های سخت حیاتی است.

۵- اندازه‌گیری عناصر: (عناصر آلودگی و سایش بر حسب ppm)
افزایش عناصر فلزی در روان‌کار می‌تواند نشان‌دهنده سایش غیرعادی اجزای داخلی سیستم باشد. آنالیز عناصر و آلاینده‌های روغن در نمونه با روش ASTM D5185 و توسط دستگاهی به نام ICP انجام می‌شود. عموماً برای آنالیز عنصری از روش ASTM D5185 استفاده می‌شود.

در مجموع ۲۲ عنصر با این روش قابل آنالیز است که عبارت‌اند از: آلومینیوم – باریم – بور – کلسیم – کروم – مس – آهن – سرب – منیزیم – منگنز – نیکل – فسفر – پتاسیم – سیلیسیم – نقره – گوگرد – قلع – تیتانیوم – روی – وانادیوم.
Ba Al, B, Ca, Cr, Cu, Fe, Pb, Mg, Mn, Mo, Ni, P, K, Na, Si, Ag, S, Sn, Ti, V, Zn
آنالیز این موارد و پایش وضعیت داخل گیربکس‌ها هزینه‌های نگهداری را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد و کنترل‌های بصری ساده‌تر نیز می‌تواند به موارد یادشده افزوده شود؛ برای مثال دنده‌های ساییده که در اثر کارکرد گیربکس شل می‌شوند، با صدای قهقهه‌مانند شنیده خواهند شد.
تدوین روش‌های پایش دوره‌ای CM کاملاً ضروری است و مدیریت این سازوکار فنی یکی از چالش‌های اغلب صنایع است.
علیرضا محمدی
مهندس شیمی