پایش وضعیت روغن توربین در ناوگان پروازی؛ از نمونه‌برداری زمینی تا مانیتورینگ آنلاین

پایش وضعیت روغن توربین در ناوگان پروازی؛ از نمونه‌برداری زمینی تا مانیتورینگ آنلاین

به‌عنوان سارا مرادی، کارشناس ارشد روانکاری صنعتی در موتورازین، هدف این مقاله ارائهٔ چارچوبی عملی و داده‌محور برای پایش وضعیت روغن توربین هواپیما است؛ چارچوبی که هم در قالب نمونه‌برداری زمینی (آفلاین) قابل اجراست و هم با مانیتورینگ آنلاین روانکار هم‌افزایی دارد. در شرایط عملیاتی ناوگان‌های ایران که نوسان برنامهٔ پرواز، محدودیت لجستیک آزمایشگاهی و فشار هزینه‌های ارزی وجود دارد، تصمیم مبتنی بر داده دربارهٔ روغن توربین، مستقیماً به کاهش ریسک AOG، افزایش ایمنی و کنترل هزینهٔ چرخه‌عمر منجر می‌شود. در ادامه، پارامترهای کلیدی تحلیل روغن، ابزارها و روش‌ها، تفاوت‌های دو رویکرد پایش و یک چک‌لیست طراحی برنامهٔ پایش وضعیت را مرور می‌کنیم. در ناوگان هوایی، هر سیگنال کوچک از روغن می‌تواند جلوی یک توقف بزرگ را بگیرد؛ شرطش این است که آن سیگنال را به‌موقع و درست بخوانیم.

اصول پایش وضعیت و جایگاه آن در مدیریت ریسک و هزینه چرخه‌عمر

پایش وضعیت روغن، ستون نگهداری پیش‌بینانه است. هدف، تبدیل دادهٔ روغن به تصمیمات عملیاتی است: تنظیم فواصل تعویض، زمان‌بندی فیلتر و شست‌وشو، و تشخیص زودهنگام خطا. این کار باید بر مبنای سه اصل انجام شود:
۱) قابلیت اعتماد داده (نمونهٔ صحیح، روش استاندارد، ابزار کالیبره)،
۲) تعبیر مهندسی (رابطهٔ علت‌ومعلولی بین تغییرات روغن و پدیده‌های مکانیکی/حرارتی)،
۳) اقدام به‌موقع (آستانه‌ها و SLAهای روشن برای واکنش).

در مدل هزینهٔ چرخه‌عمر، پایش وضعیت دو اثر کلیدی دارد: کاهش هزینهٔ شکست ناگهانی و حذف تعویض‌های زودهنگام. تجربهٔ عملی نشان می‌دهد ترکیب نمونه‌برداری دوره‌ای و سنسورهای آنلاین، پوشش ریسک را تکمیل می‌کند؛ آفلاین برای عمق تحلیلی و تشخیص علل، آنلاین برای هشدار سریع و روندسنجی. انتخاب ترکیب به بحرانی‌بودن ثبت (Criticality)، قیمت توقف، و دسترسی به زیرساخت بستگی دارد.

پارامترهای کلیدی در آنالیز روغن توربین هواپیما و معنای هرکدام

ویسکوزیته (ASTM D445)

ویسکوزیته در دمای مرجع، نشان‌دهندهٔ سلامت پایهٔ روغن و برش‌های حرارتی است. افزایش ویسکوزیته معمولاً با اکسیداسیون، آلودگی دوده‌ـ‌رزینی یا مخلوط‌شدن با روغن نامناسب مرتبط است. کاهش ویسکوزیته می‌تواند از رقیق‌شدن (سوخت یا سیالات دیگر) یا برش مکانیکی باشد. تغییر پایدار بیش از حدود تلورانس سازنده، سیگنالی برای بررسی فیلتر/دمای کاری/نشت سیالات است.

عدد اسیدی کل TAN (ASTM D664) و جایگاه TBN

در روغن‌های توربین هوایی (عمدتاً پایهٔ پلی‌اُل‌استر)، TAN شاخص رشد محصولات اکسیداسیون و تشکیل اسیدهای آلی است؛ افزایش روندی TAN با افزایش لاک/رسوب و افت پایداری هم‌بستگی دارد. TBN معمولاً در روغن‌های توربین هوایی معیار اصلی نیست، اما اندازه‌گیری آن می‌تواند برای کشف آلودگی متقاطع با روغن‌های موتوری (Detergent) یا تشخیص افزودنی غیرمتعارف مفید باشد.

آلودگی ذرات و کد پاکیزگی ISO 4406

شمارش ذرات، وضعیت فیلتراسیون و سایش را نشان می‌دهد. هدف، رسیدن به کد پاکیزگی مطابق توصیهٔ سازنده است. افزایش ناگهانی کانت ذرات ساینده (۴–۱۴ میکرون) همراه با سیگنال تراشه‌گیر (Chip Detector) نشانهٔ سایش غیرعادی یاتاقان/چرخ‌دنده است. روند افزایشی ذرات نرم می‌تواند به اکسیداسیون و لاک مرتبط باشد که با MPC/FTIR تأیید می‌شود.

آب (Karl Fischer)

روغن‌های استری جذب‌پذیری رطوبت بالاتری نسبت به مینرال دارند. آب محلول در حد کنترل‌شده قابل‌قبول است، اما آب آزاد یا روند افزایشی، ریسک خوردگی، کاویتاسیون پمپ و تضعیف فیلم روانکار را بالا می‌برد. منشأ آب می‌تواند چگالش، نشتی مبدل‌ها یا عملیات زمین باشد. مدیریت رطوبت با خشک‌کن‌ها، تهویهٔ کارتل و کنترل دمایی ضروری است.

فلزات سایش (ICP/OES و سنجش آهن مغناطیسی)

آهن (Fe) و کروم (Cr) سیگنال یاتاقان/چرخ‌دنده، مس (Cu) نشانهٔ بوش/رادیاتور روغن، نیکل (Ni) و آلومینیوم (Al) از آلیاژهای ساختاری منتقل می‌شوند. افزایش هم‌زمان Fe و Sn می‌تواند به اکسیداسیون روانکار و خوردگی هم‌زمان اشاره کند. همواره مقادیر را روندی و در کنار خوانش تراشه‌گیر و PC (Particle Counter) تفسیر کنید.

لاک و رسوب (Varnish) — MPC و FTIR

وارنیش حاصل اکسیداسیون/پلیمریزاسیون محصولات قطبی است و به چسبندگی شیرهای سرو و افت پاسخ‌گویی منجر می‌شود. آزمون MPC (Membrane Patch Colorimetry) و طیف‌سنجی FTIR روند تشکیل لاک را نشان می‌دهند. RULER نیز برای سنجش باقیماندهٔ آنتی‌اکسیدانت‌ها مفید است. افزایش MPC همراه با افت هدایت گرمایی و دمای یاتاقان، علامت هشدار برای شست‌وشوی سیستم و استفاده از فیلترهای جذب لاک است.

هوا/کف و ویژگی‌های دی‌الکتریک

هوادهی و کف بر انتقال حرارت و قابلیت پمپاژ اثر می‌گذارد. سنسور دی‌الکتریک آنلاین تغییرات ثابت دی‌الکتریک را که ناشی از اکسیداسیون، رطوبت یا آلودگی سوختی است، پایش می‌کند. اگر هم‌زمان با افت هوادهی، فشار پمپ نوسان دارد، احتمال نشت هوا در مکش یا اشباع رطوبتی را بررسی کنید.

ابزارها و روش‌ها در نمونه‌برداری زمینی (آفلاین)

نقاط و روش نمونه‌گیری

بهترین نقطهٔ نمونه‌گیری، خط برگشت قبل از فیلتر اصلی یا پورت‌های اختصاصی OEM است تا نمایندهٔ واقعی جریان باشد. گرم‌بودن روغن و پایدار بودن دور موتور برای یکنواختی اهمیت دارد. از بطری‌های تمیز، برچسب‌گذاری دقیق و زنجیرهٔ انتقال (Chain of Custody) استفاده کنید تا خطای انسانی کاهش یابد.

آزمایش‌های مرسوم و کاربرد هرکدام

ویسکوزیته، TAN، آب کارل‌فیشر، شمارش ذرات ISO 4406، ICP فلزات سایش، FTIR، RULER و MPC مجموعهٔ اصلی هستند. بسته به رخداد، آزمون‌های تکمیلی مانند Chip Analysis یا بررسی فیلتر کنده‌شده توصیه می‌شود. تفسیر باید روندی باشد؛ یک نقطهٔ داده بدون زمینه می‌تواند گمراه‌کننده باشد.

مزایا و محدودیت‌ها

نمونه‌برداری آفلاین عمق تحلیلی بالا و قابلیت تأیید آزمایشگاهی دارد اما بین رخداد و پاسخ فاصله می‌اندازد و به لجستیک و زمان توقف وابسته است. برای ناوگان با چرخهٔ پروازی فشرده، تعریف SLA آزمایشگاه، کیت‌های نمونه‌گیری میدانی و آموزش تکنسین‌ها، شکاف زمان را به‌صورت معناداری کاهش می‌دهد.

مانیتورینگ آنلاین روانکار در توربین هوایی

سنسورها و داده‌ها

پیکره‌بندی‌های متداول شامل: سنسور شمارش ذرات، رطوبت نسبی/ppm، دی‌الکتریک/هدایت، دمای یاتاقان، فشار و تراشه‌گیر مغناطیسی با اعلام وضعیت است. بعضی سامانه‌ها قابلیت همگام‌سازی با HUMS/Engine Health Monitoring را دارند. داده‌ها به‌صورت گرایش‌های زمانی در داشبورد نمایش داده می‌شوند.

کاربرد عملی

آنلاین برای تشخیص زودهنگام روندهای خطرناک عالی است: افزایش ذرات پس از اوج‌گیری، جهش رطوبت در اقلیم مرطوب شمال، یا تغییر دی‌الکتریک پس از سوخت‌گیری مشکوک. با این حال برای تفکیک علت دقیق (مثلاً نوع فلز سایش) هنوز به آزمایشگاه نیاز است. طراحی آستانه‌های هوشمند و آلارم‌های سطح‌بندی‌شده (اعلان، هشدار، قطع) کیفیت تصمیم را افزایش می‌دهد.

چالش اجرای آنلاین

چالش‌ها شامل انتخاب سنسور با تأییدیهٔ هوانوردی، فضای نصب، مدیریت انرژی و یکپارچه‌سازی با سیستم موجود است. در ناوگان مختلط، اجرای مرحله‌ای از مسیرهای پرتردد آغاز و به سایر بدنه‌ها تعمیم داده می‌شود. پشتیبانی قطعات و کالیبراسیون دوره‌ای در قرارداد نگهداری دیده شود.

مقایسهٔ فنی نمونه‌برداری زمینی و مانیتورینگ آنلاین

هر دو رویکرد در ناوگان هوایی مکمل‌اند. جدول زیر شاخص‌های مهم تصمیم‌گیری را مقایسه می‌کند؛ توصیهٔ عملی ما، اجرای مدل ترکیبی است: سنسورهای سبک برای هشدار سریع + پنل آزمایشگاهی دوره‌ای برای آنالیز عمیق و تائید علت.

برای ناوگان با نرخ استفادهٔ بالا، ترکیب «ذرات+رطوبت+دی‌الکتریک» روی موتورهای پرتردد و «پنل آزمایشگاهی» ماهانه، معمولاً توازن مناسبی بین هزینه و پوشش ریسک ایجاد می‌کند.

سناریوهای خطا و مطالعهٔ موردی فرضی در ناوگان

سناریو ۱: ورود رطوبت در سیکل APU

پس از چند سیکل استارت در اقلیم مرطوب، سنسور رطوبت آنلاین افزایش تدریجی RH را ثبت می‌کند. در اولین پنجرهٔ توقف، نمونهٔ آفلاین نشان می‌دهد آب محلول بالا و TAN روند صعودی دارد. اقدام: بازرسی مبدل حرارتی و تهویهٔ کارتل، تعویض فیلتر، خشک‌سازی روغن. نتیجه: بازگشت RH به محدودهٔ پایه و تثبیت TAN.

سناریو ۲: شکل‌گیری لاک و چسبندگی شیر سرو

افزایش دمای یاتاقان و افت پاسخ‌گویی یک شیر سرو گزارش می‌شود. شمارش ذرات تغییر محسوسی ندارد اما دی‌الکتریک کمی بالا رفته است. آزمون آفلاین MPC بالا و RULER نشان‌دهندهٔ افت آنتی‌اکسیدانت است. اقدام: فیلتر جاذب لاک موقت، شست‌وشوی هدفمند و کاهش دمای کاری در سیکل‌های بعدی. نتیجه: بهبود پاسخ‌گویی شیر و کاهش دمای یاتاقان.

سناریو ۳: سایش غیرعادی یاتاقان

تراشه‌گیر مغناطیسی آلارم می‌دهد و کانت ذرات در بازهٔ ۶–۱۴ میکرون جهش می‌کند. نمونه‌گیری آفلاین افزایش Fe/Cr را نشان می‌دهد. اقدام: برنامهٔ بازرسی تسریعی و کاهش ساعت پرواز تا روشن‌شدن وضعیت. این هم‌افزایی آنلاین/آفلاین، ریسک شکست ثانویه را کاهش می‌دهد.

چک‌لیست طراحی برنامهٔ پایش وضعیت روغن در ناوگان

• تعریف کلیدواژهٔ کانونی برنامه: کاهش ریسک AOG و هزینهٔ چرخه‌عمر با پایش روغن توربین.
• تحلیل بحرانی‌بودن هر بدنه/مسیر و تعیین سطوح پایش (فقط آفلاین/ترکیبی).
• استانداردسازی نقاط نمونه‌گیری، ابزار و آموزش تکنسین‌ها (SOP و Chain of Custody).
• انتخاب پنل آزمون: ویسکوزیته، TAN، آب، ISO 4406، ICP، FTIR، MPC، RULER برحسب نیاز.
• انتخاب سنسورهای آنلاین: ذرات، رطوبت، دی‌الکتریک، تراشه‌گیر؛ طراحی آستانه‌ها و هشدارها.
• تعریف حدود و آستانه‌ها بر اساس خط پایهٔ ناوگان و توصیهٔ OEM؛ بازبینی فصلی.
• برنامهٔ کنترل آلودگی: فیلتراسیون، آب‌بندی، تهویهٔ کارتل، مدیریت سوخت و ابزار پاک.
• ادغام داده‌ها در داشبورد واحد؛ روندسنجی و گزارش مدیریتی ماهانه.
• تعریف SLA آزمایشگاه، زمان پاسخ و فرآیند اقدام اصلاحی.
• پایش شاخص‌های موفقیت: کاهش هشدارهای بحرانی، ثبات TAN/ISO Code، کاهش تعویض اضطراری.

نکات کاربردی برای ناوگان ایرانی

• در مسیرهای مرطوب شمال کشور، حساسیت به رطوبت را افزایش دهید و زمان‌های خشک‌سازی را در برنامهٔ نگهداری پیش‌بینانه لحاظ کنید.
• برای ناوگان مختلط و سن بالاتر، تراشه‌گیرهای با اعلان الکترونیکی و شمارندهٔ ذرات کم‌حجم، بازده بالایی دارند.
• ارسال نمونه به آزمایشگاه با پیک سرد و زمان پاسخ کوتاه، ارزش تشخیصی داده‌ها را حفظ می‌کند.
• برای مدیریت لاک، دمای روغن و پیک بار را در سیکل‌های گرمایی کنترل و از فیلترهای جذب لاک به‌صورت هدفمند استفاده کنید.
• از مخلوط‌شدن تصادفی با سایر سیالات جلوگیری کنید؛ TBN غیرمعمول می‌تواند سرنخ آلودگی متقاطع باشد.

جمع‌بندی

پایش وضعیت روغن توربین، وقتی ارزش ایجاد می‌کند که به تصمیم عملی تبدیل شود. رویکرد ترکیبی—سنسورهای آنلاین برای هشدار سریع و نمونه‌برداری زمینی برای تحلیل عمیق—کم‌ریسک‌ترین و اقتصادی‌ترین انتخاب برای ناوگان‌های با نرخ بهره‌برداری بالاست. با استانداردسازی روش نمونه‌گیری، تعریف آستانه‌های عملیاتی، و ادغام داده‌ها در یک داشبورد واحد، می‌توان توقف‌های پیش‌بینی‌نشده را کاهش داد و سلامت روانکار و تجهیز را هم‌زمان حفظ کرد. Motorazin با زنجیرهٔ تأمین پایدار روغن‌های توربین و پشتیبانی تحلیلی، اجرای این برنامه را در مقیاس ناوگان تسهیل می‌کند.

پرسش‌های متداول

هر چند وقت یک‌بار نمونه‌برداری آفلاین انجام دهیم؟

بسته به توصیهٔ OEM، ساعت کارکرد و پروفایل مسیر، ماهانه تا فصلی رایج است. نقطهٔ شروع را بر اساس ریسک و سابقهٔ خرابی تعیین کنید و پس از ۳–۴ چرخه، فاصلهٔ نمونه‌گیری را با تحلیل روندها بهینه کنید. رویدادهای غیرمعمول (آلارم تراشه‌گیر، تغییر دمای یاتاقان) نمونهٔ اضطراری را توجیه می‌کند.

کدام سنسورهای آنلاین برای شروع اولویت دارند؟

برای بیشترین بازده در آغاز، شمارش ذرات، سنسور رطوبت و سنسور دی‌الکتریک را پیشنهاد می‌کنم. این سه مورد، بیشترین پوشش خطرهای رایج (سایش، رطوبت، اکسیداسیون/آلودگی) را با هزینهٔ نصب قابل‌قبول فراهم می‌کنند و با دادهٔ آزمایشگاهی به‌خوبی هم‌تراز می‌شوند.

آیا TBN در روغن توربین هواپیما معیار تصمیم است؟

خیر، در روغن‌های توربین هوایی معمولاً TBN معیار اصلی نیست. اما اندازه‌گیری آن می‌تواند به تشخیص آلودگی متقاطع یا استفادهٔ ناخواسته از روغن نامتعارف کمک کند. شاخص تصمیم‌سازتر، روند TAN، MPC و نتایج FTIR/RULER است.

چطور با خطر لاک (وارنیش) برخورد کنیم؟

وارنیش را باید پیشگیرانه مدیریت کرد: کنترل دمای روغن، فیلتراسیون کارا، پایش MPC و استفادهٔ هدفمند از فیلترهای جذب لاک. اگر MPC روند صعودی دارد، برنامهٔ شست‌وشوی سیستم و بازبینی سیکل‌های گرمایی را در دستور کار قرار دهید.

چه زمانی تعویض کامل روغن توجیه دارد؟

وقتی چند شاخص هم‌زمان از مرز عبور کنند: افزایش پایدار TAN، MPC بالا، افت معنادار آنتی‌اکسیدانت و علائم عملکردی (چسبندگی شیر سرو، افزایش دمای یاتاقان). در غیر این صورت، اقدامات اصلاحی هدفمند (فیلتر، خشک‌سازی، شست‌وشو) معمولاً کفایت می‌کند.