بهعنوان سارا مرادی، تحلیلگر ارشد روانکاری صنعتی در موتورازین، در این مقاله بهصورت عمیق و کاربردی به نقش روغنها و گریسهای پایه استری سنتتیک (Synthetic Ester) در روانکاری بلبرینگ رولهای گرمایی (Heated Rolls) در خطوط چاپ و لمینیشن میپردازم. این رولها در دماهای بالا، سرعت خط زیاد و چرخههای توقفـراهاندازی مکرر کار میکنند و کوچکترین ناهمگنی دما میتواند کیفیت چاپ/لمینیشن را کاهش دهد. چالش رایج، تشکیل کربن/وارنیش، خشکشدن گریس و افزایش ارتعاش است. انتخاب درست روغن استری میتواند همزمان دمای یکنواخت، تمیزی سیستم و عمر یاتاقان را بهبود دهد.
ویژگیهای شیمیایی استرهای سنتتیک در برابر مینرال و PAO
استرهای سنتتیک (بهویژه Polyol Ester یا POE) بهدلیل ساختار قطبی، قدرت حلکنندگی بالاتری نسبت به روغنهای مینرال و PAO دارند. این ویژگی به سوسپانسیون و حمل بهتر لاک/وارنیش و رسوبات اکسیداسیونی کمک میکند و سیستم را تمیزتر نگه میدارد. از سوی دیگر، ساختار استری با انتخاب مواد اولیه پایدار و فرمولاسیون مناسب، پایداری حرارتی خوبی را در برابر دماهای بالای رولهای گرمایی فراهم میآورد.
قطبیت و انحلالپذیری کنترلشده
قطبیت استرها موجب تروتر شدن بهتر سطوح فولادی و توزیع یکنواختتر فیلم روغن روی ریسوِی و ساچمهها میشود. این موضوع در تریبولوژی یاتاقانهای پرسرعتِ داغ، تماس نرمتری ایجاد میکند و اصطکاک مرزی را کم میکند. در عین حال باید مراقب افزایش عدد اسیدی (TAN) در طول سرویس بود؛ پایش TAN و افزودنیهای ضداکسیداسیون، کلید مدیریت طول عمر در استرهاست.
پایداری دمایی، نقطه اشتعال و فراریت
استرهای سنتتیک معمولاً در ویسکوزیته یکسان، نقطه اشتعال و نقطه آتش بالاتری نسبت به مینرال دارند و فرّاریّت (Noack) کمتری نشان میدهند؛ نتیجه، کاهش تبخیر پایهروغن در دماهای ۱۲۰–۲۰۰°C و پایینتر بودن نرخ خشکشدن گریس است. در مقابل، PAOها غیرقطبیاند؛ در دمای بالا پایدارند ولی توان حل و پخش لاک کمتر است. جمعبندی: برای رولهای گرمایی که تمیزی سیستم و عدم کربونیزاسیون مهم است، استرها مزیت عملی دارند.
تمایل به لاک/وارنیش و پاکیزگی سیستم
مینرالها بهعلت ترکیب آروماتیک و ناخالصیهای طبیعی، در دماهای بالا تمایل بیشتری به تشکیل لاک و رسوب دارند. PAO تمایل کمتری دارد ولی بهدلیل عدم قطبیت، پاککردن و حل رسوبات قدیمی در مدارهای قدیمی دشوارتر است. استرها بهصورت طبیعی رسوبات نرم را بهتر حل میکنند و با برنامه شستوشوی کنترلشده، وارنیشزدایی تدریجی فراهم میکنند.
سازگاری با آببندها و مواد
استرها با برخی الاستومرها (مثلاً NBR) میتوانند تورم بیشتری ایجاد کنند؛ در مدارهای داغ پیشنهاد میشود از آببندهای FKM/FPM (مشابه وایتون) یا HNBR استفاده شود. همچنین در حضور آب، برخی استرها به هیدرولیز حساسترند؛ انتخاب POEهای با پایداری هیدرولیتی و کنترل رطوبت مدار، حیاتی است.
اثر انتخاب روغن پایه استری بر توزیع دما و راندمان انتقال حرارت در رول
یکنواختی دما در رولهای گرمایی، محصول مستقیم ترکیبی از ویسکوزیته عملیاتی، ضریب هدایت حرارتی، ظرفیت گرمایی و رفتار رهایش هوا در روغن است. استرهای سنتتیک بهطور معمول رهایش هوای بهتری نسبت به مینرال دارند و بهدلیل قطبیت، تروترشدن سطح داخلی مجاری و یاتاقانها بهتر انجام میشود؛ در نتیجه انتقال حرارت پایدارتر و نقاط داغ موضعی کمتر میشود. با انتخاب ویسکوزیتهای که در دمای کارکرد، Regime روانکاری را نزدیک هیدرودینامیک نگه دارد، افت توان کاهش یافته و دمای پوسته یاتاقان متعادل میشود.
طراحی ویسکوزیته در دمای کارکرد
معیار کلیدی، ویسکوزیته در دمای واقعی سرویس است، نه صرفاً درجه ISO VG در ۴۰°C. برای رولهای ۱۲۰–۱۸۰°C، بسیاری از پروژهها با استرهای ISO VG 32–68 به نقطه بهینه میرسند؛ در سرعتهای خط بسیار بالا، حتی VG 22 نیز مزیت دارد. هدف، رسیدن به نسبت لامبدا (λ) قابلقبول بدون افزایش کشش سیال و گرمشدن اضافی است.
نکات برجسته برای یکنواختی دما
- انتخاب استر با Air Release سریع و کفزایی کنترلشده برای جلوگیری از حبس هوا و داغی موضعی.
- حفظ پاکیزگی روغن و فیلتر مناسب، تا انتقال حرارت توسط ذرات مختل نشود.
- پایش نقطهبهنقطه دمای رول با ترموگرافی؛ اگر اختلاف دما بالا رفت، به ویسکوزیته عملیاتی و کف توجه کنید.
خرابیهای رایج بلبرینگ رولهای گرمایی و نقش نوع روانکار
سه سناریوی خرابی تکرارشونده در چاپ و لمینیشن ایران عبارتاند از: کربونیزهشدن/وارنیش، خشکشدن گریس و تخریب کیج (Cage). علتهای زمینهای شامل دمای بالا، سرعت زیاد، نفوذ آلودگی و توقفهای ناگهانی بهدلیل نوسان برق/گاز است.
کربونیزاسیون و لاک
مینرالها در تماس مرزیِ داغ سریعتر اکسید میشوند و لاک سخت تشکیل میدهند؛ این لایهها مانند سنبادهی بسیار نرم عمل کرده، ارتعاش و دما را بالا میبرند. استرهای خوبفرموله با آنتیاکسیدانت مناسب، ضمن تمایل کمتر به کربنسازی، لاکهای نرم را حل و در فیلتر جمع میکنند. راهکار: مهاجرت کنترلشده به استر، همراه با شستوشوی تدریجی و پایش TAN/MPC.
خشکشدن گریس و سفتشدن صابون
در یاتاقانهای بسته، تبخیر پایهروغن و اکسیداسیون غلیظکننده، گریس را خشک میکند. انتخاب گریس با پایهروغن استری کمفرّار و غلیظکننده مقاوم به حرارت (پلییوره، لیتیومکمپلکس یا کلسیمسولفوناتکمپلکس) و افزودنی ضداکسیداسیون، عمر سرویس را افزایش میدهد. تعویض بر اساس دما/سرعت (DN) و زمان توقف تجهیز برنامهریزی شود.
تخریب کیج و مسائل سازگاری
کیجهای پلیمری در دماهای بالا و تماس با روغن نامناسب سریعتر پیر میشوند. بررسی سازگاری مواد (پلیآمید/فنولیک/استیل) با دمای واقعی و روغن انتخابی مهم است. توجه به آببندها: استر با NBR میتواند تورم بیشتری ایجاد کند؛ در ارتقاها، ارتقای آببند به FKM و مدیریت رطوبت برای پیشگیری از هیدرولیز توصیه میشود.
نکته عملی: در خطوطی که خاموش/روشنشدن ناگهانی دارند، استری با Air Release سریع و گریس پایهاستر با پلییوره، از شوک حرارتی و کمبود فیلم در لحظه راهاندازی بهتر عبور میکند.
معیارهای انتخاب ویسکوزیته، ضخامت فیلم و برنامه تعویض
انتخاب درست ویسکوزیته و برنامه تعویض، تفاوت میان توقف ناخواسته و تولید پایدار است. ابتدا DN یاتاقان (قطر داخلی به میلیمتر × دور موتور) را محاسبه کنید. هرچه DN بالاتر، به پایهروغن کمویسکوزتر (در دمای سرویس) نیاز است تا دمای کارکرد مهار شود. برای رولهای گرمایی، در مدارهای گردشی معمولاً ISO VG 32–68، و در گریسها، NLGI 2 با پایهروغن 46–100 cSt@40°C رایج است؛ اما معیار نهایی، ویسکوزیته در دمای واقعی و رسیدن به λ مناسب است.
ضخامت فیلم و افزودنیها
برای تماسهای مرزیِ اجتنابناپذیر (استارت/استاپ)، وجود بسته افزودنی AW/EP متعادل اهمیت دارد. استرها بهعلت تروترشدن بهتر، در ویسکوزیته برابر، فیلم عملیاتی پایدارتری میسازند. اگر رطوبت محیطی بالاست، افزودنیهای ضدزنگ/ضدخوردگی و پایش TAN در اولویت است.
برنامه تعویض و پایش
- نمونهبرداری پایه بعد از ۲۰۰–۳۰۰ ساعت از شروع سرویس برای تعیین خطوط پایه ویسکوزیته/TAN/ذرات/MPC.
- با استرهای باکیفیت، چرخههای تعویض میتواند بلندتر شود؛ اما تصمیم باید مبتنی بر داده باشد (روند TAN، پایداری ویسکوزیته، FTIR اکسیداسیون).
- در گریسکاری، فواصل روانکاری مجدد را برحسب دما، DN و محیط بهینه کنید؛ کمحجمی و پیوسته بهتر از پرکردن یکباره است.
مقایسه فنی: مینرال، PAO و Synthetic Ester
جدول زیر مقایسهای عملی برای یاتاقانهای رولهای گرمایی ارائه میدهد. مقادیر بهصورت عمومی و وابسته به فرمولاسیون و طراحی تجهیز هستند؛ برای انتخاب نهایی، دیتاشیت سازنده و آزمون میدانی در سایت تولید را مبنا قرار دهید.
| شاخص مقایسه | روغن مینرال | روغن PAO | Synthetic Ester (POE) |
|---|---|---|---|
| حداکثر دمای کارکرد پیوسته | تقریباً 120–150°C | تقریباً 160–180°C | تقریباً 180–220°C |
| تمایل به تشکیل رسوب/لاک | زیاد | کم تا متوسط | کم؛ با قابلیت حل رسوبات نرم |
| طول عمر سرویس (نسبی) | کوتاه | متوسط تا بلند | بلند؛ مشروط به پایش TAN/رطوبت |
| هزینه چرخه عمر تجهیز | پایین در خرید، بالا در نگهداری/توقف | متوسط | بالا در خرید، پایین در توقف و اتلاف انرژی |
چکلیست راهاندازی، توقف و نمونهبرداری
راهاندازی مجدد پس از توقف
- گرمکردن تدریجی و مرحلهای رول و یاتاقان؛ از شوک حرارتی پرهیز کنید تا اختلاف انبساطی ایجاد نشود.
- اطمینان از آمادهبهکاری پمپ روغن و رهایش هوا؛ سطح روغن و فشار مدار کنترل شود.
- پیش از رسیدن به سرعت نامی، چند دقیقه در دور پایین کار کنید تا فیلم روغن پایدار شود.
توقف برنامهریزیشده
- کاهش تدریجی دما و سرعت؛ اجازه دهید دمای پوسته و مغز رول همگن شود.
- پس از توقف، نشتیها و وضعیت آببندها بررسی و در صورت نیاز گریسزنی جبرانی سبک انجام شود.
نمونهبرداری از روغن رول
- از نقطه نمونهگیری در جریان زنده و پس از شستوشوی شیر نمونه، نمونه بگیرید.
- پارامترهای کلیدی: ویسکوزیته در ۴۰/۱۰۰°C، TAN، شمارش ذرات ISO 4406، FTIR اکسیداسیون، MPC/ورنیش.
- در صورت تردید به رطوبت، آزمون کارلفیشر انجام دهید؛ رطوبت دشمن پایداری هیدرولیتی استرهاست.
گریسهای پایه استر برای یاتاقانهای بسته
اگر یاتاقان رول شما بهجای روغنکاری گردشی، با گریس کار میکند، به سه مؤلفه توجه کنید: پایهروغن استری کمفرّار، غلیظکننده مقاوم به دما (پلییوره/لیتیمکمپلکس/کلسیمسولفوناتکمپلکس) و افزودنی ضداکسیداسیون. برای سرعتهای بالا، NLGI 2 با پایهروغن پایینتر (مثلاً 46–68 cSt@40°C) گرمای اصطکاکی را مهار میکند. در محیطهای بستهبندی غذایی، اگر تماس تصادفی محتمل است، گریسهای H1 با پایه استری در دسترساند؛ اما الزامات NSF/HACCP را جداگانه بررسی کنید.
پیادهسازی در خطوط قدیمی ایران: مسیر ارتقا
در بسیاری از خطوط چاپ و لمینیشن قدیمی داخل کشور، مدارهای روغن دارای رسوب، آببندهای مستهلک و کنترل دما با نوسان است. راهحل مرحلهای پیشنهاد میشود:
- ممیزی وضعیت: مستندسازی دما، DN، ارتعاش، نتایج آنالیز روغن و وضعیت آببند/کیج.
- پاکسازی تدریجی: استفاده از استر با بسته افزودنی ضداکسیداسیون قوی و فیلتر سالم برای حل کنترلشده رسوبات.
- مهاجرت به استر: انتخاب ISO VG بر اساس دمای کارکرد واقعی و هدف لامبدا؛ بررسی سازگاری آببندها (ترجیح FKM).
- پایش هوشمند: تعریف شاخصهای کنترلی (TAN، MPC، دمای پوسته، ارتعاش) و بهینهسازی دورههای سرویس.
- آموزش پرسنل: چکلیست راهاندازی/توقف و نمونهبرداری استاندارد؛ یک بطری نمونه تمیز از هر شیفت.
در اقلیمهای متنوع ایران و با چالش نوسانات انرژی، این نقشه راه کمک میکند بدون ریسک، مزایای استرها را آزاد کنید.
جمعبندی
روغنها و گریسهای Synthetic Ester با ترکیب منحصربهفردی از پایداری دمایی، قطبیت و فرّاریّت پایین، برای یاتاقانهای رولهای گرمایی در چاپ و لمینیشن مزیت عملی ایجاد میکنند: یکنواختی دما بهتر، تمایل کمتر به لاک/کربونیزهشدن و افزایش طول عمر. در مقیاس صنعتی، هنگامی که انتخاب ویسکوزیته بر مبنای دمای واقعی انجام شود و پایش TAN/ذرات/وارنیش اجرا گردد، استرها هزینه چرخه عمر را با کاهش توقف و ضایعات محصول جبران میکنند. در پروژههای ارتقای خطوط قدیمی، مهاجرت مرحلهای، کنترل رطوبت و سازگاری آببندها ضروری است. نتیجه نهایی، تجهیزی با عمر بیشتر، کیفیت محصول پایدارتر و مصرف انرژی بهینهتر است؛ دقیقا همان چیزی که واحدهای ایرانی برای رقابتپذیری به آن نیاز دارند.
پرسشهای متداول
آیا میتوان از استرها بهصورت مستقیم در مدارهای قدیمیِ آلوده استفاده کرد؟
توصیه میشود مهاجرت بهصورت مرحلهای انجام شود. استرها بهعلت قطبیت میتوانند رسوبات نرم را حل کنند و اگر فیلتر وضعیت مناسبی نداشته باشد، ذرات در مدار پخش میشوند. ابتدا ممیزی کنید، فیلتر و آببندها را بازبینی کنید، نمونه پایه بگیرید و سپس استر را وارد مدار کنید. پایش TAN/MPC در چند هفته اول کلیدی است.
برای یاتاقانهای پرسرعت، چه ویسکوزیتهای پیشنهاد میشود؟
معیار، ویسکوزیته در دمای سرویس است. برای رولهای ۱۲۰–۱۸۰°C معمولاً ISO VG 32–68 استری پاسخ میدهد، اما در DN بالا، ویسکوزیته پایینتر (حتی VG 22) میتواند دمای یاتاقان را کاهش دهد. هدف رسیدن به نسبت لامبدای کافی بدون افزایش کشش سیال است. انتخاب نهایی باید با اندازهگیری دمای پوسته و ارتعاش بهینه شود.
خطر هیدرولیز در استرها چگونه مدیریت میشود؟
با انتخاب POEهای با پایداری هیدرولیتی مناسب، کنترل نشتی آب (بهویژه از سیستمهای بخار/روغن داغ)، استفاده از آببند FKM و پایش دورهای رطوبت (کارلفیشر)، ریسک هیدرولیز مهار میشود. اگر آب وارد مدار شد، خشکسازی و تعویض جزئی/کامل روغن را براساس نتایج آزمایش برنامهریزی کنید.
در گریسکاری، چه غلیظکنندهای برای دماهای بالا مناسبتر است؟
برای رولهای داغ، پلییوره، لیتیومکمپلکس و کلسیمسولفوناتکمپلکس گزینههای رایجاند. انتخاب نهایی به سرعت، بار و محیط بستگی دارد. مهم است که پایهروغن استری با فرّاریّت پایین انتخاب شود تا گریس دیرتر خشک شود. در سرویسهای پرتوقف، گریسزنی کمحجم و پیوسته عملکرد بهتری دارد.
چگونه تمایل به وارنیش را در مدارهای استری پایش کنیم؟
علاوه بر مشاهده ظاهری، آزمون MPC برای سنجش تمایل به وارنیش، همراه با FTIR اکسیداسیون و شمارش ذرات توصیه میشود. روند TAN نیز شاخص خوبی از اکسیداسیون است. افزایش غیرعادی MPC یا TAN نشانه لزوم فیلتر/پالایش بهتر، خنککاری و احتمالاً تعویض جزئی روغن است.
بدون نظر