روغن هیدرولیک مقاوم در برابر Implosion برای جکهای تونلسازی
من، سارا مرادی، تحلیلگر ارشد روانکاری صنعتی در موتورازین، در این یادداشت تخصصی به یک چالش پرهزینه و اغلب پنهان در پروژههای تونلسازی میپردازم: Implosion در سیستم هیدرولیک و رفتار شبهکاویتاسیون در جکهای فشاری و شیلدهای TBM. در فشارهای بالا، سیکلهای سریع بارگذاری/تخلیه و حضور ریزحبابهای هوا/گاز، پدیدههایی رخ میدهد که به تخریب موضعی فیلم روغن، خوردگی کاویتاسیونی و افت کارایی پمپها و شیرها منجر میشود. راهحل عملی، انتخاب و نگهداری صحیح روغن صنعتی مناسب، طراحی کمریسک مدار و کنترل پاکیزگی است. این مقاله برای مدیران پروژه، نتواحد نگهداری و پیمانکاران ایرانی نوشته شده تا با دانش کاربردی و استانداردهای معتبر، دوام تجهیز و عملیات مستمر را تضمین کنند.
مکانیزم Implosion و کاویتاسیون در TBM و جکهای فشاری
در مدارهای هیدرولیک با فشارهای 250–420 بار و سیکلهای تند جکزدن، ریزحبابهای هوا/گاز در نقاط کمفشار (دهانهٔ مکش پمپ، پشت اوریفیسها، مناطق ریزش در مخزن) تشکیل میشوند. با ورود این حبابها به نواحی پرفشار، Collapse یا Implosion ناگهانی رخ میدهد. این فروریزش، میکروجتهایی با سرعت بالا تولید میکند که به سطح قطعات میکوبند و فیلم روغن را موضعاً میشکنند؛ نتیجه، خوردگی کاویتاسیون، پیتینگ روی سیلندر جک، سیت شیرها و صفحات سوپاپ پمپ است. افزون بر این، انرژی Implosion رادیکالهای آزاد ایجاد میکند که بستهٔ افزودنی را اکسید و دپلیمریزه کرده و گاه به تشکیل لجن و وارنیش منجر میشود.
الگوهای رایج Implosion
سه الگوی میدانی مشاهده میشود: ۱) Implosion ابری (Cloud) در خروجی پمپ و پشت شیرهای اطمینان هنگام شوکلود؛ ۲) Implosion ورقهای (Sheet) در شکافهای باریک و مجاری سوزنی؛ ۳) Implosion نقطهای (Microbubble) در مجاورت سطوح داغ یا زبر. هر سه الگو با آزادسازی هوای کند، کف زیاد و ویسکوزیتهٔ نامناسب تشدید میشوند.
پیامدهای عملیاتی
- افزایش صدای پمپ، لرزشهای گذرا و افت بازدهی حجمی
- خط و خشهای قوسی روی پیستونها و رینگهای آببند
- گیرکردن شیرهای پروپورشنال/سروو و بدتر شدن کنترلپذیری
- افزایش TAN، افت افزودنی ضدسایش و تغییر رنگ روغن
طراحی سیستم هیدرولیک کمریسک در تونلسازی
کاهش ریسک Implosion تنها با روغن خوب حل نمیشود؛ معماری مدار باید اصولی باشد. مخزن با نسبت سطح تماس/عمق مناسب و زمان ماند کافی برای جداشدن هوا (Residence time) طراحی شود؛ برگشت روغن زیر سطح و دور از مکش پمپ، دیفیوزر برای کاهش آشفتگی و پردهٔ جداکننده برای هدایت جریان توصیه میشود. استفاده از فیلتر برگشت و فشار با رتبهٔ β≥200 در 7–10 میکرون، و فیلتر تنفسی خشککن رطوبت، نرخ ورود ذرات و آب را کنترل میکند. مسیرهای تنگ و زانوییهای تند را کم کرده و نشتی هوا در سمت مکش را با اتصالات مناسب و گشتاور صحیح ببندید.
- دمپر ضربه و تنظیم Ramp شیرهای تناسبی برای کاهش شوک فشار
- پایش دمای مخزن و نگهداشتن ویسکوزیته در پنجرهٔ طراحی پمپ
- اجرای Flushing پیش از راهاندازی تا رسیدن به کد پاکیزگی هدف
- پیشبینی مسیر Bypass برای استارت سرد و جلوگیری از کاویتاسیون
انتخاب روغن هیدرولیک مقاوم در برابر Implosion
برای روغن هیدرولیک فشار بالا در TBM و جکهای تونل، به بستهٔ ویژگیهای همافزا نیاز دارید: ۱) پایداری برشی بالا (ASTM D5621) تا افت ویسکوزیته در سیکلهای شدید زیر ۱۰٪ بماند؛ ۲) آزادسازی هوا سریع (ASTM D3427 یا ISO 9120)؛ ۳) کنترل کف عالی (ASTM D892 Seq I/II/III)؛ ۴) دمولسیبیلیتی مناسب برای دفع آب زیرزمینی (ASTM D1401)؛ ۵) مقاومت اکسیداسیون بالا (ASTM D943/TOST)؛ ۶) تاییدیههای فشار بالا مانند DIN 51524 Part II/III، ISO 11158 HM/HV، Denison HF-0، Eaton/Vickers M-2950-S و Bosch Rexroth RDE 90235.
کلاسهای HLP (ضدسایش)، HVLP (شاخص ویسکوزیته بالا، مناسب نوسان دمایی)، و Ashless HM/HV (بدون روی) همگی قابل بررسیاند. برای مناطق با آبدهی بالا، HVLP با Demulsibility قوی و Air Release < 2 min @50°C بههمراه FZG≥11 توصیه میشود. در پروژههای حساس زیستمحیطی، استرهای اشباع HEES میتوانند گزینهٔ سبز باشند، به شرط آنکه با متریال آببند سازگار باشند.
اشتباهات رایج پیمانکاران و راهحلهای سریع
در پروژههای تونلسازی ایران، چند خطای تکرارشونده پرریسک است: ۱) مخلوطکردن HLP با HVLP یا روغنهای Ashless و بههمزدن تعادل ضدکف/ضدخوردگی؛ ۲) انتخاب گرید ویسکوزیتهٔ نادرست (مثلاً ISO VG 32 برای مداری که به VG 46 در دمای کاری نیاز دارد)؛ ۳) بیتوجهی به Air Release و خرید صرفاً بر اساس قیمت؛ ۴) استفاده از روغنهای گروه I کمکیفیت که به تشکیل لجن و وارنیش میانجامد؛ ۵) نادیدهگرفتن کد پاکیزگی هدف و فیلتر نامتناسب با شیرهای سروو.
- راهحل فوری: تعیین کد ISO 4406 هدف (مثلاً 17/15/12 برای مدار سروو) و ارتقای فیلتراسیون β200≥7 µm در فشار
- انجام آنالیز روغن پیش از تعویض برای اجتناب از ناسازگاری افزودنی
- تعویض تدریجی و نیمبار در صورت تغییر کلاس (برای کنترل کف/هوادهی)
- بهکارگیری Defoamer سازگار فقط در مواقع ضروری و مطابق توصیهٔ OEM
مقایسهٔ فنی کلاسهای روغن در سیستمهای فشار بالا
پیش از انتخاب نهایی، رفتار کلاسهای مختلف روغن در برابر Implosion و کاویتاسیون را کنار هم ببینیم. جدول زیر مزایا/محدودیتها را با تکیه بر شاخصهای آزمونهای استاندارد نشان میدهد. توجه کنید که انتخاب نهایی باید با توجه به دمای واقعی، آبدهی، نوع پمپ (پیستونی محوری/شعاعی) و حساسیت شیرها انجام شود.
| کلاس روغن | VI و پایداری برشی | آزادسازی هوا/کف | Demulsibility | مقاومت اکسیداسیون | سازگاری فشار بالا | ریسک Implosion نسبی | استانداردهای مرجع | کاربرد در TBM |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| HLP (مینرال، ZDDP) | VI متوسط؛ D5621: افت ≤10–15% | D3427: خوب؛ D892: خوب | D1401: خوب | TOST: متوسط تا خوب | خوب با پمپهای پیستونی | متوسط | DIN 51524-2؛ ISO 11158 HM | اقتصادی؛ مدارهای کمتامتوسط شوک |
| HVLP (VI بالا) | VI بالا؛ افت ≤8–10% | بسیار خوب؛ آزادسازی هوا سریع | بسیار خوب | TOST: عالی | عالی؛ Denison HF-0 | کم | DIN 51524-3؛ ISO 11158 HV | توصیهشده برای سیکلهای سریع و دمای متغیر |
| Ashless HM/HV (بدون روی) | VI متوسط تا بالا | بسیار خوب؛ سازگار با servo | خوب تا بسیار خوب | بسیار خوب | عالی برای شیرهای حساس | کم | ISO 11158 HM/HV؛ RDE 90235 | وقتی رسوب/Zn حساسیت ایجاد کند |
| HFC (آب-گلیکول) | VI متوسط؛ برشپذیر | خوب؛ اما تراکمپذیری بالاتر | نامرتبط | خوب | ایمن در برابر حریق | متوسط تا بالا | ISO 12922 | موارد خاص ایمنی حریق |
| HEES (استر سنتتیک) | VI بالا؛ برشی پایدار | بسیار خوب | خوب؛ حساس به آبگیری طولانی | عالی | بسیار خوب | کم | OE تاییدیههای خاص | زیستسازگار، نیازمند سازگاری آببند |
پایش و آنالیز روغن در تونلسازی
برای مهار ریسک Implosion، پایش وضعیت روغن ضروری است. کد پاکیزگی ISO 4406 را در محدودهٔ هدف نگه دارید (بهطور معمول 17/15/12 یا بهتر برای مدارهای حساس) و از ISO 13357 برای سنجش فیلترپذیری کمک بگیرید. آزمونهای کلیدی عبارتاند از: ویسکوزیته D445، عدد اسیدی D664، محاسبهٔ آب کارلفیشر، ZDDP/فسفر با آنالیز عنصری، D3427 برای آزادسازی هوا، D892 کف، D665 ضدزنگ و FZG برای مقاومت سایش. افزایش ناگهانی ذرات silt در محدودهٔ 4–14 µm یا افت سریع افزودنی ضدکف، نشانهٔ Implosion فعال و نیاز به اقدام اصلاحی است.
چکلیست کلیدی مدیران پروژه تونلسازی
- تعیین گرید ویسکوزیته بر مبنای دمای واقعی روغن در مخزن/مدار
- انتخاب روغن با Air Release < 2 min @50°C و تاییدیهٔ HF-0/HVLP
- هدفگذاری کد ISO 4406 و انتخاب فیلتر β≥200 در 7–10 µm
- پایش ماهانهٔ TAN/ویسکوزیته و فصلانهٔ اکسیداسیون/دمولسیبیلیتی
- اجرای Flushing پس از اورهال جکها و تعویض شیلنگهای فرسوده
- هماهنگی تامین از موتورازین برای استمرار تامین در کارگاههای متعدد
پرسشهای متداول
تفاوت HLP و HVLP در جکهای تونلسازی چیست؟
HLP یک روغن ضدسایش مینرال با VI معمولی است؛ HVLP با افزودنیهای VI Improver پایداری ویسکوزیته بهتری در دامنهٔ دمایی گسترده دارد و برای سیکلهای سریع و شوکلود بهتر از HLP فیلم پایدار ایجاد میکند. نتیجه، کاهش ریسک Implosion و عملکرد روانتر شیرهای تناسبی در TBM است.
کدام شاخص آزمایشگاهی برای سنجش ریسک Implosion مهمتر است؟
دو شاخص کلیدی عبارتاند از آزادسازی هوا (ASTM D3427) و کنترل کف (ASTM D892). اگر هوا بهسرعت آزاد نشود و کف پایدار بماند، حبابها به ناحیهٔ پرفشار رفته و Collapse شدید تولید میکنند. پایداری برشی D5621 و دمولسیبیلیتی D1401 نیز به پایداری فیلم و تخلیهٔ آب کمک میکند.
کد پاکیزگی مناسب برای شیرهای سروو در TBM چیست؟
بسته به OEM و حساسیت شیر، معمولاً 17/15/12 یا بهتر توصیه میشود. برای شیرهای بسیار حساس، رسیدن به 16/14/11 مفید است. همواره مشخصات سازندهٔ پمپ/شیر را مبنا قرار دهید و با اجرای فیلتر فشار β≥200 در 7 µm و فیلتر برگشت β≥200 در 10 µm به آن دست یابید.
آیا استفاده از افزودنی ضدکف مستقل راهحل است؟
افزودنی ضدکف مستقل میتواند موقتاً مفید باشد، اما زیادهروی، جدایش هوا را کند کرده و مشکل Implosion را تشدید میکند. ریشهٔ مشکل را با انتخاب روغن مناسب، اصلاح هندسهٔ مخزن و کنترل نشتی هوا در مکش برطرف کنید و فقط مطابق توصیهٔ تامینکننده از ضدکف استفاده کنید.
HVLP سنتتیک بهتر است یا مینرال تصفیهشده؟
HVLP بر پایهٔ گروه III/PAO معمولاً Air Release بهتر، اکسیداسیون بالاتر و پایداری برشی قویتری ارائه میکند؛ اما هزینهٔ بیشتری دارد. در TBM با سیکلهای سریع و آبدهی، HVLP با تاییدیهٔ Denison HF-0 و Demulsibility قوی انتخابی ایمنتر از مینرال متداول است.
جمعبندی:
Implosion در سیستم هیدرولیک TBM نتیجهٔ همزمان ریزحبابها، شوک فشار و فیلم روغن ناپایدار است. با طراحی مخزن و مسیر برگشت کمآشفتگی، فیلتراسیون دقیق و روغن هیدرولیک فشار بالا با آزادسازی هوای سریع، دمولسیبیلیتی مناسب و پایداری برشی اثباتشده، میتوان ریسک کاویتاسیون جک تونل را بهطور معنیدار کاهش داد. توصیهٔ عملی ما در موتورازین، ارزیابی میدانی دما/فشار، تعیین کد ISO 4406 هدف، انتخاب HVLP یا HM Ashless با تاییدیهٔ HF-0 و برنامهٔ منظم آنالیز روغن صنعتی است. با این رویکرد، دوام تجهیز، ایمنی و استمرار پیشروی پروژه تضمین میشود.
بدون نظر