خاک قوی تر از آهن

بررسی اثرات نفوذ آلودگی سیلیس در روغن

 

در این مقاله به بررسی اثرات نفوذ آلودگی سیلیس در روغن از طریق گرد و غبار و تاثیر آن در افزایش فرسایش ماشین آلات و تجهیزات مکانیکی می پردازیم.

چكيده:

مطالعه و بررسی تاثير ذرات سيليس بر عملكرد روغن و ماشين آلات، نقش موثری در شناخت و جلوگيری از نفوذ و حضور اين عامل مهم فرسايش در روغن دارد، كه منجر به كاهش فرسايش و حفظ سلامت ماشين آلات خواهد شد.

سيليس معمولاً در طبيعت به صورت تركيب با اكسيژن وجود دارد كه به آن سيليكا گفته می شود. سيليكا با ساختار كريستالی و ابعاد و شكلهای مختلف وجود دارد، از كوچكتر از يك ميكرون تا چندين 10 ميكرون.

 ذرات سيليس با توجه به سختی نسبی بالايی كه دارند می توانند بر روی صفحات فولادی و فلزی خراش ايجاد نمايند. سيليس به طرق مختلف وارد سيستمهای مكانيكی شده و نقش اساسی در فرسايش قطعات دارد از جمله :

ورود سيليس بداخل سيستمها از طريق فيلترهای هوا، از طريق بخار كش breather، سيلها يا واشرهای صدمه ديده يا از محل اندازه گيری و سرريز روغن، ممكن می باشد. هم چنين نحوه نگهداری نامناسب روغن نو يكی ديگر از منابع آلودگی روغن می باشد.

سيليس چيست؟

آيا تا كنون از خود پرسيده ايد چرا بر سر راه هوای ورودی به موتورها فيلتر نصب مي گردد. مگر در هوای اطراف ما چه چيزی وجود دارد كه ورودش به موتور را ممنوع مي نمائيم. حتما” پاسخ خواهيد داد: گردو خاك. پاسخی كه كاملا” صحيح مي باشد ولي بسياری از مواقع نمی توانيم ذرات گرد و غبار معلق در هوا را ببينيم اما با باز كردن فيلتر هوا از تجمع خاك و غبار در پشت فيلتر متعجب می شويم.

اكنون سئوال ديگری از خود می پرسيم: مگر اين ذرات چه تاثيری بر عملكرد روغن و يا دستگاه دارند كه بايد تا اين حد جلوی آن گرفته شود؟ سئوالی كه در اين مقاله سعی می شود تا جواب مناسبی براي آن ارائه شود.

جالب است كه بدانيد بعد از اكسيژن، سيليس فراوان ترين عنصر موجود در روی پوسته زمين می باشد. سيليس معمولا” در شكل تركيب شده خود با اكسيژن وجود دارد كه به آن سيليكا گفته مي شود. (Sio2).

سيليكا به نوبه خود يا بصورت آزاد( كوارتز، شن و غيره) و يا بصورت تركيبی از اكسيدهای فلزی يافت می شود كه در اين حالت اخير به آن سيليكات گفته می شود.

ساختمان سيليكا كريستالی بوده و در شكلها و ابعاد مختلف يافت می شود، اندازه اين ذرات در شكل گرد و غبار می تواند از زير يك ميكرن تا چندين 10 ميكرون باشد.

سيليكا يكی از انواع مواد معدنی مي باشد كه دارای سختی نسبتا” بالايی است. در نمودار شماره 1 سختی چند ماده معدنی از جمله كوارتز نشان داده شده است.

همانطور كه از نمودار پيداست كوارتز داراي سختي نسبی 7 بوده و ساير اشكال سيليكا نيز همين سختی را دارند. از طرفی با توجه به اينكه سختی نسبی اكثر فولادها 5/6 مي باشد و ساير فلزات سختی نسبی كمتری دارند لذا ذرات سيليس می تواند بر روی صفحات فولادی و فلزی خراش ايجاد نمايد.

حال چنانچه مكانيزم فرسايش از طريق اين ذرات را دقيق تر مورد بررسی قرار دهيم به جواب سئوال خواهيم رسيد.

سختی چیست؟

سختی را می‌توان به صورت مقاومت کانی در برابر خراشیده شدن تعریف کرد. در کانی شناسی ، سختی یک جسم را با جسم دیگر می‌سنجند. طبق تعریف اگر جسمی ، جسم دیگر را مخطط کند از آن سخت تر است.

برای سنجش سختی کانی‌های مختلف 10 کانی را به عنوان مبنای سختی انتخاب کرده‌اند و سختی سایر کانی‌ها را نسبت به آنها می‌سنجند این مقیاس به نام مقیاس موس معروف است.جدول سختی موس از سال 1822 تا کنون استفاده می شود در اين جدول که شامل 10 کانی است به اين صورت تنظيم شده که سخت ترين کانی يعنی الماس در بالا با ارزش سختی 10 مشخص شده و نرم ترين کانی تالک با سختی 1 در پايين و هر کانی که در رديف بالاتری قرار دارد می تواند کانی زيری خود را خط بيندازد این جدول عبارت است از 1- تالک  2- ژیپس 3-کلسیت  4- فلوئورین  5 – آپاتیت  6- ارتوز  7 –کوارتز  8 – توپاز  9 -کرندوم 10- الماس

سيليكا يكی از انواع مواد معدنی می باشد كه دارای سختی نسبتا” بالايی است.

در نمودار شماره 1 سختی چند ماده معدنی از جمله كوارتز نشان داده شده است.

همانطور كه از نمودار پيداست كوارتز و ساير اشكال سيليكا دارای سختی نسبی 7 می باشند.

از طرفی با توجه به اينكه سختی نسبی اكثر فولادها 5/6 می باشد و ساير فلزات سختی نسبتا كمتری دارند لذا ذرات سيليس می تواند بر روی صفحات فولادی و فلزی خراش ايجاد نمايد. حال چنانچه مكانيزم فرسايش از طريق اين ذرات را دقيق تر مورد بررسی قرار دهيم به جواب سئوال خواهيم رسيد.

 

(نمودار1)

نحوه فرسايش:

فيلتر های هوا طوري طراحی و ساخته شده اند كه حدود 99% از ذرات معلق در هوا را گرفته و ما بقی  داخل محفظه احتراق شده وارد روغن موجود بر روی ديواره سيلندر می گردد. حال بسته به اندازه ذرات و اندازه لقی بين رينگ پيستون و جداره سيلندر برخی از ذرات كه اندازه آنها كمتر و يا برابر آن فاصله باشد از آنجا عبور كرده وارد محفظه روغن می شوند و ذرات درشت تر امكان عبور نخواهند داشت.

از طرفی ذراتی كه اندازه آنها كمتر از فاصله لقی باشد بدون درگيری با سطوح فلزی عبور كرده در حاليكه ذراتی كه هم اندازه فاصله لقی باشند در حين عبور باعث ايجاد خراش و فرسايش خواهند شد. بنابر اين خطرناك ترين ذرات آنهايی هستند كه هم اندازه فاصله بين سطوح باشند.

تاثير ديگر اين ذرات بر هم زدن توزيع يكنواخت بار بر روی سطوح در تماس است بدين ترتيب كه در نقطه ای كه ذره بين سطوح درگير شده است  تمركز تنش ايجاد شده و باعث ايجاد خستگی در سطح فلز گشته و ذرات غير نرمال فرسايش خستگی را توليد می نمايد.

بايد توجه داشت كه در هر دستگاهی سيليس می تواند همين اثر را داشته باشد بنابر اين حفاظت كليه دستگاه ها  از ورود گرد و غبار امری مهم و الزامی خواهد بود.

در اينجا به شكل ديگری از سيليس اشاره مي شود كه به آن سيليكون (Silicone) گفته می شود. سيليكون ها از تركيبات ارگانيك است كه بطور مصنوعی توليد می شوند و در صنايع روغنكاری و رنگ نيز كاربرد زيادی دارند. بسياری از سيل ها و واشرها از جنس سيليكون می باشند.

حال چنانچه منبع ورود سيليس به روغن از ناحيه واشر معيوب و يا سيل سيليكونی باشد خطری برای دستگاه محسوب نمی شود و عملا” هم تاثيرات فرسايشی بر روی قطعات مشاهده نمی گردد. جدول ضميمه گويای اين واقعيت می باشد.

حال به موضوع موتور بر می گرديم و از نمودارشماره 2 ميزان حساسيت رينگها به فرسايش ناشی از سيليس در مقايسه با حساسيت ياتاقانها را مشاهده می كنيم.

علت شدت فرسايش بيشتر در رينگها فاصله لقی آنها با ديواره است كه كمتر از فاصله لقی ياتاقانها می باشد.

مطلب ديگر اينكه ذرات كمتر از 10 ميكرون تاثير خيلی بيشتری بر شدت فرسايش دارند. از طرفی ذرات بيش از 10 ميكرون بدليل وجود فيلتر تراكم كمتری نسبت به ذرات كوچكتر دارند.

	Si	Na	Cu	Cr	AL	Fe
فرسايش نرمال	12	12	15	3	8	35
آلودگي شديد روغن به خاك	69	16	20	16	29	92
فرسايش سيل سيليكوني	250	12	15	3	8	35

 

 

 

نحوه ورود سيليس به موتور:

الف- بسته به اينكه گرد و غبار از چه طريقی به داخل روغن موتور نفوذ كرده است نوع فرسايش متفاوت خواهد بود. چنانچه از طريق سيستم هوا وارد شده باشد قطعا” فرسايش در سيلندر، رينگ  و پيستون مشاهده خواهد شد و در جواب آزمايش اسپكتروسكوپی مقادير Si و Fe و Cr و Al بالا خواهند بود.

ب- در بعضي اوقات مقادير Si ، Pb و Cu نسبت به بقيه عناصر افزايش زياد داشته (شكل 4) كه در اينگونه موارد می توان نتيجه گرفت كه سيليس از غير مجرای هوا به درون موتور نفوذ كرده است. در اين موارد فرسايش ياتاقان مشاهده خواهد شد بدون فرسايش در قسمت بالايی موتور. بنابر اين بايد بدنبال محلهای ديگری به غير از مسير هوا برای ورود سيليس بود و در صورت معيوب بودن آنها نسبت به ترميم اقدام نمود. از جمله اين عوامل می توان به بخاركش breather ، سيل ها و يا واشرهای صدمه ديده در محل اندازه گير و سرريز  روغن اشاره نمود. هم چنين ممكن است نحوه نگهداری نامناسب روغن باعث ايجاد آلودگی شده باشد.

ج-چنانچه افزايش Si در روغن ناشی از خوردگی سيل های سيليكونی باشد هيچگونه فرسايش نه در قست بالايی و نه در قسمت تحتانی موتور ديده نمی شود  در اين حالت بازديد و تعويض سيل صدمه ديده برای پيشگيری از صدمات بعدی الزامی است .

د- در مواردی نيز فرسايش ناشی از سيليس در هر دو قسمت فوقانی و تحتانی موتور را مشاهده می نمائيم كه در اينصورت كليه بازديدها و مراقبت های موارد الف و ب می بايستی انجام شود.

در تهيه برخی قسمتهای  اين مقاله از مراجع زير استفاده شده است:

Silicon…Enemey  Numbre1 by Gary Blevins & John Evans

Manual of Mineralogy by Cornelis Klein