دانلود مقاله روغن‌ های روان کننده

بخش یکم

معرفی روغن‌ های روان کننده

روغن‌ های معدنی

روغن‌های معدنی از نفت خام حاصل می‌شند.

نفت خام مخلوطی از هیدروکربن‌ها می‌باشد و محتویات غیر هیدروکربنی بر اساس نوع نفت خام متغیر است.[1]

متوسط ترکیب مولکولی نفت خام به شرح زیر است:

          %87- 82       ( C) کربن

          %15-10        ( H) هیدروژن

          %7 – 01/0     ( S) گوگرد

          %2 - 0                    ( O) اکسیژن

          %8/0 - 0       ( N) نیتروژن

          %1/0 – 0       فلزات

نفت خام نه تنها برای تولید قدرت استفاده می‌شود بلکه به عنوان ماده اولیه نیز محسوب می‌شود.

عملیات ساخت روغن پایه شامل مراحلی می‌شود که طی آن مواد نامرغوب از برش روغن جدا شده و یک روغن پایه با کیفیت مورد نظر تولید می‌شود.

شمای ساده جریان روغن‌سازی در مراحل زیر صورت می‌پذیرد:

1- تقطیر در خلاء

2- آسفالت‌گیری

3- استخراج آروماتیک‌ها

4- واکس‌گیری

5- هیدروژنه کردن

گروه‌بندی روغن‌های معدنی

          روغن‌های معدنی مخلوط هیدروکربن‌ها می‌باشند.

جدول 1، ساختار ترکیبات هیدروکربنی را برای شش نوع مختلف از مولکول هیدروکربن نشان می‌دهد.

          بطور کلی، روغن‌های معدنی مخلوط ترکیبات هیدروکربنی اشباع شده و غیر اشباع زنجیره‌ای و حلقوی می‌باشند.

          روغن‌های معدنی به صورت ساده به طبقه‌‌های زیر دسته‌بندی می‌شوند:

روغن‌های پارافینی که بیش از 75 درصد پارافین دارند.

روغن‌های نفتنی که بیش از 75 درصد نفتن دارند.

روغن‌های آروماتیک که بیش از 50 درصد آروماتیک دارند.

روغن‌های پارافینی

          روغن‌های با پایه پارافینی تهیه شده از نفت خام، از مقدار نسبتاً زیادی آلکان تشکیل شده است.

روغن پایه خاورمیانه و دریای شمال از نوع پارافینی می‌باشد.

فرآیند تهیه آن حذف آروماتیک‌ها و موم‌گیری می‌باشد.

          روغن‌های با پایه پارافینی دارای خواص ویسکوزیته / دمای خوب، شاخص گرانروی بالا، عملکرد مناسب در دمای پایین و پایداری خوبی در مقابل اکسیداسیون دارند.

در اصطلاحات صنایع نفت نام حلال خنثی (SN) به روغن پارافینی اطلاق می‌گردد که در آن حلال اشاره به روغن پایه‌ای دارد که با حلال تصفیه شده و خنثی  به معنا آن است که PH آن خنثی است.

روغن‌های پارافینی که دارای شاخص گرانروی بسیار زیاد هستند را با علامت اختصاری (HVI) مشخص می‌کنند.

          بیشترین روغن‌های پایه تولید شده در جهان از نوع پارافینی بوده و در یک محدوده از ویسکوزیته که سبک‌ترین آنها روغن دوک و سنگین‌ترین آنها روغن برایت استاک است در دسترس می‌باشند.

] 1 [

روغن‌های نفتنی

          روغن‌های با پایه نفتنیک به میزان کمتری نسبت به روغن‌های پایه پارافینیک تولید می‌شوند.

این نوع روغن پایه دارای واکس نبوده و در نتیجه نقطه ریزش آن بسیار پایین است.

اختلاف مهم بین روغن پایه پارافینیک و روغن پایه نفتینیک، اختلاف در شاخص گرانروی آنها می‌باشد.

زیرا تغییرات گرانروی روغن پایه نفتینیک در مقایسه با روغن پایه پارافینیک نسبت به تغییرات درجه حرارت خیلی بیشتر است.

برای مثال اگر هر دو نوع روغن پایه دارای گرانروی مساوی (53/20 سنتی استوک) در دمای Cْ38 باشند، روغن پایه نفتینیک شاخص گرانروی پایین‌تری (15) نسبت به روغن پایه ارافینیک (100) دارد.

          با توجه به مطالب فوق، در مواقعی که ما به روغنی نیاز داریم که باید در یک دامنه وسیعی از درجه حرارت کار کند (مثل روغن موتور) باید از روغن پایه پارافینیک استفاده نمود تا تغییرات گرانروی زیادی با تغییر درجه حرارت بوجود نیاید، زیرا کم شدن بیش از حد گرانروی در اثر افزایش درجه حرارت باعث صدمه دیدن موتور خواهد شد.

در مواقعی که شرایط به گونه‌ای است که درجه حرارت کارکرد تغییرات زیادی نداشته و همچنین به نقطه ریزش پایین نیاز باشد باید از روغن‌های با پایه نفتینیک استفاده نمود.

] 1 [

          همانطور که گفته شد این نوع روغن‌ها دارای واکس نبوده و مرحله موم‌گیری در مورد آنها انجام نمی‌شود.

حدود نود درصد روان‌کننده‌های مایع از روغن معدنی استفاده می‌نمایند.

روغن‌های سینتتیک

          روغن‌های سنتتیک سیالاتی هستند که برای روانکاری‌های خاص سنتر می‌شوند ( برای مثال روغن‌های استری که از واکنش کاتالیستی اسیدهای چرب و الکل‌ها حاصل می‌شوند).

] 1 [

          روغن‌های سینتتیک از بسیاری جهات بر روغن‌های معدنی برتری دارند مهمترین ویژگی‌های آنها عبارتند از:

نقطه ریزش پایین

فراریت کم (افت تبخیر کاهش می‌یابد)

ارتباط گرانروی – دمای مطلوب

پایداری بالا در برابر پیر شدن

نقطعه اشتعال بالا

مقدار خاکستر کم

پایداری خوب در برابر اکسیداسیون

روغن‌های سینتتیک همچنین دارای معایبی می‌باشند که تعدادی از آنها به شرح زیر است:

خاصیت محافظت از خوردگی

سازگاری با مواد دیگر

قیمت

روغن‌های سینتتیک به صورت زیر دسته‌بندی می‌شوند:‌

روغن‌های استری

استرهای اسید فسفریک

هیدروکربن‌های سنتز شده

پلی آلفااولفین

روغن‌های سیلیکونی

پرفلورئورو پلی اتر

جدول 2 مقادیر متوسط مهمترین خواص تعدادی از گروه‌های روغن‌های سنتتیک را در کنار روغن‌های معدنی نشان می‌دهد.

طبقه بندی روغن‌های روان کننده بر اساس گرانروی:

          در انتخاب روغن برای یک کاربرد خاص، گرانروی اولین عامل انتخاب است.

گرانروی بایستی به اندازه‌ای بالا باشد تا بتواند تشکیل یک لایه مناسب جهت روانکاری روی قطعات بنماید.

از طرف دیگر گرانروی نباید آنقدر زیاد باشد که اصطکاک بین لایه‌های روغن بیش از حد بالا رود.

سه سیستم عددی گرانروی برای شناسایی روغن‌ها، بر اساس دامنه گرانروی آنها وجود دارد دو تا از این سیستم‌ها برای روغن خودرو و سیستم دیگر برای ورغن‌های صنعتی می‌باشد.

] 3 [

الف- طبقه‌بندی گرانروی روغن موتور:

          انجمن مهندسین موتور1 در آمریکا، طبقه‌بندی کاربردی گرانروی J300d را برای موتور پیشنهاد نموده است.

در این طبقه‌بندی گرانروی در دو درجه حرارت Cْ 18- یا Cْ 100 تعیین می‌شود.

دامنه تغییرات گرانروی بر اساس این طبقه‌بندی در جدول 3 نشان داده شده است.

در این طبقه‌بندی پسوند W پس از هر درجه روغن نشان دهنده استفاده از آن روغن در شرایطی است که درجه حرارت محیط پایین است و درجه‌های بدون W مناسب شرایطی هستند که درجه حرارت محیط پایین نباشد.

          روغن را می‌توان طوری فرموله کرد که هم حد گرانروی در Cْ18- یکی از درجات دارای W و هم حد گرانروی در Cْ100 برای یکی از درجات بدون W را بپوشاند.

برای مثال می‌توان روغنی تهیه کرد که گرانروی روغن SAE 10 W را در Cْ18- و گرانروی درجه SAE 40 را در Cْ100 دارا ‌باشد.

این روغن را با علامت SAE 10 E 40 نشان داده و آن را روغن چند درجه‌ای2 می‌نامند.

بطور کلی این نوع روغن‌ها نیاز به ماده افزودنی بالا برنده شاخص گرانروی3 دارند.

] 3 [

(جداول در فایل اصلی موجود است )

سیستم گرانروی SAE امروزه مورد استفاده بسیار زیادی داشته و سازندگان اتومبیل از این سیستم برای تعیین گرانروی مناسب جهت روغن موتور استفاده می‌کنند.

در بازار فروش روغن نیز، این سیستم بسیار معمول می‌باشد.

] 3 [

ب- طبقه‌بندی گرانروی روغن‌محورها و انتقال دهنده‌های غیر اتوماتیک:

          برای طبقه‌بندی گرانروی روغن محور چرخها و انتقال دهنده‌های غیر اتوماتیک از طبقه‌بندی کاربردی J 306C استفاده می‌شود.

این طبقه‌بندی بر اساس اندازه‌گیری گرانروی روغن در درجه حرارت Cْ100 و حداکثر درجه حرارتی که در آن گرانروی روغن به 150 پاسکال ثانیه می‌رسد، تنظیم شده است.

درجه حرارتی که گرانروی روغن به 150 پاسکال ثانیه می‌رسد .

بوسیله سرد کردن روغن طبق روش ASTEM D 2983 و بوسیله ویسکومتر بروکفیلد2 بدست می‌آید.

] 6 [

حدود گرانروی برای این نوع روغن‌ها در جدول 4 آورده شده است و روغن‌های چند درجه از قبیل 90W 80 یا 140W 85 را می‌توان در این سیستم طبقه‌بندی فرموله نمود.

ج- طبقه‌بندی گرانروی برای روغن‌های صنعتی:

          این طبقه‌بندی با همکاری ASTM و ASLE1 بوجود آمده است.

گرانروی‌های تعیین شده بوسیله این سیستم در Cْ40 گزارش می‌شود.

برای بدست آوردن گرانروی می‌توان از روشهای ASTM D 2422، استاندارد ملی امریکا (Z11 , 232)، انستیتو استاندارد بریتانیا (BS 4231) و استاندارد DIN 515192 و سیستم ISO.

Std.

34483 و استاندارد ملی ایران 6710 استفاده نمود.

این سیستم طبقه‌بندی در جدول 5 نشان داده شده است.

جدول 6 سه طبقه گرانروی را در کنار هم نشان می‌دهد.

] 6 [

] 6 [ جدول 5- سیستم طبقه‌بندی گرانروی برای روغن‌های صنعتی جدول 6- طبقه‌بندی گرانروی بر اساس استاندارد DIN 51 519 طبقه‌بندی روغن‌های روان کننده بر اساس کاربرد: طبقه‌بندی‌های مختلفی از روغن‌های روان کننده رایج است مانند: روان‌کننده‌های مورد استفاده در سیستم‌های تولیدی ( برای مثال روان‌کننده‌های ماشین ابزار و فلزکاری) روان کننده‌های مربوط به اجزاء داخلی سیستم ( برای مثال روغن‌های یخچال، روغن‌های انتقال حرارت و روغن‌های ترانسفورمر) و نگهداری فرآیند ( روان کننده‌های کمپرسور، هیدرولیک، توربین و دنده).

ساده‌ترین روش، طبقه‌بندی روان کننده‌ها بر اساس مورد استفاده آنها از قبیل روان‌کننده‌های مصرفی در یاتاقان، کمپرسور، سیستم‌های هیدرولیک، دنده‌ها، فلزکاری و غیره است.

این طبقه‌بندی مطابق طبقه‌بندی روان‌کننده‌های دیگر مانند روان‌کننده‌های موتور‌های احتراق داخلی1 ، هوایی2 و دریایی3 نیز می‌باشد.

همچنین استاندارد DIN 51502 روغن‌های روان‌کننده را بر اساس خانواده‌شان (کاربرد) در گروه‌های مختلف طبقه‌بندی می‌نماید.

حداقل الزامات برای روغن‌های روان کننده مورد نظر، نحوه برچسب‌زدن بر روی ظرف روان‌کننده‌، وسایل روانکاری و نقاط اصطکاک بر اساس استاندارد DIN تعریف می‌شود.

بخش دوم کاربرد در صنایعروغن‌های هیدرولیک هیدرولیک‌ها انتقال انرژی و علائم را از طریق سیال انجام می‌دهند، یعنی نیرو به رانش، کنترل و حرکت انتقال داده می‌شود.

سیال‌های هیدرولیک می‌توانند از روغن‌های معدنی، سیال‌های سینتتیک ، سیال‌های اشتعال‌ناپذیر بر اساس نوع ماشین‌آلات و تجهیزات مورد استفاده انتخاب شوند، هیدرولیک‌ها قادر به کار کردن باشد.

تولید کنندگان قطعات هیدرولیک تقریباً نیاز همه صنایع از جمله کشاورزی، ماشین‌های بخش ساخت و ساز، نقاله‌ها، صنایع مواد غذایی و بسته‌بندی، چوب بری، ابزارآلات، کشتی سازی، صنایع معدن و فولاد، هواپیمایی، فضاپیما، پزشکی ، فناوری محیط زیست و شیمیایی را تامین می‌نمایند.

بسیاری از صنایع ذکر شده نقش برجسته‌ای در بازار جهانی دارند.

فناوری سیال‌ها سهم عمده‌ای در رقابت این صنایع دارند.

] 3 [ فناوری سیال‌ها یک تکنولوژی اصلی است، بسیاری از کاربردها در صورتی اقتصادی خواهند بود که از تکنولوژی سیال‌ها استفاده شود.

فناوری سیال‌ها چه برای کاربردهای ساکن یا متحرک در سراسر جهان حاضر است.

فناوری سیال‌ها برای محیط‌زیست منفعت دارد.

یک فناوری بی‌ضرر برای محیط زیست است و در فرآیندهای حساس محیط زیستی استفاده می‌شود.

فناوری سیال‌ها در کیفیت زندگی ما سهم دارند.

فناوری سیال‌ها در آینده نیز توسعه پیدا می‌کند زیرا در هر کاری نیاز به نیرو و گشتاور و به عبارت دیگر نیاز به هیدرولیک می‌باشد.

زمینه فناوری سیال‌ها و هیدرولیک‌ها به دو قسمت هیدرواستاتیک‌ها و هیدرودینامیک‌ها طبقه‌بندی می‌شوند.

در سیستم‌های هیدرواستاتیک انتقال انرژی به فشار استاتیک نیاز دارد و بنابراین فشارها زیاد هستند اما شدت جریان کم است.

در سیستم‌های هیدرودینامیک از انرژی جنبشی سیال جریان یافته استفاده می‌شود و بنابراین فشارها کم هستند ولی شدت جریان زیاد است سیال طراحی شده برایک اربردهای هیدرودینامیکی به عنوان روغن‌های انتقال نیرو شناخته می‌شوند و سیال‌های برای کاربردهای هیدرواستاتیک به عنوان روغن‌های هیدرولیک شناخته می‌شوند.

سیال مهمترین جزء سیستم‌های هیدرواستاتیک و هیدرودینامیک می‌باشد.

] 5 [ بعد از روغن موتور، روغن‌های هیدرولیک دومین گروه مهم روان‌کننده‌ها می‌باشند.

میزان مصرف روغن‌های هیدرولیک حدود 15 درصد کل روان‌کننده‌ها است.

در سال 1998 میزان مصرف روغن‌های هیدرولیک پایه معدنی (نفتی) حدود 80 تا 85 درصد کل روغن‌های هیدرولیک در آلمان بوده است.

میزان مصرف سیال‌های اشتعال‌ناپذیر حدود 7 درصد، سیال‌های هیدرولیک تجزیه‌پذیر حدود 5 درصد و سیال های سینتتیک پلی آلفااولفین یا هیدروکربنی حدود 3 درصد می‌باشد.

سیستم‌های هیدرولیک جدید در سه گروه اصلی ساکن، متحرک و هیدرولیک هواپیما طبقه‌بندی می‌شوند.

در سال‌های اخیر کارایی سیستم‌های هیدرولیک به طور ویژه‌ای افزایش یافته است.

افزایش این کارایی در فشارهای بالا، دماهای بالاتر در سیستم و حجم‌های کوچکتر سیستم که باعث افزایش سیرکولاسیون و در نتیجه افزایش تنش در سیال می‌گردد منعکس می‌شود.

توسعه سیال‌های هیدرولیک تا امروز و در افق آینده و کاربرد صحیح آنها اهمیت اقتصادی بسیاری دارد.

کاربردهای بهینه سبب ذخیره انرژی، کاهش زمان نگهداری، کاهش سایش، افزایش عمر ماشین می‌شود و بدین ترتیب صرفه‌جویی با ارزشی را فراهم می‌سازد.

] 5 [ اصل هیدرولیک – قانون پاسکال اصل ماشین جابجایی هیدرواستاتیک بر منبای قانون پاسکال از قرن 17 می‌باشد که بیان می‌کند: فشار وارده به هر قسمت سیال موجب انتقال نیروی معادل در تمام جهات می‌گردد.

این نیرو به طور عمود بر هر سطح داخل سیال یا در تماس با آن عمل می‌کند.

در نتیجه فشار استاتیک در یک سیال می‌تواند موجب انتقال نیرو گردد.

شکل 2 اصل فشار هیدرولیک را شرح می‌دهد.

] 5 [ سیستم‌های هیدرولیک، مدارها و اجزاء انتقال هیدرولیکی نیرو توسط سادگی اجزاء، عمر طولانی، کارایی بالا و جنبه‌های اقتصادی آن مشخص می‌گردد.

تنوع کاربردهای هیدرولیک عمدتاً توسط رفتار سیال هیدرولیک تعیین می‌شود.

] 3 [ اجزاء یک سیستم هیدرولیک مهمترین اجزاء یک سیستم هیدرولیک عبارتند از: پمپ‌ها و موتورها ( مانند پمپ‌های دنده‌ای، دوار پره‌ای و پیستونی) سیلندرهای هیدرولیک ( مانند یک مرحله‌ای و دو مرحله‌ای) شیرها (سوپاپ‌ها) (برای مثال شیرهای کنترل کننده و محدود کننده فشار) اجزاء مدار (‌مانند تانک‌های سیال، سیستم فیلترها، تانک‌های فشار، اتصالات و غیره) آببندها، واشرها .

الاستومرها شکل 3 شرح