روانکارهای صنعتی

همانطورکه می دانید روانکارها را در یک نگاه کلی می توان به دو دسته بزرگ روانکارهای خودرو و روانکارهای صنعتی تقسیم کرد. روانکارهای صنعتی نیز به سه دسته عمده روغن‌های صنعتی، گریسها و روانکارهای ویژه دیگر مثل روانکارهای فلزکاری و … تقسیم می‌شوند.البته روانکارها را از نظر نوع حالت نیز می توان طبقه‌بندی کرد. که به چهار دسته روان‌کننده‌های گازی، روان‌کننده‌های مایع، گریس‌ها و روان‌کننده‌های جامد تقسیم می‌شوند.

 روانکارهای گازی

روانکارهای گازی مثل هوا، هلیوم، بخار مایعات و … در موارد درجه حرارت‌های خیلی بالا و یا پایین‌، سرعت بسیار زیاد و بارکم و یا در مواردی که پرتوهای هسته‌ای در محیط وجود دارند، استفاده می‌شوند. یکی از خصوصیات بسیار مهم روانکارهای گازی اینست که گرانروی آنها با تغییر درجه حرارت تغییر چندانی نمی‌کند و به همین دلیل این روانکارها قادرند در گستره‌ی وسیعی از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر این چون گازها سبک‌تر از مایعات هستند و می‌توان وزن آنها را نادیده گرفت، این موضوع باعث می‌شود در سرعت‌‌های خیلی بالا همچنان جریان آنها آرام و یکنواخت باقی بماند. به همین جهت در یاتاقان‌های با سرعت خیلی زیاد بهتر از روانکارهای مایع عمل می کنند.

روانکارهای گازی اصطکاک کمی دارند، عاری از ناخالصی‌اند و خاصیت سرریزی که در مورد روانکارهای مایع و گریس‌ها پیش می‌آید را ندارند. علاوه بر آن این نوع روانکارها بدلیل سرریز نکردن می‌توانند مواد مطمئنی در صنایع غذایی، داروئی و شیمیایی نیز باشند.

روانکاری اولتراسانتریفیوژها، ماشین‌های ابزار سنگ‌زنی دقیق که با سرعت زیاد کار می‌کنند‌، چرخ مته دندانپزشکی، راکتورهای اتمی، ماشین‌های ریسندگی پرسرعت، توربین‌های گازی، موتور جت و … از جمله موارد کاربرد این دسته از روانکارها هستند.

مهمترین روانکارهای مایع روغن‌ها هستند که خود به دو دسته بزرگ روغن‌های معدنی و روغن‌های سنتزی تقسیم‌بندی می‌شوند. این نوع روانکارها رایج‌ترین و پرمصرف‌ترین نوع روانکارها هستند. هر دو دسته به نوعی از مشتقات نفت خام به حساب می‌آیند، با این تفاوت که روغن‌های معدنی از انجام یک سری عملیات تفکیک بر روی نفت خام و حداکثر یک واکنش شیمیایی کنترل شده به‌دست می‌آیند درصورتیکه برای تولید روغن‌های سنتزی واکنش‌های شیمیایی کنترل شده بیشتری مورد نیاز است و به همین دلیل قیمت تمام شده روغن‌های سنتزی بیشتر از روغن‌های معدنی خواهد بود. به‌طور کلی روغن‌های معدنی بدلیل کاربرد فراوانی که در تولید روانکارها دارند نسبت به روغن‌های سنتزی، بیشتر تولید می‌شوند. البته قابلیت‌های یک روغن سنتزی بدلیل واکنش‌های مخصوصی که روی آن انجام شده بیشتر از یک روغن‌پایه معدنی است، زیرا روغن‌های کاملاً مناسب به‌طور مصنوعی تولید شده و در طبیعت قابل کشف نیستند.

البته به جز روغن‌های سنتزی و روغن‌هایی که منبع اصلی آنها نفت خام است روغن‌های دیگری نیز وجود دارند که از جانوران، ماهی‌ها و گیاهان به‌دست می‌آیند که روغن‌های طبیعی نام دارند. استفاده از این روغن‌ها به‌عنوان روانکار در گذشته بسیار مرسوم بوده است ولی امروزه نفت خام منبع اصلی تولید روانکارها است. یکی از خصوصیات روغن‌های طبیعی تجزیه بیولوژیکی آسان آنها است که از این لحاظ نسبت به روغن‌های پایه معدنی و سنتزی برتری دارند. این روغن‌ها برای مدت طولانی قابل نگهداری نیستند، ضمن اینکه هزینه‌ی تولید زیادی هم دارند. اما با توجه به محدود بودن منابع نفتی برای تولید انرژی، روغن‌های طبیعی می‌توانند جایگزین مناسبی برای مشتقات نفتی در عرصه تولید روانکار باشند

روانکاری چیست

روانکاری یا“Tribology” به‌عنوان علم تسهیل حرکت نسبی سطوح در تماس با یکدیگر تعریف شده است. روانکاری یعنی کاهش اصطکاک بین دو سطح با استفاده از یک ماده روانکار.

ماده ای جامد، نیمه جامد، مایع و یا گاز است که برای کاهش اصطکاک بین دو سطح در بین آنها قرار می گیرد و مهمتریت مثال آن روغنهای روانکار است.

روغن های روانساز به طور عمده دارای منشاء نفتی هستند و عمده ترین روانکار مورد استفاده در صنایع هستند. ویژگی های مورد انتظار از روغن های مناسب برای روانکاری به شرح زیر هستند:

• دارای گرانروی مناسب و ضریب اصطکاک بسیار کم باشند.
• در مقابل حرارت مقاوم باشند و اکسیده نشوند.
• خاصیت پاک‌کنندگی مناسب داشته باشند و پس از کار مداوم, تحت تاثیر حرارت زیاد، تشکیل مواد لجنی و رسوبات در لابه لای قطعات ندهند.
• دارای شاخص گرانروی بالا باشند.
• با ایجاد لایه نازکی از روغن بر روی سطوح متحرکی که با یکدیگر در تماس هستند، از ساییدگی و فرسودگی آنها جلوگیری نمایند.
• در حین عملیات ایجاد کف ننمایند.
• زنگ‌‌زدگی و خوردگی بر روی قطعات فلزی ایجاد نکنند.
• با قطعات لاستیکی و پلاستیکی سازگاری کامل داشته باشند.

روغن های پایه معدنی(یا نفتی)از پالایش برش روغنی (Lub cut) در پالایشگاه روغن به دست می آیند و در ساخت قسمت عمده روغن های موتور و صنعتی به کار می روند. ولی روغن های سینتتیک محصول فرایند پتروشیمی هستند و معمولا دارای شاخص گرانروی بالاتری نسبت به روغن های معدنی هستند، همچنین این روغن ها مقاومت اکسیداسیون بالاتری نسبت به روغن های معدنی داشته و به این دلیل زمان کارکرد طولانی تری نسبت به روغن های معدنی دارند . درضمن این روغن ها به دلیل شاخص گرانروی بالایی که دارند می توانند در محدوده دمایی وسیعتری مورد استفاده قرار گیرند.

نکته : با وجود اینکه روغن های سینتتیک قیمت بالاتری نسبت به روغن های معدنی دارند ولی در عمل به دلیل زمان کارکرد بسیار طولانی تر این روغن ها ، از نظر اقتصادی نیز سود آور هستند.

مقاومتی که یک روغن نسبت به جاری شدن به علت اصطکاک داخلی مولکول های آن از خود نشان می دهد، گرانروی (ویسکوزیته) نامیده می شود. گرانروی روغن با تغییر دمای روغن، تغییر می کند و هرچه روغن گرمتر شود, گرانروی آن کمتر می گردد. از این رو همواره باید گرانروی روغن همراه با دمایی که گرانروی در آن اندازه گیری شده، قید گردد. گرانروی روغن معمولاً در دمای 40 و 100 درجه سانتی گراد اندازه گیری می شود.

شاخص گرانروی (VI) نشانگر میزان تغییرات گرانروی نسبت به تغییرات دما است. هرچه رقم شاخص گرانروی روغنی بزرگتر باشد، در اثر تغییر دما گرانروی روغن کمتر تغییر می کند و برعکس. با توجه به مطلوب بودن محدودیت تغییرات گرانروی در عموم سیستمها می توان گفت این مشخصه می تواند بیانگر کیفیت روغن باشد.

پائین ترین دمایی که روغن در آن دما هنوز می تواند جاری شود را نقطه ریزش نامند.

نقطه اشتعال, پائین ترین دمایی است که در آن، روغن به اندازه کافی به بخار تبدیل می شود و با هوا یک مخلوط قابل اشتعال می سازد، به طوری که با نزدیک کردن شعله آتش، روغن در یک لحظه مشتعل و سپس خاموش گردد. این آزمون برای اندازه گیری میزان آتش گیری و فرّار بودن روغن صورت می گیرد.

چون روغن پایه که از پالایش نفت خام بدست می آید، هنوز ویژگی های لازم برای استفاده در موتور خودروهای مدرن و ماشین آلات صنعتی را به طور کامل دارا نیست، موادی به آن افزوده می شود تا در روغن مقاومت لازم برای شرایط سنگین کار، حرارت و فشار زیاد موتور، به طور بهینه ایجاد شود

مهم ترین موادی که به منظور تامین ویژگی های مناسب به روغن پایه افزوده می شوند, عبارتند از:

• پاک کننده ها و معلق کننده ها Dispersants & Detergents
•  بهبود دهنده شاخص گرانروی VI –Improvers
• مواد ضداکسیداسیون Anti-Oxidants
• موادضدسائیدگی Anti-Wear
• مواد ضد خوردگی و ضد زنگ زدگی Anti Rust & Oxidation
• مواد پایین آورنده نقطه ریزش Pour Point Depressants
• مواد ضدکف Anti-Foam

گریس‌ها جزء معروف‌ترین روانکارها هستند که نه مایع و نه جامدند. گریس‌ها از یک روغن‌پایه معدنی یا سنتزی و یک سفت‌کننده به‌دست می‌آیند. در مواردی که روانکاری با روانکارهای مایع مشکل بوده و امکان روانکاری مجدد دارای محدودیت می باشد، این نوع روانکارها کاربرد فراوانی خواهند داشت.

 

این نوع روانکارها برای کار در شرایط بخصوص مثل خلاء، بار زیاد و یا حرارت بالا و مکان‎هایی مثل راکتورهای هسته‌ای که در برابر اشعه‌های رادیو‌اکتیو قرار دارند استفاده می‌شوند.

مقاوم بودن در حالت خلا، فراریت کم، درجه‌حرارت‌های بالا و همچنین در برابر انرژی‌های ناشی از تابش مواد رادیواکتیو از مهمترین خواص یک روانکار است و روانکارهای جامد دارای این خصوصیات هستند.

گرافیت، مولیبونیوم‌ دی‌سولفید، بورنیترید، تنگستن دی‌سولفید و برخی ترکیبات آلی جامد مثل فتالوسیانین و تترا‌فلوئورو‌اتیلن، میکا، تالک و … از انواع روانکارهای جامد هستند که در این بین گرافیت و مولیبونیوم دی‌سولفید، بیشترین کاربرد را دارند.

بیشترین وظایف روانکارهای جدید در محیط‌های هیدرولیک انجام می‌شود. وسایل اتوماتیک خودروهای سواری امروزی، بهترین مثال در این زمینه هستند. این دستگاه‌ها بزرگ‌ترین مصرف‌کنندگان سیالات انتقال قدرت هستند. همچنین بیشتر ماشین‌های صنعتی امروزی برای انتقال حرکت و نیرو از سیالات هیدرولیک استفاده می‌نمایند. سیالات استفاده شده در سیستم‌های متحرک باید از عهده انجام سه وظیفه انتقال قدرت با کمترین تلفات، روانکاری قسمت‌های متحرک و جلوگیری از خوردگی قسمت‌های فلزی بر‌آیند.

بررسی موارد فوق شاهدی دیگر بر مرتبط بودن وظایف روانکارها با یکدیگر است.

معروف‌ترین انتقال دهنده‌های انرژی مکانیکی به انرژی هیدرولیک سیال کمک فنر خودروهاست. در حرکت‌های نوسانی، لرزش‌های بدنه خودرو باعث می‌شود یک پیستون در یک سیلندر بسته و غوطه ور در روغن (سیال) به طرف بالا و پایین به حرکت درآید. سیال با فشار توسط سوراخ بالای پیستون از یک طرف سیلندر به طرف دیگر حرکت می‌کند. در این حالت انرژی مکانیکی ایجاد شده توسط بدنه خودرو با کم شدن اصطکاک لایه‌های سیال که ناشی از سوراخ پیستون است، کاهش می‌یابد. برای تاثیر و کارایی بیشتر، سیال باید گرانروی مناسب نسبت به طراحی سیستم داشته باشد. همچنین گرانروی سیال نباید با درجه حرارت تغییر زیادی داشته باشد؛ یعنی شاخص گرانروی بالا داشته باشد.

تحقیقات نشان می‌دهند که یکی دیگر از قسمت‌هایی که در آن کاهش شوک انجام می‌گیرد، دنده‌های با بار بالا هستند. روانکار در این سیستم‌ها بین دنده‌های جعبه دنده (گیربکس) گیر می‌کند (به دام می‌افتد) و باید از فاصله‌های مابین دندانه‌های جعبه دنده خلاصی یابد و بدین ترتیب جلوی ضربه و شوک در دنده‌ها گرفته می‌شود. هنگامی که جعبه دنده‌ها روانکاری شده باشند، در مقایسه با جعبه دنده‌های روانکاری نشده آرام‌تر و بی‌صداتر کار خواهند کرد.

دومین سازوکار (مکانیزم) که نقش کم کردن تنش را در روانکارها بازی می‌کند، تغییرات گرانروی با فشار است.

روغن ها ، عمل جابه‌جایی مواد آلوده‌کننده را در اکثر سیستم‌ها به خوبی انجام می‌دهند. این امر یک وظیفه کاملاً جدی در موتورهای احتراق داخلی جدید است. مواد افزودنی معلق‌کننده و پاک‌کننده برای معلق نگه‌داشتن مواد جامد قابل رسوب به‌کار‌گرفته‌می‌شوند و سپس آن‌ها را از داخل موتور به داخل صافی‌ها (فیلترهای) طراحی شده بر سر راه قطعات بزرگ و قطعاتی که امکان سایش در آن وجود دارد به حرکت در می‌آورند. عمل تمیز نمودن و به حرکت در آوردن مواد آلوده‌کننده جامد از بین سطوح یاتاقان ها توسط روانکارها، مهمترین عمل در صنایع ماشین‌کاری است. این عمل روانکار از سایش و ته نشین شدن رسوبات در بین قطعات جلوگیری کرده و مواد جامد را به همراه خود برده و از محیط عملیات دور می‌نماید. اگر مواد آلوده حاصل از خوردگی بتوانند توسط روغن جذب شوند، اجازه نمی دهند سطوح فلز با فلز تماس حاصل نمایند. روغن تحت فشار می‌تواند آلودگی را به صافی‌های جذب سطحی و سانتریفیوژهای جداکننده مواد جامد حمل نماید. گریس‌ها این وظیفه را فقط موقعی انجام می‌دهند که گریس تحت فشار به سیستم تزریق شود.

گریس‌ها، اکثر وظایف روانکاری به جز انتقال حرارت و دورکردن ذرات از محیط را به خوبی انجام می‌دهند. وظیفه ویژه گریس‌ها آب‌بندی قسمت‌های متحرک است. گریس‌ها معمولاً در جایی به‌کارگرفته‌می‌شوند که مشکل روانکاری وجود داشته باشد؛ یا قرارگرفتن سیستم به گونه‌ای باشد که روانکار نسبتاً جامد مورد نیاز است. در این نوع روانکاری خود به خود وظیفه آب‌بندی هم مهم خواهد شد. گریس‌ها همچنین از ورود آلودگی‌های خارجی به داخل یاتاقان‌ها جلوگیری به عمل می‌آورند. وظیفه آب‌بندی برای فواصل بسیار باریک مانند آب‌بندی سیلندر و پیستون با کمک رینگ‌های روغن در موتورهای احتراق داخلی و کمپرسورهای رفت و برگشتی و همچنین آب بندی بعضی از قسمت‌های توربین توسط روغن‌ها انجام می‌پذیرد.

گریس‌ها در خیلی از مواقع به جای سیالات روانکار انجام وظیفه می‌کنند، اما برای وظایفی مانند شستشو، کنترل دما و حمل مواد آلوده‌کننده مناسب نیستند اما گریس‌ها مانند روغن‌ها به خوبی قطعات را در مقابل خوردگی محافظت می‌نمایند.

در نهایت بعضی از روغن‌ها غیر از وظایفی که در این مباحث ذکر گردید، استفاده‌های دیگری نیز دارند. مثلاً در تولید لاستیک به عنوان تولیدکننده دوده، در ترکیبات ساخت سم کشاورزی، جوهر، لوازم آرایشی و بهداشتی، پلاستیک، رنگ و به عنوان روغن‌های فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

یکی از دلالیل اصلی استفاده از گریس عدم امکان استفاده از روغن در برخی از نقاط (مانند یاتاقان های چرخ) برای روانکاری است ، در واقع ماهیت نیمه جامد گریس باعث می شود تا این روانکار در این نقاط باقی مانده و جریان پیدا نکرده و از قطعه خاج نشود. ولی برای تامین خاصیت خنک کنندگی و انتقال حرارت نیاز به جریان سیال است و برای پاک کنندگی و خروج آلودگی ها نیز باید این شرایط تامین گردد، که این امر از عهده گریس بر نمی آید. از اینرو این دو خاصیت برای گریس ها در نظر گرفته نمی شود.

آنچه که در گریس ها بر نوع کاربرد آنها تاثیر بسیار زیادی دارد ، پایه صابونی تشکیل دهنده گریس است که در ترکیب با روغن پایه و مواد افزودنی محصول مورد نظر را برای ما تامین می کند.

گریس ها بر اساس پایه صابونی (ماده قوام دهنده) می توانند تنوع بسیار زیادی داشته باشند .

سه دسته اصلی و پر مصرف آنها شامل موارد زیر هستند:

1. گریس های پایه لیتیم
2. گریس های پایه کلسیم
3. گریس های پایه سدیم

 

البته انواع ویژه از گریس ها نیز می توانند با پایه های صابونی از ترکیب مواد فوق مانند لیتیم/کلسیم و … تولید شوند.

حال ببینیم از نظر کاربردی این گریس ها چه تفاوتی با هم دارند.

در گریس ها دو خاصیت پایداری حرارتی و پایداری در برابر آب از اهمیت ویژه ای برخودار هستند. در واقع نوع صابون پایه ای که در گریس استفاده می شود ، می تواند بر دو خاصیت بالا تاثیرگذار باشد. از اینرو می توان این خواص را در گریس های مختلف بصورت زیر مقایسه نمود.

 

گریس پایه لیتیم> گریس پایه سدیم> گریس پایه کلسیم

 

گریس پایه کلسیم> گریس پایه لیتیم>گریس پایه سدیم

 

همانطور که در بالا دیده می شود گریس های با پایه لیتیم پایداری حرارتی بسیار خوبی دارند، همچنین دارای پایداری در برابر آب نسبتا مناسبی نیز هستند. این ویژگی در این نوع گریس ها باعث می شود که در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند . به این نوع گریس ها ، گریس چند منظوره یا Multi purpose گفته می شود. لازم به ذکر است این گریس ها به خاطر پایداری حرارتی خوبشان به گریس نسوز معروف هستند. همچنین با توجه به کاربرد بسیار وسیع این گریس ها در چرخ خودروها و ماشین آلات سنگین به نام گریس چرخ نیز شناخته می شوند. این نوع گریس با وجود گرانتر بود نسبت به دو دسته دیگر، به دلیل تنوع بالای کاربرد ، پرمصرف ترین نوع گریس صنعت هست.

گریس های پایه کلسیم به دلیل پایداری بیسار خوبشان در برابر آب به گریس شاسی یا گریس ضد آب معروف شده اند. البته فراموش نشود که منظور از ضد آب ، توانایی کار کرد در زیر آب نیست و فقط نشان دهنده پایداری مناسبشان در برابر شستشو با آب است.

حال که با دو دسته اصلی گریس ها آشنا شدیم بهتر است که به نکاتی در مورد مصرف آنها توجه کنیم:

1. در صورتی که در انبار ، روغن از گریس جدا شود نباید از آن استفاده کرد
2. در صورت در دسترس نبودن گریس های با درجه NLGIپایین (روانتر) نمی توا با اضافه کردن روغن درجه NLGI آن را پایین آورد
3. استفاده از گریس های نسوز بجای ضد آب و بلعکس توصیه نمی شود.
4. استفاده از گریس های شل تر یا سفت تر از آنچه در دستگاه مورد نیاز است توصیه نمی گردد.
5. از گریس به اندازه مورد نیاز در دستگاه استفاده کنید و از استفاده کمتر یا بیشتر از حد مجاز اجتناب نمایید.
6. هنگام گریس کاری گریس قبلی را بطور کامل از محل روانکاری خارج کنید.

دلایل استفاده از گریس

آنچه که ذهن برخی از افراد را به خود مشغول کرده ، این است که چرا بجای روغن از گریس استفاده می شود؟

وظایفی که یک گریس به عنوان روانکار انجام می دهد، با وظایفی که روغن انجام می دهد تقریبا مشابه است و آنچه که باعث جایگزینی گریس بجای روغن می شود نوع کاربرد آن است.

در برخی از قطعات مانند یاتاقان های چرخ که امکان روانکاری توسط روغن وجود ندارد، نیاز به روانکاری است که بتواند در محل روانکاری باقی مانده و وظایف مورد نظر را انجام دهد. در چنین شرایطی استفاده از گریس تنها راه چاره است که بر اساس نوع کارکرد و تجهیز و قطعه ، گریسی با ساختار مخصوص آن شرایط انتخاب می گردد.

آنچه که می توان مزایای گریس نسبت به روغن معرفی کرد موارد زیر هستند:

1. خصوصیات شیمی فیزیکی مناسب برای کاربردهای خاص.
2. آب بندی و جلوگیری از نفوذ ذرات و آلودگی ها.
3. حفظ خواص در برابر نفوذ آلودگی ها در زمان کارکرد.
4. مقاومت در برابر چکه کردن از محل روانکاری.

گریس ها با داشتن چنین خواصی می توانند در شرایط کاری ویژه وظایف یک روانکار را که به شرح زیر است انجام دهند:

1. کاهش سایش و اصطکاک.
2. جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی.
3. امکان حرکت قطعات در دمای پایین.
4. سازگاری با آب بندها.

به این ترتیب گریس ها گروه خاصی از روانکارها هستند که می توان در شرایط ویژه روانکاری نیازهای صنعت را برطرف کنند و ما را از طراحی پیچیده و پرهزینه نجات دهند.