سلسلة من المعارف المتعلقة بالزيت الهيدروليكي للآلات الإنشائية - تحليل الملوثات في الزيت في النظام الهيدروليكي

سلسلة من المعارف المتعلقة بالزيت الهيدروليكي للآلات الإنشائية - تحليل الملوثات في الزيت في النظام الهيدروليكي

يؤثر تلوث الزيت بشكل مباشر على موثوقية تشغيل النظام وعمر خدمة المكونات.

تشير البيانات المحلية والأجنبية إلى أن عطل النظام له ثلاثة أسباب: ١٥٪ من الأعطال ناتجة عن تقادم النظام، و١٥٪ بسبب الحوادث، و٧٠٪ بسبب التلوث النفطي. ويُظهر تحليل هذا العامل أن ٢٠٪ ناتجة عن التآكل، و٥٠٪ بسبب التآكل الميكانيكي. ويعود ذلك أساسًا إلى وجود جزيئات صلبة مختلفة، بالإضافة إلى الماء والهواء في الزيت.

1. تصنيف ملوثات زيت النظام الهيدروليكي

يمكن تقسيم الملوثات الموجودة في النظام إلى ما يلي وفقًا للشكل الذي توجد به:

الملوثات الصلبة مثل رقائق النحاس وغبار الحديد والغرامات المعدنية والغبار

الملوثات السائلة مثل الماء

الملوثات الغازية مثل الهواء والكلور وأول أكسيد الكربون

يمكن أن تتحول الحالات الثلاث المذكورة أعلاه من الملوثات إلى بعضها البعض عندما تتغير البيئة، كما تنتج هذه الملوثات أيضًا تفاعلات كيميائية عندما تمارس قوى ميكانيكية.

1) الجسيمات الصلبة

الجسيمات الصلبة هي العامل الأول المسبب للتآكل الميكانيكي وهي الهدف الرئيسي لأبحاث مكافحة التلوث.

الجسيمات الصلبة هي مواد يتم قياسها بالميكرون، وأصغر حجم للجسيمات يمكن رؤيته بالعين المجردة هو 40 ميكرومتر، وتظهر بعض الأنواع المختلفة من نطاقات حجم الجسيمات الصلبة الصغيرة في الجدول أدناه:

كما يتضح من المثال السابق، فإن تلوث الزيت بالجسيمات الصلبة، غير المرئية بالعين المجردة، وفير. ولكشف هذه الملوثات، توجد معايير ناسا الدولية 1638.

NAS 1638 هي مواصفة نظافة اقترحتها وكالة ناسا في عام 1964، ولا تزال قيد الاستخدام حتى اليوم ومعترف بها على نطاق واسع من قبل الصناعات في جميع أنحاء العالم.

2) أكسدة الزيت

أكسدة الزيت هي السبب الرئيسي لتلف زيوت التشحيم، حيث تُشكل نسبة 4%-5% من إجمالي الزيت المُؤكسد. ويمكن فصل المكونات الناتجة عن الأكسدة من خلال عملية التنقية في أجهزة الطرد المركزي الفراغية. ومع ذلك، عند أكسدة الزيت، يُفقد الزيت بعد التنقية. ومن خلال التنقية الفورية عبر الإنترنت، يُمكن إزالة ملوثات الزيت المؤكسد في أي وقت، مما يضمن الاستخدام الطبيعي للزيت إلى أقصى حد.

يُعدّ وجود الماء والهواء في الزيت، بالإضافة إلى الطاقة الحرارية، شروطًا أساسية لأكسدة الزيت، كما تلعب الجسيمات المعدنية دورًا تحفيزيًا مهمًا في أكسدة الزيت. تُظهر الدراسات التجريبية أنه عند وجود جسيمات معدنية وماء في الزيت معًا، يزداد معدل أكسدة الزيت بشكل حاد، ويزيد التأثير التحفيزي للحديد والنحاس من معدل أكسدة الزيت بأكثر من 10 أضعاف و30 ضعفًا على التوالي.

عندما تدرس معاهد الأبحاث حول العالم آثار التلوث على الحياة، تتفاوت النتائج بشكل كبير، ويعود ذلك أساسًا إلى عوامل مثل بيئة العمل، وتركيب الملوثات، وصلابة الجسيمات. عمومًا، وفقًا لمعيار NAS1638، ينخفض ​​مستوى التلوث بمقدار مستوى واحد، ويتضاعف العمر الافتراضي، والعكس صحيح. بافتراض أن عمر الآلة هو 10 سنوات بمستوى تلوث 7 (NAS1638)، فإن نفس الآلة تُخفّض مستوى تلوث الزيت بعدة مستويات، ويتغير عمرها الافتراضي بشكل كبير.

3) الهواء

يمكن أن يتواجد الهواء في الزيت على شكلين: مذاب أو حر. الهواء المذاب في السائل أقل تأثيرًا على النظام، ولكن بمجرد انفصاله عنه، يتحول إلى فقاعة، مما يقلل من أداء النظام وموثوقيته وعمر مكوناته. تتمثل المخاطر المحددة للهواء الحر في السائل على النظام فيما يلي:

※يمكن أن يتسبب الهواء في حدوث تجويف، مما يؤدي إلى تفاقم تآكل وتلف سطح مادة المكون؛

※ جعل استجابة تشغيل المعدات بطيئة وغير مستقرة، وزيادة استهلاك الطاقة؛

※تسريع أكسدة الزيت، وتقليل أداء التشحيم، وزيادة قيمة حمض الزيت؛

※تقليل معامل المرونة الحجمي وصلابة الزيت؛

※زيادة الضوضاء الناتجة عن تشغيل المعدات؛

※ زيادة درجة الحرارة وزيادة التسرب

4) الرطوبة

ويمكن أيضًا أن يتواجد الماء في الزيت على شكلين: مذابًا أو حرًا. تعتبر المياه ملوثًا خطيرًا للنظام، وغالبًا ما لا يعيرها الناس الاهتمام الكافي. أكبر خطر للمياه على النظام هو التآكل، والجوانب الأخرى هي إنتاج الأكاسيد والأوساخ والمواد الهلامية.

يمكن أن يؤدي التآكل المائي إلى تقليل خصائص سطح المكونات والسماح لجزيئات الصدأ بالدخول إلى النظام؛ سيؤدي تفاعل الماء والمواد المضافة إلى إنتاج مواد ضارة وتسريع تدهور الزيت؛

يؤدي تكوين المنتجات الحمضية من الماء والأكاسيد إلى تغييرات في خصائص السوائل؛ يمكن للماء المختلط بالزيت أن يستحلب الزيت ويقلل من خصائصه التزييتية؛ في درجات الحرارة المنخفضة، يمكن أن يؤدي تجميد الماء أيضًا إلى فشل النظام، والذي يمكن أن يتأثر مثل جزيئات الرمل الصغيرة أو جزيئات المعدن الصغيرة، مما يؤدي إلى انسداد قناة التدفق والثقوب، وإتلاف السطح، والفشل في عمل المكونات.

يعمل الماء على تعزيز نمو الكائنات الحية الدقيقة؛ حيث أن التعايش بين الماء وجزيئات المعدن من شأنه أن يقلل بشكل كبير من وقت أكسدة الزيت ويزيد من الرقم الحمضي للزيت المستخدم.

2. مصدر الملوثات

هناك ثلاثة جوانب رئيسية لكيفية دخول هذه الملوثات المختلفة إلى النظام:

أحدها هو الملوثات المتبقية من النظام الجديد، والتي تبقى في النظام عند تجميع المكونات والأنابيب

ثانياً، يتم تكوينه في عملية التآكل الميكانيكي وأكسدة الزيت في العمل؛

ثالثا: الدخول في النظام في استخدام وصيانة المعدات.

3. آلية توليد الملوثات

من منظور مصدر الملوثات، وباستثناء العوامل التي لا يمكن تجنبها في الصيانة والتشغيل، فإن الملوثات الأكثر أهمية تتولد بسبب التآكل الميكانيكي والتآكل الكيميائي أثناء تشغيل المعدات.

يمكن تقسيم التآكل الميكانيكي إلى: التآكل الكاشط، والتآكل اللاصق، والتلف الناتج عن التعب.

يمكن تقسيم التآكل الكيميائي إلى: التآكل الكيميائي والتدهور السائل.

توليد الجسيمات:

البلى الميكانيكي

أحد أسباب التآكل الكاشط: التآكل الاحتكاكي

في عملية احتكاك الأجزاء الميكانيكية، تُعدّ الجسيمات ذات الحجم المماثل أو الأكبر قليلاً للفجوة الديناميكية هي الأكثر خطورة، إذ تُسبب قطعاً في مادة السطح؛ مما يُؤدي إلى تغيير حجم الفجوة وإنتاج المزيد من الجسيمات. كما هو موضح في الشكل أدناه.

التآكل الكاشط 2: التآكل الناتج عن التآكل

عند تدفق الوسط، وخاصةً في حالة التدفق عالي السرعة، تصطدم الجسيمات بحافة وسطح القطعة بسرعة عالية، مما يتسبب في تقشير مادة السطح بسبب تأثير الزخم، مما يؤدي إلى تغير شكل القطعة والفجوة بينها، وينتج المزيد من الجسيمات في نفس الوقت. كما هو موضح في الشكل أدناه.

ارتداء لاصقة

يمكن للأحمال الثقيلة، أو السرعات البطيئة، أو اللزوجة المنخفضة للزيت أن تقلل من سماكة الغشاء، مما يؤدي إلى تلامس مباشر بين المعادن وترابط بعض الأسطح المرتفعة. عند تحرك الأسطح المتجاورة، تنكسر نقاط الترابط هذه لتكوين جسيمات معدنية. كما هو موضح في الشكل أدناه.