روغن موتورهای مصرفی در كشتی ها و قطارها

 

بیشتر موتورهای مورد استفاده در بخش حمل و نقل از نوع موتورهای احتراق داخلی هستند. بازده حرارتی بالا و وزن پایین (نسبت به توان تولیدی) از مزایای این موتورها است.
موتورهای احتراق داخلی به عنوان محركه هر ماشینی- از دوچرخه های موتوری (موتورسیكلت های گازی) گرفته تا كشتی های اقیانوس پیما- محسوب می شوند.

 

تاكنون سازمان ها و تشكل های زیادی در زمینه تدوین استانداردها والزامات عملكردی روان كننده های مصرفی در موتورهای احتراق اقدام كرده اند كه بیشتر موارد تدوین شده در ارتباط با توانایی ها و پتانسیل های روانكارها در كاهش اصطكاك، مقاومت در مقابل اكسیداسیون، به حداقل رساندن تشكیل رسوبات، جلوگیری از خوردگی و سایش است.بیشتر مشكلات پذیرفته شده در مورد روان كننده های موتور، به از بین رفتن تركیبات آنها و ورود محصولات حاصل از احتراق به محفظه لنگ موتورها مربوط می شود. تشكیل رسوبات، آلوده شدن، غلیظ شدن، مصرف بالای روغن، گیر كردن رینگ ها، خوردگی و سایش، همه و همه ارتباطی مستقیم با كیفیت روان كننده ها دارد.
هدف از ارایه مقاله حاضر، آشنایی با ویژگی روان كننده های مصرفی در موتورهای دریایی (كشتی ها)، وسایل حمل و نقل ریلی (قطارها)، موتورهای ساكن گازسوز و آزمون های مربوط است.

1- روغن موتورهای دیزلی دریایی
 

برای ارزیابی روان كننده های مصرفی در موتورهای دیزلی دریایی سیستم طبقه بندی استانداردی تعریف نشده و روش های آزمون استاندارد دینامومتری یا آزمون های درخواستی دردست نیست.
سطوح عملكردی این روان كننده ها و فرایند صدور مجوزهای آنها، توسط موتورسازان، هدایت و رهبری می شود. معمولاً موتورسازان لیستی از روان كننده های مجاز برای كاربرد در محصولاتشان را منتشر می كنند. موتورسازان، مصرف كنندگانشان را به استفاده از روان كننده های درج شده در این لیست های مجاز تشویق می كنند. به طور كلی، تولید كنندگان تجهیزات (OEMS) برای صدور تاییدیه برای یك نوع روان كننده، نیازمند انجام آزمون هایی در شرایط و مقیاس واقعی بر روی كشتی ها هستند كه حداقل زمان لازم برای انجام آن5 هزار ساعت (یا حدود1 سال) است.
به طور معمول، موتورهای دریایی از سوخت های نامرغوب، با گوگرد بالا(2 تا5 درصد وزنی) و مواد آسفالتی بالا(5 تا10 درصد وزنی) استفاده می كنند. البته كیفیت سوخت های مصرفی در موتورهای دریایی در مناطق مختلف جهان متغیر و متفاوت است. به علت اینكه هزینه سوخت، بخش قابل ملاحظه ای از هزینه های كلی عملكردی كشتی ها را تشكیل می دهد طراحان این نوع موتورها، برای بهینه سازی و كاهش مصرف سوخت آنها اهمیت زیادی قایلند. مالكان كشتی ها، علاقمند به پرداخت كمترین هزینه برای سوخت هستند. این دو مورد، جایگاه و تقاضای بیشتر روغن موتورهای مصرفی در روانكاری موتورهای دریایی را نشان می دهد.
به طور كلی از دو نوع موتور به عنوان نیروی محركه كشتی های عظیم الجثه و اقیانوس پیما استفاده می شود كه مشخصات آنها در جدول1 نشان داده شده است.

موتورهای دوزمانه، سرعت پایین، كراس هد
 

این نوع موتورها به دو نوع روغن شامل یك نوع روغن برای قسمت بالای سیلندر (روغن سیلندر) و یك نوع روغن برای محفظه لنگ (روغن سیستم)، نیاز دارند. دو شركت MAN B&W و Suzler بر بازار این نوع موتورها حاكمند و نزدیك به90 درصد از سهم بازار این نوع موتورها، دارای عدد قلیایی كل TBN 70 و درجه گرانروی SAE50 است. عدد قلیایی كل روغن های سیستم یا محفظه لنگ این نوع موتورها نیر50 تا10 و گرانروی آنها SAE50 است.

موتورهای چهار زمانه، سرعت متوسط، ترانك پیستون
 

این موتورها فقط به یك نوع روغن احتیاج دارند زیرا دارای یك مخزن مشترك (كارتر) برای محفظه لنگ و سیلندر هستند. بازار تولید این نوع موتورها، در مقایسه با موتورهای دو زمانه سرعت پایین، گسترده تر است. شركت های NSD، Wartsila، MAN B&N، Pielstick، Mak بزرگ ترین تولید كنندگان تجهیزات مربوط به این موتورها هستند. هر یك از این شركت ها سهم قابل توجهی از بازار این نوع موتورها را تحت سلطه خود دارند.
روغن مصرفی در موتورهای سرعت متوسط، دارای گرانروی SAE40 است و عدد قلیایی كل آن، بسته به میزان گوگرد سوخت مصرفی و میزان مصرف روغن بین اعداد12 تا55 است. امروزه به دلیل استفاده از سوخت های حاوی مواد آسفالتی بالا و مشكلات مربوط به آن روغن موتورهای جدیدی برای مصرف در این نوع از موتورها ساخته شده است. روغن موتورهای دیزلی لكوموتیو (قطار)
به طور كلی، در مورد ارزیابی كیفیت روغن موتورهای لكوموتیو (قطارها)، آزمون های پذیرفته شده ای وجود ندارد. هر موتور سازی بر اساس تجربیات میدانی، در این زمینه اولویت های مدنظرش را مشخص می كند. موتورسازان، روغن موتورهایی را كه كیفیتشان را در طی آزمون های جاده ای و میدانی دراز مدت، به اثبات رسانده اند، برای مصرف تجویزه می كنند. بیشتر روغن موتورهای دیزلی مورد استفاده، برای دستیابی به سطح كیفیت API CD از مواد افزودنی متنوعی استفاده می كنند و حاوی مقدار زیادی از تركیبات قلیایی برای جبران گوگرد بالای سوخت مصرفی هستند. بعضی از تركیبات استفاده شده در این روغن ها، غیرقابل اجتناب هستند.
برای مثال، به كارگیری روی (Zinc) برای جلوگیری از صدمه دیدن قطعات موتور است. بیشتر روغن موتورهای مصرفی در قطارها از نوع SAE30 هستند و لیكن برای بهبود بهره دهی سوخت، استفاده از روغن های مولتی گرید در موتورهای قطار نیز امكان پذیر است.
در آمریكا، كمیته سوخت و روغن انجمن تعمیركاران لكوموتیوها، برای نخستین بار، اقدام به طراحی و انتشار سیستم طبقه بندی روغن موتورهای مورد مصرف در موتورهای دیزلی قطارها كرد. در این سیستم طبقه بندی، روغن هایی كه دارای بهترین سطح كیفیت بودند روغن های نسل پنجم نامگذاری شدند. در جداول2و3 مشخصات این روغن موتورها و آزمون های ارزیابی معرفی شده توسط سازندگان تجهیزات (OEMs) نشان داده شده است. روغن های نسل پنجم باید دارای ویژگی های زیر باشند.


- حداقل زمان تعویض روغن برای موتورهای با مصرف پایین روغن،180 روز، به طور متوسط یكهزار مایل در ماه یا مصرف سوخت به میزان2 هزار گالن در ماه (سوخت حاوی3 تا5 درصد گوگرد)
- قبولی در آزمون های اكسیداسیون، خوردگی و اصطكاك OEMs .
- رعایت الزامات تعیین شده در آزمون های موتوری OEMs .
- قبول شدن در آزمون های میدانی OEMs .

3- روغن موتورهای ساكن گازسوز
 

موتورهای ساكن گازسوز، موتورهایی با اندازه و سرعت متوسط هستند و به منظور فشرده سازی گاز در خطوط لوله، نیروگاههای تولید برق و نیروگاههای بازیافت انرژی به كار برده می شوند. علاوه بر این، ممكن است كه از جریان گازهای خروجی از اگزوز این موتورها و یا آب خنك كننده آنها برای مقاصد گرمایشی استفاده شود. موتورهای ساكن گازسوز را می توان به سه دسته زیر تقسیم كرد.

- موتورهای گازسوز اشتعال جرقه ای با فشار گاز پایین:
 

این نوع موتورها شبیه به موتورهای دوسوخته فشار پایین هستند. در این نوع از موتورها از یك شمع به جای سوخت پیلوت برای مشتعل كردن مخلوط گاز و هوا استفاده می شود. این نوع از موتورها به عنوان موتورهای اشتعال جرقه ای شناخته می شوند و مزایا و معایب آنها شبیه به موتورهای با سوخت پیلوت و فشار گاز پایین است.

- موتورهای گازسوز اشتعال پیلوتی با فشار گاز بالا:
 

اصول عملكرد این نوع از موتورها مشابه با عملكرد موتورهای دیزلی است. سوخت پیلوت (سوخت مایع كه حدوداً پنج درصد از سهم كلی سوخت مصرفی موتور را تشكیل می دهد)، قبل از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا از طریق سوپاپ ورودی به داخل سیلندر پاشیده می شود و پروسه احتراق آغاز می شود. مخلوط باقیمانده (معمولاً گاز طبیعی) در فشاری بسیار بالا (برای مثال250 بار) داخل سیلندر پاشیده می شود. گاز با ورود به سیلندر، مشتعل شده و احتراقی تمیز و بدون ضربه ایجاد می كند. در این موتورها حدود5 تا7 درصد از توان خروجی، صرف متراكم كردن مخلوط گاز می شود. در صورت قطع جریان سوخت، گاز مصرفی این موتورها قابل برگشت به مصرف سوخت های مایع است.

- موتورهای گازسوز اشتعال پیلوتی با فشار گاز پایین:
 

عملكرد این موتورها مشابه با عملكرد موتورهای با فشار گاز بالا است، اما در این موتورها گاز با هوای مصرفی موتور در فشاری پایینتر، در منیفولد هوای ورودی یا در محفظه فرعی احتراق، قبل از ورود به سیلندر موتور، مخلوط می شود. سوخت پیلوت مایع، برای شروع احتراق مخلوط گاز و هوا به داخل سیلندر پاشیده می شود. این موتورها به نام موتورهای دوسوخته شناخته می شوند. در مقایسه با موتورهای فشار بالا، این موتورها، گازهای حاصل از احتراق را با بازده بالاتری جابجا می كنند، ولیكن برای جلوگیری از كاهش بازده حرارتی نیازمند كاهش فاصله زمانی خروج گازهای اگزوز هستند.
موتورهای گازسوز ساكن یا از نوع استوكیومتریك یا از نوع رقیق سوز هستند. بیشتر موتورهای استوكیومتریك به مبدل های كاتالیستی سه راهه، (برای كنترل انتشار Nox، HC، Co ) مجهز هستند.
موتورهای رقیق سوز از محفظه فرعی احتراق استفاده می كنند. مخلوط غنی سوخت و هوا پس از اشتعال در محفظه فرعی احتراق، به صورت موجی از شعله به سمت محفظه اصلی احتراق حركت كرده، سبب مشتعل شدن مخلوط سوخت و هوای رقیق موجود در محفظه اصلی احتراق می شود. این نوع از موتورها برای رعایت كردن الزامات مربوط به انتشار Nox (بدون به كارگیری مبدل های كاتالیستی) طراحی می شوند. كاهش Nox ، از كاهش دمای احتراق به علت افزایش هوای اضافی مصرفی ناشی می شود. برای كاهش انتشار HC و Co از موتورهای رقیق ساز و رسیدن به الزامات آلودگی، می توان از یك مبدل كاتالیستی اكسید كننده نیز استفاده كرد.
كیفیت گازهای مصرفی در موتورهای ساكن گاز سوز بسیار متنوع و متغیر است. به عنوان نمونه، گاز طبیعی (متان) گاز ترش (حاوی گوگرد بالا)، گاز شهری (حاوی هیدروژن زیاد)، گاز گنداب (حاوی H2S ) و گازهای بدبو (حاوی مواد ارگانیك خورنده) از سوخت های گازی مصرفی در موتورهای ساكن گاز سوز هستند. هر نوع گازی خواص و مشخصات خاص خود را دارد، به همین دلیل موتورهایی كه این گازها را مصرف می كنند نیز نیاز به روان كننده هایی خاص دارند. انتخاب روغن موتورهای گازسوز باید به دقت و توجه به كاربردهای خاص خود صورت گیرد.
روان كننده های مصرفی در موتورهای گازسوز ساكن براساس میزان خاكسترشان دسته بندی می شوند.
در جدول4 دسته بندی روان كننده های مصرفی در موتورهای گازسوز ساكن بر اساس میزان خاكسترشان نشان داده شده است.
به طور معمول، روان كننده های بدون خاكستر در موتورهای دوزمانه به كار برده می شوند، در حالی كه روان كننده های با خاكستر كم در موتورهای چهارزمانه به مصرف می رسند. روان كننده های با خاكستر متوسط و بالا در موتورهایی كه از سوخت نامرغوب مثل گازهای ترش و گنداب استفاده
می كنند، به كار می روند.
میزان خاكستر موجود در روغن موتورها باید به اندازه كافی بالا باشد تا از خوردگی نشیمنگاه سوپاپ ها جلوگیری شود. خاكستر بیش از حد سبب چسبیدن و گیرپاژ رینگ ها، رسوب گرفتن شمع ها، پوشاندن سطح
مبدل های كاتالیستی یا انسداد مجاری ورود و خروج (در موتورهای دوزمانه) خواهد شد. در حال حاضر روش استانداردی برای طبقه بندی روغن های مصرفی در موتورهای گازسوز ساكن وجود ندارد، به همین دلیل تایید و تجویز روغن برای این نوع از موتورها از طریق انجام آزمون های میدانی فشرده صورت می گیرد. علاوه بر میزان خاكستر موجود، عوامل كلیدی دیگر در انتخاب روغن موتورهای خاص برای موتورهای گاز سوز ساكن عبارتند از میزان فسفر، مقاومت در مقابل اكسیداسیون و نیتراسیون (كه در بیشتر مواقع در شرایط عملكردی دمای بالا به وجود می آید) و بازدارنده های خوردگی (به ویژه در زمینه گازهای لندفیل). میزان فسفر روان كننده ها در هنگام بررسی ملاحظات زیست محیطی اهمیت زیادی دارد. در صورت وضع قوانین سخت گیرانه تر (به ویژه در مورد انتشار Nox و HC از موتورهای گازسوز ساكن) با نصب مبدل های كاتالیستی بر روی سیستم های اگزوز، می توان به حدود و مقادیر مجاز قانونی تعیین شده دست یافت.
برای جلوگیری از تخریب و مسموم شدن مبدل های كاتالیستی و افزایش عمر آنها، سازندگان مبدل های كاتالیستی، میزان فسفر موجود در روان كننده ها را محدود كرده اند. این محدودیت ها متغیر بوده و بستگی به سازندگان و نوع این مبدل ها دارند. از مبدل های كاتالیستی NSRC در موتورهای رایج (استوكیومتریك) استفاده می شود، در حالیكه مبدل های SRC در موتورهای رقیق سوز به كار می روند.
منبع:نشریه روانسازها، شماره ششم و هفتم

 

 

اخد شده از سایت  :

http://www.rasekhoon.net/Article/Science/Engineering/Mechanics/Show-64701.aspx