آنالیز روغن

مقدمه ای بر آنالیز روغنآنالیز روغن یکی از تکنیکهای اصلی مراقبت وضعیت ماشین آلات به شمار می رود. در این تکنیک، مقداری از روغن روانکاری تجهیز به عنوان نمونه گرفته شده و پس از ذخيره در ظرفهای ویژه ای، به آزمایشگاه ارسال می شود. سپس با انجام یک سری تستهای از پیش تعیین شده، از وضعیت روانکار و نیز وضعیت ماشین، اطلاعات مفیدی به دست می آید.کنترل آلودگی روغن، مانیتورینگ وضعیت کیفی روغن و ارزیابی ذرات فرسایشی و کنترل وضعیت داخل ماشین بدینوسیله، از اهداف اجرای CM روغن به شمار می روند. در ادامه مطالب بیشتری در این زمینه خواهید خواند.کاربردهای آنالیز روغن در برنامه CMچهار کاربرد اصلی آنالیز روغن در حیطه CM عبارتند از:الف - پایش وضعیت کیفی (خواص فيزيکی و شیمیایی) روغن؛آیا روغن هنوز خواص لازم برای کارکرد مناسب (روانکاری، انتقال حرارت، عايق الکتريکی، و ...) را دارا هست یا خیر؟ب - پايش و کنترل میزان آلودگی روغن؛آیا مقادير آلودگی موجود در روغن در سطح مجاز قرار دارد یا خیر؟ج - پایش و آنالیز ذرات فرسایشی موجود در روغن؛آیا فرسایش غیر عادی درون تجهیز وجود دارد یا خیر؟د - پایش و آنالیز گازهای موجود در روغن ترانسهای قدرت (گازکروماتوگرافی)؛آیا اشکال الکتریکی و یا حرارتی درون ترانس وجود دارد؟دسته بندی تستهای روغنتستهایی که بر روی نمونه روغن قابل انجام هستند بسیار متنوع است. می توان این تستها را به شرح ذیل در پنج گروه کلی دسته بندی کرد:عنوان گروهشرح تستهاآنالیز ذرات فرسایشیفروگرافی تحلیلی، اسپکتروسکوپی، تعیین شاخصهایی همچون PQ، IS، TD PQ، WPC، PLPآنالیز عنصری یا اسپکتروسکوپی(Elemental Analysis)تعیین وضعیت مواد افزودنی، ذرات فرسایشی و آلودگی های موجود در روغنخواص فیزیکی وشیمیایی روغنرنگ، بو، ویسکوزیته، Pour Point، Flash Point،عدد اسیدیته، عدد بازی، چگالی، خاصیت هوازدایی، RBOT، قابلیت جداسازی آب، Rust testآنالیز گازهای موجود در روغن(گازکروماتوگرافی)تعیین مقادیر گازهای هیدورژن، C2H4، C3H6در روغن ترانستعیین میزان آلودگی روغنشمارش تعداد ذرات موجود در روغن، مقدار آب و ...در بخشهای بعدی، اطلاعات بیشتری راجع به هر یک از تستهای فوق به دست داده و نیز کاربردهای هر کدام را بررسی خواهیم کرد.نکاتی درباره آنالیز ذرات فرسایشیاین تکنیک یکی از مهم ترین تکنیکها برای تشخیص فرسایش غیرعادی در ماشین آلات و تحلیل نوع آن و شناسایی قطعه تحت سایش می باشد.با تعریف شاخصهای کلی نظیر PQ، IS و . . . و مقایسه مقادیر آنها در یک بازه زمانی، ابزار مناسبی برای پیش بینی خرابی های درون ماشین در دست خواهیم داشت.فروگرافی تحلیلی (Analytical Ferrography) نيز یکی از روشهای مهم این تکنیک است که اجرای آن نیاز به داشتن اطلاعات وسیعی درباره علم ترایبولوژی و انواع مکانیزم سایش درون ماشین آلات دارد.مچنین به کمک اسپکتروسکوپی، کلیه عناصر موجود در روغن و از جمله عناصر فرسایشی، شناسایی شده و با توجه به جنس قطعات ماشین و عناصر موجود در روغن، می توان قطعه تحت سایش را تشخیص داد.اسپکتروسکوپی چیست؟اسپکتروسکوپی یا آنالیز عنصریElemental Analysis) )، تستی است که به روشهای مختلف و به کمک دستگاه های پیشرفته صورت گرفته و از طریق آن، کلیه عناصر موجود در روغن شناسایی شده و مقدار آنها بر حسب ppm به دست می آید.سه گروه از عناصر مختلف که بدین طریق شناسایی می شوند عبارتند از:· ذرات فرسایشی (Fe, Al, Cd, Cr, Cu, Ni,. . . )· مواد افزودنی یا ادیتیوها (Sb, Ba, Ca, Mg, P, Zn, . . .)· آلودگی های موجود در روغن (Si, Pb, K, . . .)مراحل طراحی برنامه CM از طریق آنالیز روغنبرای طراحی CM بر مبنای آنالیز روغن، مراحل زیر می بایست طی شود:· تعیین اهداف برنامه· انتخاب ماشین آلات مشمول در برنامه· انتخاب محلهای نمونه گیری و تدوین دستور العمل نمونه گیری استاندارد· تعیین تستهای مورد نیاز و بازه زمانی نمونه گیری· تدوین دستورالعملهای کاری و فرمتهای گزارش دهی· هنگام طرح ریزی و اجرای برنامه، نکات زیر را مد نظر داشته باشید؛· هدفگذاری:دقت داشته باشید که باید از ابتدای کار مشخص شود که هدف از اجرای برنامه آنالیز روغن چیست؟ برخی اهداف مد نظر عبارتند از: تشخیص به موقع فرسایش غیرعادی در داخل ماشین، کنترل آلودگی روغن به عنوان یک علت مهم خرابی ماشین آلات، کنترل خواص روانکاری روغن، طراحی برنامه تعویض روغن بر اساس وضعیت آن، طراحی برنامه جامع روانکاری و ... .· انتخاب ماشین آلات؛ماشین آلاتی که آنالیز روغن تکنیک اصلی برای مانیتورینگ آنهاست، عبارتند از:موتورهای احتراق داخلی (به ويژه موتورهای دیزلی)گیربکس هاکمپرسورهای رفت و برگشتیبیرینگهای تجهیزات دوارسیستمهای هیدرولیکیترانسهای قدرتو ...· تعیین محلهای نمونه گیری روغن:نمونه گیری از محل مناسب و به روش صحیح، یکی از المانهای اساسی و بسیار مهم برنامه است. نمونه روغن در واقع حامل اطلاعات ارزشمند درباره وضعیت روانکار و وضعیت داخلی ماشین به حساب می آید. در بخشهای بعدی مطالب بیشتری در این زمینه ارائه خواهد شد.· روش نمونه گیری:درباره اهمیت نمونه روغن به عنوان حامل اطلاعات، پیش از این بحث شد. لذا چنانچه نمونه به شکل صحیح و از محل مناسبی أخذ نشود، اعتبار کل برنامه زیر سؤال خواهد بود.· تعیین تستهای مورد نیاز:درباره انواع مختلف تستهایی که بر روی نمونه روغن قابل انجام هستند، قبلاً مطالبی ارائه گردید. شایان ذکر است برای انتخاب تستهای مورد نیاز برای هر تجهیز یا ماشین تحت مراقبت، می توان از استانداردهای موجود و یا توصیه های ارائه شده توسط آزمایشگاه های معتبر روغن بهره برد. ضمن اینکه این موضوع به هدفهای تعیین شده برای برنامه آنالیز روغن نیز بستگی دارد.· تعیین بازه زمانی نمونه برداری:این أمر با لحاظ کردن فاکتورهایی همچون: اهميت و حساسیت ماشین از نقطه نظر تولید، سرعت کاری و میزان بار وارد به آن، هزینه های خرابی و تعمیر ماشین و ... بستگی دارد. در این مورد نیز استفاده از استانداردها و توصیه های آزمایشگاه های معتبر پیشنهاد می گردد.در صنعت، علم ارتعاشات کاربردهای زیادی دارد که برخی از آنها عبارتند از:- طراحی دینامیکی ماشین آلات و سازه ها- تستهای کنترل کیفیت- تست پذیرش تجهیزات پس از نصب (Acceptance Testing)- طراحی سیستمهای کنترل و ایزوله کردن ارتعاشات- مانیتورینگ و عیب یابی ماشین آلات- مفاهیم اولیه- کاربردهای آنالیز ارتعاشات- روشهای پیاده سازی CM بر مبنای ارتعاش سنجی- روشهای عیب یابی ماشین آلات از طریق ارتعاشات- مطالعات موردی (Case Study)- و . . .ارتعاشات چیست؟ارتعاشات به نوعی از حرکت سیستمهای دینامیکی اطلاق می شود که به صورت نوسانی صورت پذیرفته و حرکت در یک پریود زمانی تکرار شود.این نوع حرکت را در ساده ترین شکل می توان با یک جرم و یک فنر شبیه سازی کرد. با القاء یک تغییر مکان اولیه به جرم متصل به فنر و رها کردن آن، حرکت نوسانی رخ می دهد که می توان دامنه آن را به کمک یک تابع سینوسی بیان نمود.مفاهيم اوليه ارتعاشاتمشخصه های مهم حرکت ارتعاشی عبارتند از:دامنه، که معیاری از شدت ارتعاش است.فرکانس یا تواتر، که معیاری از نرخ حرکت در واحد زمان است.فاز، که توالی حرکت را نسبت به یک مرجع مشخص می سنجد.دامنه ارتعاشات را می توان از طریق سه پارامتر مختلف بیان کرد:جابجاییسرعتشتابجابجایی چیست؟پارامتر اولیه دامنه که در مورد سیستم جرم و فنر، موقعیت جرم را در هر لحظه به دست می دهد.واحدهای اندازه گیری جابجایی:در سیستم SI: μmدر سیستم اینچی: mils که برابر یک هزارم اینچ است.منظور از سرعت چیست؟سرعت، از نظر ریاضی مشتق جابجایی است که نرخ تغییرات جابجایی در واحد زمان را نشان می دهد.واحدهای اندازه گیری سرعت:در سیستم متری: mm/sدر سیستم اینچی: in/sمنظور از شتاب چیست؟شتاب از نظر ریاضی، مشتق سرعت است و نرخ تغییرات سرعت در واحد زمان را نشان می دهد.واحدهای اندازه گیری شتاب:در سیستم متری: g و یا m/s2در سیستم اینچی: g و یا in/s2چه ارتباطی میان جابجایی سرعت و شتاب وجود دارد؟به طور کلی دامنه هر موج سینوسی را به سه شکل می توان تعیین کرد:مقدار 0-p (صفر تا پیک)مقدار p-pمقدار rms یا مقدار مؤثرمقدار میانگینمنظور از فرکانس و فاز ارتعاشات چیست؟پریود زمانی حرکت (T) بازه زمانی است که سیکل ارتعاشی خود راتکرار می کند. فرکانس ارتعاشات در واقع عکس پریود زمانی است.واحدهای اندازه گیری فرکانس:Hertz = 1 / scpm= Cycle per minutecps = Cycle per secondکه داریم:1Hz = 1 cps = 60 cpmفاز، همیشه نسبت به یک مرجع سنجیده می شود و توالی حرکت را نسبت به آن نشان می دهد.واحد اندازه گیری فاز:درجه °))چرا ارتعاش در ماشین آلات و تجهیزات دوار وجود دارد؟به طور کلی دو نوع نیروی استاتیکی و دینامیکی در ماشین آلات وجود دارد. نیروهای ارتعاش زا از نوع نیروهای دینامیکی هستند که بر اثر وجود کاستی هایی در ماشین ایجاد می شوند. برخی از زمینه های بروز کاستی (اختلاف از حالت ایده آل) عبارتند از:- محدودیتهای طراحی- محدودیتهای ساخت- اشکال در نصب اولیه- اشکالات بهره برداری- بروز اشکالات در حین تعمیرات- و ...از آنجاییکه رسیدن به حالت ایده آل امکان پذیر نیست، همیشه تا حدی ارتعاش در ماشین آلات وجود دارد که مجاز شمرده می شود. اما با گذشت زمان و بر اثر بروز اشکالات بعدی، بعضاً ارتعاشات نسبت به حد مجاز افزایش می یابد که با آنالیز و انجام اقدام اصلاحی مناسب، می توان وضعیت را به حالت قبل برگرداند.رابطه زیر میزان ارتعاش ماشین را تعیین می کند:Vibration = Vibratory Force / Impedanceنیروهای ارتعاش زا در داخل ماشین و معمولاً در سیستم روتور (یعنی بخش در حال دوران) تولید می شوند. امپدانس از مشخصات هر سیستم مکانیکی و از جمله ماشین آلات دوار است و مسیر انتقال ارتعاش را توصیف می کند.ارتعاشاتی که معمولاً از روی بخش ساکن (استاتور) ماشین آلات و به ویژه از روی هوزینگ بیرینگ اندازه گیری می شود، تحت تأثیر دو پارامتر فوق است.اکنون دو پارامتر فوق (یعنی نیروهای ارتعاش زا و امپدانس) را جداگانه بررسی می کنیم.نیروهای ارتعاش زا (Vibratory Forces)برخی از عوامل ایجاد نیروهای ارتعاش زا در ماشین آلات، عبارتند از:- میس الایمنت- نامیزانی جرمی- سایش اجزا و قطعات- نیروهای آئرودینامیکی و هیدرودینامیکی- نیروهای الکترومغناطیسی- تماس قطعات متحرک و ثابت- اصطکاک- . . .امپدانس (Impedance)امپدانس و یا مقاومت مکانیکی در برابر حرکت، از خصوصیات هر سیستم مکانیکی است که سه مؤلفه دارد:1- جرم 2- سفتی 3- میرایی (دمپینگ)برخی عوامل بدون اینکه از خود نیرویی تولید کنند و تنها از طریق تاثیر بر امپدانس، منجر به تشدید ارتعاش می شوند. مهمترین آنها عبارتند از:- لقی مکانیکی- تحریک فرکانسهای طبیعی اجزاء (رزونانس)- ضعف در فونداسیون و یا شاسی ماشین آلات- ضعیف بودن سازه (استراکچر)- . . .ارتعاشات به عنوان مشخص کننده وضعیت تجهیزارتعاشات هر تجهیز دوار (چه از نظر مقدار و چه از نظر سایر مشخصات ارتعاشات) ارتباط مستقیمی با وضعیت آن دارد و هرگونه تغییر هر چند جزئی در وضعیت تجهیز (از هر نظر) با تغییر در وضعیت ارتعاشات آن همراه خواهد بود.منظور از تغییر در وضعیت تجهیز چیست؟- تغییر در شرایط بهره برداری تجهیز- بروز اشکال (مکانیکی، الکتریکی، . . . ) در تجهیز- تغییر بار وارد بر تجهیز- . . .لذا اندازه گیری و آنالیز ارتعاشات یکی از تکنیکهای اصلی برای مانیتورینگ تجهیزات و ماشین آلات دوار به شمار می رود.برخي عیوب قابل شناسایی از طریق ارتعاشاتبرخی از عیوبی که به کمک ارتعاشات شناسایی می شوند:1. نامیزانی جرمی2. میس الایمنت3. رزونانس4. لقی مکانیکی5. خرابی بیرینگ6. خرابی چرخ دنده7. خارج از مرکزی8. شفت خمیده9. فونداسیون معیوب10. اشکالات الکتریکی11. اشکالات آئرودینامیکی و هیدرودینامیکی12. خرابی کوپلینگ13. خرابی تسمه و پولی14. اشکالات پایپینگ15. اعوجاج پوسته16. و . . .نکته مهم و کلیدی در عیب یابی از طریق آنالیز ارتعاشات این است که:هر عیبی در تجهیزات دوار، ارتعاشاتی با مشخصات خاص خود (از لحاظ دامنه، فرکانس، فاز و ...) ایجاد می نماید